FI71624C

FI71624C - SAETT ATT UTBYTA BRAENSLE I EN LAETTVATTENKOKARREAKTOR.

Info

Publication number: FI71624C
Application number: FI813419A
Authority: FI
Inventors: Sture Helmersson
Original assignee: Asea Atom Ab
Priority date: 1980-11-03
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1987-01-19
Also published as: FI813419L; IT1172858B; FI71624B; ES506128A0; JPS57104889A; DE3142299A1; SE8007695L; IT8168412A0; ES8308132A1; SE424241B; CH654948A5; JPH0324638B2; DE3142299C2

Description

7162471624

Tapa vaihtaa polttoaine kevytvesikiehutusreaktorissaA way to change fuel in a light water boiling reactor

Ydinreaktorin sydän sisältää normaalisti useita satoja polttoainesauvanippuja. Kukin polttoainesauvanippu muodostuu useista polttoainesauvoista. Kiehutusreaktoreissa käytetään niin ollen usein polttoainesauvanippuja, jotka sisältävät 8x8 polttoainesauvaa, joskus 6x6, 7x7 tai 9x9 polttoainesauvaa. Joku tai jotkin näistä polttoaine-sauvoista voivat olla korvattuja inerteillä sauvoilla tai putkilla, joilla on jokin muu tehtävä kuin energian tuotanto. Kukin polttoainesauva sisältää suuren määrän polttoaine-tabletteja, jotka on pinottu päällekkäin kapseliputkeen, joka on normaalisti zirkaloyta. Polttoainesauvat on kussakin polttoainesauvanipussa sovitettu pohja- ja ylälaatan väliin, joihin tietyt polttoainesauvat, ns. kantavat polttoainesauvat, on kiinnitetty. Polttoainesauvanippua ympäröi kiehutusreaktoreissa vaippaputki, joka on normaalisti zirkaloyta. Vairassa polttoainesauvat pidetään halutun välimatkan päässä toisistaan sivusuunnassa levittimien avulla, jotka on sovitettu sopivien välimatkojen päähän korkeussuunnassa.The core of a nuclear reactor normally contains several hundred fuel rod bundles. Each fuel rod bundle consists of several fuel rods. Thus, boiling reactors often use fuel rod bundles containing 8x8 fuel rods, sometimes 6x6, 7x7 or 9x9 fuel rods. One or more of these fuel rods may be replaced by inert rods or pipes having a function other than energy production. Each fuel rod contains a large number of fuel tablets stacked on top of each other in a capsule tube that is normally zirkaloyta. The fuel rods in each fuel rod bundle are arranged between the base and top plate, to which certain fuel rods, the so-called load-bearing fuel rods are attached. In boiling reactors, the fuel rod bundle is surrounded by a jacket tube that is normally zirkaloyta. In the rudder, the fuel rods are kept at the desired distance from each other laterally by means of spreaders arranged at suitable distances from the height.

Kun palama reaktorissa on edennyt niin pitkälle, että pienin hyväksyttävä reaktiivisuusmarginaali on saavutettu, suoritetaan osittainen uudelleenlataus. Laskemalla sopivalla tavoin osaksi, miten paljon polttoainetta on korvattava, ja osaksi korvauspolttoaineen rikastus saadaan reaktiivisuushyppy, joka sallii tietyn energian välioton seuraavaan polttoaineen vaihtoon asti. Kiehutusreaktorin osittaisessa uudelleenla-tauksessa voidaan esim. vaihtaa 1/5 polttoaineesta kunakin käyttövuonna (tai muuna sopivana käyttöjaksona) toisen käyttövuoden lopusta lukien. Tämä merkitsee, että polttoaine on esimerkkitapauksessa sydämessä 5 vuoden ajan jatkuvuus-tilassa, mutta että polttoaineen osaa, joka vaihdetaan alkuvaiheessa, käytetään lyhyemmän ajan, 3-4 vuotta.When the combustion in the reactor has progressed so far that the minimum acceptable reactivity margin has been reached, a partial recharging is performed. By appropriately calculating in part how much fuel needs to be replaced and in part in the enrichment of the replacement fuel, a reactivity jump is obtained that allows a certain energy to be taken up until the next fuel change. In the case of partial reloading of a boiling reactor, it is possible, for example, to change 1/5 of the fuel in each year of operation (or in another suitable period of operation) from the end of the second year of operation. This means that, in the exemplary case, the fuel is in the heart for 5 years in the continuity state, but that the part of the fuel that is changed at the initial stage is used for a shorter period, 3-4 years.

Polttoaineen vaihto on tähän asti tapahtunut siten, että 2 71624 polttoainesauvaniput on otettu ulos sydämestä sekä että muodostuneisiin tyhjiin tiloihin on sijoitettu uutta polttoainetta sisältäviä polttoainesauvanippuja, tavallisesti sydämessä jäljellä olevien polttoainesauvanippujen sopivan uudelleensijoituksen jälkeen. Polttoainesauvanippujen uudelleensijoitus suoritetaan, jotta reaktori saisi optimaalisen tehon jakauman sydämessä ja optimaalisen reaktiivisuuden. Reaktorin sydämestä poistetut polttoainesauvaniput ovat sen jälkeen joutuneet käsittelyyn jäljellä olevan käyttökelpoisen, fissiokelpoisen aineen talteenottoa varten.The fuel change has so far taken place by removing 2,71624 fuel rod bundles from the core and placing fuel rod bundles containing new fuel in the resulting voids, usually after a suitable repositioning of the fuel rod bundles remaining in the core. The repositioning of the fuel rod bundles is performed to provide the reactor with an optimal power distribution in the core and optimal reactivity. The fuel rod bundles removed from the reactor core have then been treated to recover the remaining usable, fissile material.

Ruotsalaisen patenttijulkaisun 7806429-2 mukaan on tunnettua koota polttoaineen vaihdon yhteydessä uusia polttoainesau-vanippuja käyttämällä hyväksi polttoainesauvoja loppuun palaneista polttoainesauvanipuista, niin että keskimääräinen pitoisuus fissiok.elpoista ainetta uudessa polttoainesau-vanipussa muodostuu suuremmaksi kuin loppuun palaneissa, ja käyttää näin koottuja polttoainesauvanippuja vielä jonkun tai muutamien käyttöjaksojen aikana reaktorissa. Käyttämällä tällä tavoin hyväksi loppuun palaneita polttoainesauva-nippuja voidaan polttoainekustannuksissa saavuttaa suuria säästöjä. Loppuun palaneissa polttoainesauvanipuissa, joita tunnetussa tapauksessa käytetään uuden polttoainesauvanipun kokoamiseen, on uraanidioksidia ja mahdollisesti plutoniumdi-oksidia polttoaineena käyttävissä kevytvesikiehutusreakto-reissa U 235:n, Pu 239:n ja Pu 241:n muodossa olevan fissio-kelpoisen aineen pitoisuus enintään 1,75 % polttoaineen sisältämän uraanin ja mahdollisen plutoniumin alkupainosta. Mainitun ruotsalaisen patenttijulkaisun mukaan on myös tunnettua sijoittaa uuden polttoainesauvanipun kokoonpanossa vedellä täytettyjä putkia polttoaineputkien sijaan joihinkin polttoainesauvojen kohtiin, niin että tällä tavoin suurennetaan tilavuussuhdetta vesi/polttoaine ja niin ollen parannetaan jäljellä olevan fissiokelpoisen aineen hyväksikäyttö-mahdollisuuksia .According to Swedish patent publication 7806429-2, it is known to assemble new fuel rod bundles in connection with a fuel change by utilizing fuel rods from spent fuel rod bundles so that the average concentration of fissile material in the new fuel rod bundle is greater than that of the spent fuel rod bundles. during operating cycles in the reactor. By utilizing spent fuel rod bundles in this way, large savings in fuel costs can be achieved. The spent fuel rod bundles, which in the known case are used to assemble a new fuel rod bundle, have a fissile material content of up to 1.75% in the form of U 235, Pu 239 and Pu 241 in light water boiling reactors using uranium dioxide and possibly plutonium dioxide. the initial weight of uranium and any plutonium contained in the fuel. According to said Swedish patent publication, it is also known to place water-filled pipes in some new fuel rod positions in the assembly of a new fuel rod bundle, thus increasing the water / fuel volume ratio and thus improving the utilization of the remaining fissile material.

Esillä oleva keksintö perustuu siihen oivallukseen, että li 71624 tietyin edellytyksin on mahdollista saavuttaa hyvin suuria polttoainekustannusten säästöjä suorittamalla polttoaineen vaihto, ennenkuin polttoaineniput ovat palaneet loppuun, ts. kun ne ovat osaksi palaneet loppuun. Suurten säästöjen edellytyksenä on, että reaktoriin sovitetaan käynnistyksessä pienempi tilavuussuhde vesi/polttoaine kuin normaalisti on asianlaita, että tietty määrä polttoainesauvoja, joiden fissiokelpoisen aineen pitoisuus on pieni, korvataan roltcoainesauvoilla, joiden fissiokelpoisen aineen pitoisuus on suurempi, että tietty määrä polttoainesauvoja kyseisessä polttoainesauvanipussa korvataan vedellä täytetyillä putkilla.The present invention is based on the realization that under certain conditions it is possible to achieve very large fuel cost savings by carrying out a fuel change before the fuel bundles are burned out, i.e. when they are partially burned out. The preconditions for large savings are that a lower water / fuel volume ratio is normally applied to the reactor at start-up. tubes.

Esillä olevan keksinnön kohteena on tarkemmin sanottuna tapa vaihtaa polttoaine kevytvesikiehutusreaktorissa, joissa polttoaineena on uraanidioksidi ja mahdollisesti pluto-niumdioksidi ja jonka sydän sisältää useita polttoainesauva-nippuja, jotka on koottu useista polttoainesauvoista. Keksinnön mukainen tapa on tunnettu siitä, että reaktoriin sovitetaan käynnistyksessä veden ja polttoaineen tilavuussuhteeksi enintään 1,85, että kun reaktoria on käytetty U 235:n,More particularly, the present invention relates to a method of changing fuel in a light water boiling reactor fueled by uranium dioxide and possibly Plutonium dioxide, the core of which comprises a plurality of fuel rod bundles assembled from a plurality of fuel rods. The method according to the invention is characterized in that the reactor is adjusted to a volume ratio of water and fuel of at most 1.85 at start-up, so that when the reactor has been operated with U 235,

Pu 239:n ja Pu 241:n muodostaman fissiokelpoisen aineen keskipitoisuuteen vähintään 1,80 % polttoaineen sisältämän uraanin ja mahdollisen plutoniumin alkupainosta, ainakin yhden polttoainesauvanipun tietty määrä polttoainesauvoja, joilla on pieni fissiokelpoisen aineen pitoisuus, korvataan polttoainesauvoilla, joilla on suurempi fissiokelpoisen aineen pitoisuus, sekä että tietty määrä polttoainesauvoja samassa polttoainesauvanipussa korvataan vedellä täytetyillä putkilla tai poistetaan ja niiden paikat jätetään tyhjiksi.For an average fissile material content of Pu 239 and Pu 241 of at least 1,80% of the initial weight of uranium and possible plutonium in the fuel, a certain number of fuel rod bundles with a low fissile material content shall be replaced by fuel rods with a higher fissile material content. and that a certain number of fuel rods in the same fuel rod bundle are replaced by pipes filled with water or removed and their spaces left empty.

Veden ja polttoaineen tilavuussuhde on yksinkertaistettu tapa kuvata polttoainehilan hidastavia ominaisuuksia. Tämä suhde lasketaan jakamalla sydämen kaikkien sellaisten tilavuuksien summa, jotka on normaalisti täytetty jäähdytys-aineella ja hidastimella (vedellä), kaikkien niiden tilavuuksien summalla, jotka on täytetty polttoaineella (uraa-nidioksidilla ja mahdollisella plutoniumdioksidilla). Jääh- 4 71624 dvtysainetilavuuden määrityksessä otetaan huomioon kiehuminen siten, että ne tilavuudet, jotka sisältävät höyryä, lasketaan pois.The volume ratio of water to fuel is a simplified way to describe the retarding properties of a fuel grid. This ratio is calculated by dividing the sum of all volumes of the core normally filled with coolant and retarder (water) by the sum of all volumes filled with fuel (uranium dioxide and possible plutonium dioxide). In determining the volume of refrigerant 4 71624, boiling is taken into account so that those volumes which contain steam are excluded.

Veden ja polttoaineen tilavuussuhde on uraanidioksidia ja mahdollisesti plutoniumdioksidia polttoaineena käyttävän kevytvesikiehutusreaktorin käynnistyksessä normaalisti 1,90-2,10.The volume ratio of water to fuel at the start-up of a light water boiling reactor using uranium dioxide and possibly plutonium dioxide as fuel is normally 1.90-2.10.

Uuden polttoainesauvanipun polttoainetta optimaalisesti hyväksi käytettäessä sijoitetaan korvaussauvat ja vesiputket siten, että uuden polttoainesauvanipun sisäinen tehomuoto-kerroin, ts. tehon maksimaalisen paikallisen arvon ja sen keskiarvon osamäärä vaakasuorana leikkauksena polttoainesauvanipun läpi, on ainakin 1,20 ja edullisesti 1,30-1,50.When making optimal use of the fuel in the new fuel rod bundle, the replacement rods and water pipes are positioned so that the internal power form factor of the new fuel rod bundle, i.e. the quotient of the maximum local power value and its average in horizontal section through the fuel rod bundle, is at least 1.20 and preferably 1.30-1.50.

Keksinnön mukaisen uuden polttoainesauvanipun muodostamiseksi voidaan polttoainesauvat, joilla on pieni fissiokel-poisen aineen pitoisuus, korvata saman polttoainesauvanipun polttoainesauvoilla, joilla on suurempi fissiokelpoisen aineen pitoisuus. Polttoainesauvat, joilla on pieni fissio-kelpoisen aineen pitoisuus, sijaitsevat paitsi mahdollisesti poikkeustapauksissa vesiraoissa polttoainesauvanipun ympärillä ja polttoainesauvat, joilla on suurempi fissiokelpoisen aineen pitoisuus, sijaitsevat ainakin normaalisti nipun keskeisemmissä osissa. Polttoainesauvat, jotka korvaavat polttoainesauvat, joilla on pieni fissiokelpoisen aineen pitoisuus, voidaan myös ottaa toisesta polttoainesauvanipusta kuin siitä, josta viimeksi mainitut poistetaan.To form a new fuel rod bundle according to the invention, fuel rods with a low content of fissile material can be replaced by fuel rods with a higher content of fissile material in the same fuel rod bundle. Fuel rods with a low concentration of fissile material are located, except in exceptional cases, in water gaps around the fuel rod bundle, and fuel rods with a higher concentration of fissile material are located at least normally in the central parts of the bundle. Fuel rods replacing fuel rods with a low content of fissile material may also be taken from a fuel rod bundle other than the one from which the latter are removed.

Käsittelyn kannalta on edullisempaa, jos polttoainesauvat, joilla on suurempi fissiokelpoisen aineen pitoisuus ja joita käytetään korvaamaan polttoainesauvoja, joilla on pieni fis-siokelpoisen aineen pitoisuus, korvataan vedellä täytetyillä putkilla tai niiden paikat jätetään tyhjiksi.From a treatment point of view, it is more advantageous if fuel rods with a higher content of fissile material and used to replace fuel rods with a low content of fissile material are replaced by tubes filled with water or their spaces are left empty.

Samalla kun polttoainesauvanippu laitetaan kuntoon keksinnönWhile the fuel rod bundle is put in place for the invention

IIII

5 71624 mukaisesti, voidaan edelleen yhden tai useiden polttoaine-sauvojen tilalle joihinkin polttoainesauvanipun polttoaine-sauvojen paikkoihin sijoittaa sauvoja tai putkia, jotka sisältävät palavaa neutroniabsorbaattoriainetta, esim. gadoli-niumia, booria tai samariumia jaettuna sopivaan kantoainee-seen kuten uraanidioksidiin, zirkaloyhin tai teräkseen.5,71624, in addition to one or more fuel rods, rods or tubes containing a combustible neutron absorber, e.g., gadolinium, boron, or samarium, may be placed in some locations of the fuel rod bundle fuel rods in a suitable carrier such as uranium dioxide or zirkaloy.

Tällä tavoin voidaan saada aikaan vahvistettu reaktiivisuuden säätö käyttöjakson aikaisemman osan aikana ja samalla käyttöjakson lopussa saada samantapainen suotuisa vaikutus kuin vedellä täytetyllä putkella saatu vaikutus.In this way, an enhanced control of the reactivity can be obtained during the previous part of the operating cycle and at the same time at the end of the operating cycle a similar beneficial effect as that obtained with the water-filled tube can be obtained.

Jotta keksintöä voitaisiin täysin käyttää hyväksi, on polttoaineen vaihdossa useita kymmeniä osittain loppuun palaneita polttoainesauvanippuja reaktorissa korvattava keksinnön mukaisesti kuntoon laitetuilla polttoainesauvanipuilla. Neut-ronitaloudelliselta kannalta on edullista suorittaa keksinnön mukaisten polttoainesauvanippujen rekonstruktio useammin kuin kerran niiden käytön aikana reaktorissa.In order to take full advantage of the invention, several dozen partially burned fuel rod bundles in the reactor must be replaced with fuel rod bundles repaired in accordance with the invention. From a neutron economic point of view, it is advantageous to carry out the reconstruction of the fuel rod bundles according to the invention more than once during their use in the reactor.

Keksintöä selitetään lähemmin kuvaamalla erästä suoritusesi-merkkiä viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää vaakaleikkausta kevytvesikiehutusreaktorin sydämen osan läpi, kuvio 2 kuvion 1 mukaisen reaktorin sydämen poltto-ainesauvanippua, jossa on esitetty U 235:sta muodostuvan fissiokelpoisen aineen alkupitoisuus kussakin siihen kuuluvassa polttoainesauvassa, kuvio 3 samaa polttoainesauvanip-pua kolmen käyttövuoden jälkeen, jolloin siinä esitetään U 235:n muodostaman ja Pu 239:n ja Pu 241:n yhteenlasketun määrän muodostaman fissiokelpoisen polttoaineen pitoisuus, ja kuvio 4 esittää polttoainesauvanippua, joka on valmistettu kuvion 3 mukaisesta polttoainesauvanipusta esillä olevan keksinnön mukaisesti.The invention will be described in more detail with reference to an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows a horizontal section through a core part of a light water boiling reactor, Fig. 2 3 of the same fuel rod bundle after three years of operation showing the concentration of fissile fuel formed by U 235 and the sum of Pu 239 and Pu 241, and Figure 4 shows a fuel rod bundle made from the fuel rod bundle of Figure 3 according to the present invention. in accordance with.

Kuviossa 1 esitetään kiehutusreaktorin pystysuorilla polttoainesauvanipuilla varustetun sydämen vaakaleikkauksen pieni osa. Leikkaus sisältää 9 kokonaista polttoainesauvanippua 10. Polttoainesauvanippujen kokonaismäärä kokonaisessa poikkileikkauksessa on useita satoja. Kukin polttoainesauva- 6 71624 nippu, esim. 10a, on koottu 64 polttoainesauvasta 11 neliömäiseksi hilaksi. Polttoainesauvanippu on suljettu vaippa-putkeen 12, joka on tehty zirkaloy-4:stä ja jolla on neliömäinen poikkileikkaus. Sauvoja pidetään paikoillaan esittämättä jätettyjen välikepitimien, ns. levittimien avulla, jotka on sijoitettu samalla jaolla myöskin esittämättä jätettyjen ylä- ja pöhjalaattojen väliin polttoainesauvanipus-sa. Kukin polttoainesauva muodostuu useista uraania polttoaineena sisältävistä tableteista, jotka on pinottu päällekkäin ja kapseloitu putkeen 13, joka on tehty zirkaloy-2:sta. Polttoainesauvojen välisten ja niitä ympäröivien tilojen 14 läpi virtaa jäähdytysainetta, esimerkkitapauksessa kevyttä vettä. Polttoainesauvanippujen välisten rakojen 15a ja 15b läpi virtaa myös samanlaista jäähdytysainetta.Figure 1 shows a small part of the horizontal section of a core with vertical fuel rod bundles in a boiling reactor. The cut includes 9 complete fuel rod bundles 10. The total number of fuel rod bundles in the total cross section is several hundred. Each bundle of fuel rods 6,71624, e.g. 10a, is assembled from 64 fuel rods into 11 square grids. The fuel rod bundle is enclosed in a jacket tube 12 made of Zirkaloy-4 and having a square cross section. The rods are held in place by the spacers not shown, the so-called by means of spreaders which are also placed between the top and bottom plates (not shown) in the fuel rod bundle in the same division. Each fuel rod consists of a plurality of uranium-fueled tablets stacked on top of each other and encapsulated in a tube 13 made of Zirkaloy-2. A coolant, in this case light water, flows through the spaces 14 between and around the fuel rods. A similar coolant also flows through the gaps 15a and 15b between the fuel rod bundles.

Raot 15b, joihin voidaan sijoittaa säätösauvoja 16, ovat leveämmät kuin raot 15a, joissa ei ole säätösauvoja. Poikkileikkaus sisältää myös neutronilähteitä 17 sekä neutroni-ilmaisimia 18. Yksi tai useat polttoainesauvat voivat, kuten alussa mainittiin, olla vaihdetut energiaa tuottamattomaan sauvaan. Niin ollen voisi esim. sauva 19 olla vaihdettu umpinaiseen tai vedellä täytettyyn zirkaloy-2-sauvaan. Polttoainesauvat 20, 21, 22 ja 23 on kiinnitetty polttoainesauva-nipun ylä- ja pöhjalaattoihin. Katkoviivat AB ja AC jakavat raot 15B keskeltä ja katkoviivat BD ja CD raot 15B keskeltä. Veden ja polttoaineen tilavuussuhde muodostaa kuvioon 1 viitaten suhteen toisaalta tilojen 14 (kompensoitu kiehumista varten) tilavuuksien, kahden puolikasraon 15a tilavuuksien, kahden puolikasraon 15b tilavuuksien ja mahdollisten vedellä täytettyjen putkien 19 veden tilavuuden summan ja toisaalta kaikkien polttoainetta sisältävien sauvojen 11 tablettien tilavuuksien summan välillä.The slots 15b in which the adjusting rods 16 can be placed are wider than the slots 15a in which there are no adjusting rods. The cross-section also includes neutron sources 17 as well as neutron detectors 18. One or more fuel rods may, as mentioned at the outset, be replaced by a non-energy producing rod. Thus, for example, rod 19 could be replaced by a closed or water-filled Zirkaloy-2 rod. The fuel rods 20, 21, 22 and 23 are attached to the top and bottom plates of the fuel rod bundle. The dashed lines AB and AC divide the slots 15B in the middle and the dashed lines BD and CD the slits 15B in the middle. Referring to Figure 1, the volume ratio of water to fuel is the ratio between the volumes of the compartments 14 (compensated for boiling), the volumes of the two half slits 15a, the volumes of the two half slits 15b and the volume of any water-filled tubes 19 and the tablet volumes of all fuel-containing rods 11.

Polttoainesauvojen keskinäisen etäisyyden määräävät ensisijaisesti reaktorin fysikaaliset vaatimukset optimaalisen neutronitalouden ja sydämen neutronimonistavien ominaisuuksien suhteen. Sauvojen etäisyyttä valittaessa otetaan myös huomioon polttoainesauvanippujen välisissä raoissa olevanThe distance between the fuel rods is primarily determined by the physical requirements of the reactor for optimal neutron economy and cardiac neutron amplifying properties. When selecting the distance between the rods, the gap between the fuel rod bundles is also taken into account

IIII

7 71624 ylimääräisen veden vaikutus, jolla on suuri merkitys neut-ronivuon paikallisen vaihtelun kannalta. Tämä vesi aiheuttaa paikallisesti suurentuneen neutronivuon, niin että vesi-rakojen kohdalla sijaitsevia polttoainesauvoja kuormitetaan voimakkaammin kuin muita polttoainesauvoja. Jotta tehon jakauma voitaisiin mahdollisuuksien mukaan tasoittaa polt-toainesauvanipussa, käytetään polttoainesauvoja, joissa on erilainen pitoisuus fissiokelpoista ainetta, esimerkkitapauksessa U 235:tä, eri asemissa polttoainesauvanipussa.7 71624 The effect of excess water, which is of great importance for the local variation of neutron flux. This water causes locally increased neutron flux, so that the fuel rods located at the water gaps are loaded more heavily than other fuel rods. In order to smooth the power distribution in the fuel rod bundle as far as possible, fuel rods with different concentrations of fissile material, in the example U 235, are used at different positions in the fuel rod bundle.

Kuvio 2 esittää esimerkin polttoainesauvanipusta, jossa eri polttoainesauvojen alkuperäiset U 235-pitoisuudet on ilmaistu prosentteina polttoaineen sisältämän uraanin (uraanidiok-sidin) alkupainosta. (Jatkossa esitetyt prosenttiluvut tarkoittavat myös prosentteja polttoaineen sisältämän uraanin alkupainosta). Keskipitoisuus on 2,75 %. Neljää eri pitoisuutta, nimittäin 1,18 %, 2,02 %, 2,80 % ja 3,50 % käytetään polttoainesauvanippua koottaessa. Numerolla 19 merkittyyn asemaan on sovitettu umpinainen zirkaloy-2-sauva. Nipun veden ja polttoaineen tilavuussuhde on 1,80. Kuvion selventämiseksi ei itse polttoainesauvoja ole piirretty siihen vaan ainoastaan niiden pitoisuus.Figure 2 shows an example of a fuel rod bundle in which the initial concentrations of U 235 in the various fuel rods are expressed as a percentage of the initial weight of uranium (uranium dioxide) contained in the fuel. (The percentages below also refer to percentages of the initial weight of uranium in the fuel). The average concentration is 2.75%. Four different concentrations, namely 1.18%, 2.02%, 2.80% and 3.50%, are used to assemble the fuel rod bundle. A closed Zirkaloy-2 rod is fitted to the station marked 19. The volume ratio of water in the bundle to fuel is 1.80. To clarify the figure, the fuel rods themselves are not drawn on it, only their concentration.

Kuvio 3 esittää saman polttoainesauvanipun 2 käyttövuoden jälkeen. Ylempi luku, jota on merkitty numerolla 24, kussakin ruudussa esittää U 235-pitoisuutta %:eina ja alempi numero, jota on merkitty numerolla 25, esittää Pu 239:n ja Pu 241:n yhteenlaskettua pitoisuutta %:eina kussakin polttoainesauvanipun polttoainesauvassa. Plutoniumia on muodostunut käytön aikana nopeiden neutronien kaappauksen kautta U 238:ssa. Aiemmin mainittu suuri neutronivuo ja niin ollen vesirakojen 15a ja 15b kohdalla sijaitsevien sauvojen suurempi teho ovat, kuten nähdään, aiheuttaneet sen, että fissio-kelpoinen aine, pääasiassa U 235, Pu 239 ja Pu 241, on kulunut tässä nopeammin kuin polttoainesauvanipun keskiosissa. Tämä vahvistaa aikaa myöten alussa käytettyä pitoisuusjakaumaa, ja polttoainesauvanipun teho tasoittuu. U 235:n keskipitoisuus, joka alussa on ollut 2,75 %, on 3 vuoden käytön 8 71624 jälkeen 1,51 % ja Pu 239:n (0,40 %) ja Pu 241:n (0,04 %) yhteenlasketun määrän keskipitoisuus on 0,44 %. U 235-ytimen ja Pu-ytimen halkeaminen antaa suunnilleen saman ener-giasaannon. Fissiokelpoisen aineen määrä on niin ollen pienentynyt suunnilleen 1,95 %:iin alkumäärästä. Jäljellä oleva fissiokelpoinen aine on myös jakautunut eri tavalla polt-toainesauvanippuihin kuuluvissa polttoainesauvoissa.Figure 3 shows the same fuel rod bundle 2 after one year of operation. The upper number, denoted by 24, in each box represents the U 235 content in%, and the lower number, denoted by 25, represents the total concentration of Pu 239 and Pu 241 in% in each fuel rod fuel rod. Plutonium has been formed during use through the capture of fast neutrons in U 238. The aforementioned high neutron flux and thus the higher power of the rods at the water gaps 15a and 15b have, as can be seen, caused the fissile material, mainly U 235, Pu 239 and Pu 241, to wear faster here than in the middle parts of the fuel rod bundle. This reinforces the concentration distribution initially used over time, and the power of the fuel rod bundle is equalized. The average concentration of U 235, which was initially 2.75%, is 1.51% after 3 years of use 8 81624 and the sum of Pu 239 (0.40%) and Pu 241 (0.04%) the average concentration is 0.44%. The cracking of the U 235 core and the Pu core gives approximately the same energy yield. The amount of fissile material has thus been reduced to approximately 1.95% of the initial amount. The remaining fissile material is also distributed differently in the fuel rods belonging to the fuel rod bundles.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti rekonstruoidaan kuvion 3 mukainen polttoainesauvanippu seuraavilla toimenpiteillä, jolloin saadaan kuvion 4 mukainen polttoainesauvanippu.According to the present invention, the fuel rod bundle according to Fig. 3 is reconstructed by the following operations, whereby the fuel rod bundle according to Fig. 4 is obtained.

Polttoainesauva 31 korvataan polttoainesauvalla 32 " 32 " vedellä täytetyllä putkella 33 " 34 " polttoainesauvalla 35 " 35 " polttoainesauvalla 36 36 " vedellä täytetyllä putkella 37 " 38 " polttoainesauvalla 39 " 39 " polttoainesauvalla 40 " 40 " vedellä täytetyllä putkella 41 " 42 " polttoainesauvalla 43 " 43 " vedellä täytetyllä putkella 44 " 45 " polttoainesauvalla 46 " 46 " vedellä täytetyllä putkella 47 " 48 " polttoainesauvalla 49 " 49 " vedellä täytetyllä putkella 50 " 51 " polttoainesauvalla 52 " 52 " vedellä täytetyllä putkella 53 " 54 " polttoainesauvalla 42 " 55 " polttoainesauvalla 45 Tämä merkitsee sitä, että polttoainesauvat 31, 34, 38, 48, 51, 54 ja 55 on poistettu kuvion 3 mukaisesta polttoainenipusta, että polttoainesauvat 32, 35, 36, 39, 40, 42, 43, 45, 46, 49 ja 52 on siirretty uusiin asemiin mainitussa polttoainenipussa ja että vedellä täytetyt putket 33, 37, 41, 44, 47, 50 ja 53 on sijoitettu asemiin, joista polttoainesau-The fuel rod 31 is replaced by a fuel rod 32 "32" with a water-filled tube 33 "34" by a fuel rod 35 "35" by a fuel rod 36 36 "by a water-filled tube 37" 38 "by a fuel rod 39" 39 "by a fuel rod 40" 40 "by a water-filled tube 41" 42 " "43" with water-filled pipe 44 "45" with fuel rod 46 "46" with water-filled pipe 47 "48" with fuel rod 49 "49" with water-filled pipe 50 "51" with fuel rod 52 "52" with water-filled pipe 53 "54" with fuel rod 42 "55 "with fuel rod 45 This means that fuel rods 31, 34, 38, 48, 51, 54 and 55 have been removed from the fuel bundle according to Figure 3, that fuel rods 32, 35, 36, 39, 40, 42, 43, 45, 46, 49 and 52 have been moved to new positions in said fuel bundle and that the water-filled pipes 33, 37, 41, 44, 47, 50 and 53 are located at positions from which the fuel tank

IIII

9 71 624 voja on siirretty pois. Tällä tavoin on saatu kuvion 4 mukainen rekonstruoitu polttoainenippu. Kuvion 4 mukaista polttoainesauvanippua koottaessa on kuvion 3 mukaisessa polttoainesauvanipussa pääasiassa korvattu sellaisia poltto-ainesauvoja, jotka sijaitsevat lähinnä leveitä vesirakoja ja joissa fissiokelpoisen aineen pitoisuus on pienin. Vaihdon ansiosta on fissiokelpoisen aineen pitoisuus oltuaan 1,51 % U 235:n kohdalla ja 0,44 % Pu 239:n ja Pu 241:n kohdalla yhteensä kuvion 3 mukaisissa polttoainesauvoissa suurentunut 1,61 %:iin U 235:n kohdalla ja 0,44 %:iin Pu 239:n ja Pu 241:n kohdalla yhteensä. Kuvion 4 mukaisen polttoaine-sauvanipun sisäinen tehomuotokerroin on 1,50, jolloin on myös otettu huomioon, että energiaa tuottavien sauvojen määrä pienenee. Veden ja polttoaineen tilavuussuhde on 2,25. Kuvion 4 mukaiset polttoainesauvaniput voivat tuottaa ainakin 10 % enemmän energiaa kuin kuvion 3 mukainen rekonstru-oimaton polttoainesauvanippu, mikä vastaavasti pienentää reaktorin polttoainekustannuksia.9 71 624 spokes have been removed. In this way, the reconstructed fuel assembly according to Fig. 4 is obtained. When assembling the fuel rod bundle according to Fig. 4, the fuel rod bundle according to Fig. 3 has mainly replaced such fuel rods which are located closest to the wide water gaps and have the lowest concentration of fissile material. As a result of the exchange, the concentration of fissile material has increased to 1.51% for U 235 and 0.44% for U 235 and 0.44% for Pu 239 and Pu 241, respectively, in the fuel rods of Figure 3. , To 44% for Pu 239 and Pu 241 combined. The internal power form factor of the fuel rod bundle according to Figure 4 is 1.50, which also takes into account that the number of energy-producing rods decreases. The volume ratio of water to fuel is 2.25. The fuel rod bundles of Figure 4 can produce at least 10% more energy than the unreconstructed fuel rod bundle of Figure 3, which correspondingly reduces reactor fuel costs.

Yksi tai useita vesiputkia tai polttoainesauvoja kuvion 4 mukaisessa polttoainenipussa voidaan korvata sauvalla tai vastaavasti sauvoilla, jotka sisältävät palavaa neutroni-absorbaattoria, esim. gadoliniumia jaettuna uraanidioksidi;n tai zirkaloyhin kantaja-aineena.One or more water pipes or fuel rods in the fuel bundle of Figure 4 may be replaced by a rod or rods, respectively, containing a combustible neutron absorber, e.g. gadolinium, divided into uranium dioxide or zirkaloy as a carrier.

Claims

71624

A method for changing fuel in a light water boiling reactor fueled with uranium dioxide or possibly plutonium dioxide, the core of which comprises a plurality of fuel rod bundles (10) assembled from a plurality of fuel rods (11), characterized in that the reactor is adjusted to a water / fuel volume ratio of 1.85 when the reactor has been operated to an average concentration of fissile material of U 235, Pu 239 and Pu 241 of at least 1.80% of the initial weight of uranium and possible plutonium in the fuel, a certain number of fuel rods of at least one fuel rod bundle (31, 34, 38, 42, 45, 48, 51, 54, 55) with a low concentration of fissile material are replaced by fuel rods (32, 35, 36, 39, 40, 42, 43, 45, 46, 49, 52) from the reactor with the fuel rods have a higher concentration of fissile material, and that a certain number of fuel rods (32, 36, 40, 43, 46, 49, 52) in the same fuel rod bundle are replaced by water filling pipes (33, 37, 41, 44, 47, 50, 53) or are removed and left empty.

A method according to claim 1, characterized in that the fuel rods (31, 34, 38, 42, 45, 48, 51, 54, 55) with a low content of fissile material are replaced by fuel rods (32, 35, 36, 39, 40, 42, 43, 45, 46, 49, 52) with a higher fissile material content from the same fuel rod bundle. Il