FI80539B - Method for operation of a nuclear reactor moderated and cooled by light water - Google Patents

Method for operation of a nuclear reactor moderated and cooled by light water Download PDF

Info

Publication number
FI80539B
FI80539B FI840360A FI840360A FI80539B FI 80539 B FI80539 B FI 80539B FI 840360 A FI840360 A FI 840360A FI 840360 A FI840360 A FI 840360A FI 80539 B FI80539 B FI 80539B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
rods
neutrons
fission
fuel
energy
Prior art date
Application number
FI840360A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI840360A (en
FI80539C (en
FI840360A0 (en
Inventor
Jean-Paul Millot
Original Assignee
Framatome & Cie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Framatome & Cie filed Critical Framatome & Cie
Priority to FI840360A priority Critical patent/FI80539C/en
Publication of FI840360A0 publication Critical patent/FI840360A0/en
Publication of FI840360A publication Critical patent/FI840360A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI80539B publication Critical patent/FI80539B/en
Publication of FI80539C publication Critical patent/FI80539C/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

1 805391 80539

Menetelmä kevytvesihidasteisen ja -jäähdytteisen ydinreaktorin käyttämiseksiMethod for operating a light water retarded and cooled nuclear reactor

Keksinnön kohteena on menetelmä kevytvesihidastei-5 sen ja jäähdytteisen ydinreaktorin käyttämiseksi, joka reaktori käsittää sydämen, joka koostuu hidastukseen ja jäähdytykseen tarkoitettuun kevytveteen upotetuista polttoaine-elementeiksi, jotka vaihdetaan ainakin osaksi määrätyin aikavälien, jotka vastaavat reaktorin toimintajak-10 soja, jolloin jakson ensimmäisessä vaiheessa neutronien energiaspektrin muutossauvat, jotka ovat sydämeen tasaisesti jakaantuneina, pidetään sydämessä hidastimen tilavuuden ja fissiomateriaalin tilavuuden välisen suhteen pienentämiseksi ja neutronien energiaspektrin siirtämisek-15 si korkeampien energiapitoisuuksien suuntaan, ja jakson toisessa vaiheessa energiaspektrinmuutossauvat poistetaan toimimaan alhaisemman energiapitoisuuden omaavalla spektrillä. Keksinnön kohteena on myös menetelmässä käytetty ydinreaktori.The invention relates to a method for operating a light water retarder and a cooled nuclear reactor, which reactor comprises a core consisting of fuel elements immersed in light water for deceleration and cooling, which are exchanged at least in part for certain intervals corresponding to reactor operating cycles. energy spectrum transducers evenly distributed in the core are held in the heart to reduce the ratio between retarder volume and fissile material volume and shift the neutron energy spectrum toward higher energy concentrations, and in the second step of the cycle the energy spectrum transducers are removed to operate at lower energy. The invention also relates to a nuclear reactor used in the process.

20 Tunnetun tyyppisissä kevytpainevesihidasteisissa ja -jäähdytteisissä ydinreaktoreissa syntyy fissioketju-reaktion käynnistysvaiheessa jakson alussa ylijäämäreak-tiivisuutta, jonka määrä riippuu ydinpolttoaineen rikas-tusasteesta, jota täytyy rajoittaa, jotta vältetään reak-25 tion "ryöstäytyminen". Tavanomaisina rajoituskeinoina käytetään yleensä neutroneja absorboivia myrkkyjä joko jäähdytysveteen liuotettuina tai kuluvina, toisin sanoen rajoitetun elinajan omaavina myrkkyinä, tai neutroneja absorboivia sauvoja, jotka sitten käytetään sydämen tehota-30 son säätämiseen.In known types of light pressure water retarded and cooled nuclear reactors, at the beginning of the fission chain reaction phase, a surplus reactivity is generated at the beginning of the cycle, the amount of which depends on the degree of enrichment of the nuclear fuel, which must be limited to avoid "robbery". Conventional neutron-absorbing toxins are either used as dissolved or consumable, i.e., life-limited toxins, or neutron-absorbing rods, which are then used to adjust cardiac output.

Tällä tavalla hukataan energiaa, joka voitaisiin käyttää hyödyksi esimerkiksi fissiokelpoisen polttoaineen kuten plutoniumin aikaansaamiseen, jolloin uraanin tarve ja sen rikastuskustannukset pienenisivät.In this way, energy is wasted which could be utilized, for example, to produce a fissionable fuel such as plutonium, thus reducing the need for uranium and its enrichment costs.

35 Aikaisemmin on ehdotettu reaktion käynnistyksessä 2 80539 esiintyvän ylijäämäreaktiivisuuden käyttämistä hyväksi vähentämällä sydämen hidastin- ja jäähdytinaineen aikaansaamaa neutronien hidastuksen astetta, jolloin lähetetyt neutronit, joiden energia on tällöin suurempi, pääsevät 5 polttoaineen sisältämiin hyötöatomeihin saakka.35 It has previously been proposed to take advantage of the excess reactivity present at the start of the reaction 2 80539 by reducing the degree of neutron deceleration provided by the cardiac retarder and coolant, allowing the transmitted neutrons with higher energy to reach the 5 useful atoms in the fuel.

Kun hyötöaine absorboi nämä suurenergiset neutronit, se tulee fissiokelpoiseksi ja tällä tavoin saadaan ylimäärä polttoainetta, jolloin luonnonuraanin kulutus tulee paremmaksi.When the utility absorbs these high-energy neutrons, it becomes fissionable and in this way an excess of fuel is obtained, resulting in better consumption of natural uranium.

10 Neutronispektrin siirtäminen suurempiin energioihin päin aikaansaatiin pienentämällä hidastimen tilavuutta, jolloin sen jarrutusvaikutus häiritsee mahdollisimman vähän nopeiden neutronien liikerataa. On tunnettua käyttää tähän hidastimen tilavuuden supistamiseen menetelmää, jos-15 sa polttoaineen eliniän alkuvaiheessa osa painevesikatti-lan jäähdyttimen ja hidastimen muodostavasta kevyestä vedestä korvataan tietyllä määrällä raskasta vettä. Kun raskaan veden hidastuskyky on suurempi kuin kevyen veden, reaktori saadaan tällöin toimimaan vahvistetussa spektris-20 sä, toisin sanoen spektrissä, jossa suurenergiset neutronit käytetään hyötöaineen, kuten U 238:n, muuntamiseen fissiokelpoiseksi aineeksi, kuten Pu 239:ksi. Näissä reaktoreissa lisättiin kevyen veden tilavuutta sitä mukaa kun polttoaine laiheni eli kun sen reaktiivisuus pieneni, ja 25 näin pienennettiin raskaan veden tilavuutta, jolloin hidastimen jarrutusvoima lisääntyi ja sen seurauksena spektri siirtyi pienempiin energioihin (termisiin neutroneihin) päin, jotta hidastintilavuuden suhde fissiokelpoisen aineen tilavuuteen olisi sopiva fissioketjureaktion jatkumi-30 seksi itsestään.10 The transfer of the neutron spectrum towards higher energies was achieved by reducing the volume of the retarder, whereby its braking effect disturbs the trajectory of fast neutrons as little as possible. It is known to use a method for reducing the volume of this retarder if, at the beginning of the life of the fuel, part of the light water forming the condenser and retarder of the pressurized water boiler is replaced by a certain amount of heavy water. When the retardation capacity of heavy water is greater than that of light water, the reactor is then made to operate in an amplified spectrum, i.e., a spectrum in which high-energy neutrons are used to convert a useful material such as U 238 to a fissile material such as Pu 239. In these reactors, the volume of light water was increased as the fuel became thinner, i.e., as its reactivity decreased, thereby reducing the volume of heavy water, increasing the retarder braking force and consequently shifting the spectrum to lower energies (thermal neutrons). continuation of the fission chain reaction-30 sex by itself.

Tämä hidastintilavuuden muuttamistoimenpide ensin lisäämällä ja sitten poistamalla raskasta vettä nostaa huomattavasti kustannuksia raskaan veden itsensä hinnan vuoksi ja siksi, että siinä joudutaan järjestämään työläi-35 tä lisäkiertoja laimennus- ja talteenottovaiheita varten.This retarder volume conversion operation by first adding and then removing heavy water significantly increases the cost due to the cost of the heavy water itself and the need to provide laborious additional cycles for the dilution and recovery steps.

3 805393 80539

Erästä toistakin menetelmää hidastintilavuuden muuttamiseksi painevesijäähdytteisissä ydinreaktoreissa on ehdotettu: siinä käytetään neutroneja läpäisevästä aineesta (zirkoniumlejeeringistä) valmistettuja sauvanippu-5 ja, jotka pannaan osaanpolttoaine-elementtien ohjausput-kia, jottei jäähdytys- ja hidastusaine pääse niihin.Another method for modifying the retarder volume in pressurized water-cooled nuclear reactors has been proposed: it uses rod bundles 5 made of a neutron-permeable material (zirconium alloy) and placed in the control tubes of the partial fuel elements to prevent the coolant and retarder from entering them.

Nämä spektrinsiirtosauva- tai puikkoniput pidetään työnnettyinä ohjausputkiin sydämen eliniän alkuvaiheen ajan, jolloin neutronit pääsevät absorboitumaan suur-10 energisinä hidastinaineen jarrutusvaikutuksen pienentyes sä. Reaktorin ollessa käynnissä nämä niput vedetään pois, niin että hidastin-jäähdytinaine pääsee tunkeutumaan ohjausputkiin, jolloin tapahtuu liukuminen pienempiin energioihin päin, jolloin reaktorin käynti jatkuu samanlaises-15 sa energiaspektrissä (termisten neutronien spektrissä) kuin tällä hetkellä tunnetuissa kevytvesitehoreaktoreissa.These bundles of spectral transfer rods or rods are kept inserted into the guide tubes during the early life of the heart, allowing the neutrons to be absorbed as the Suur-10 energies as the retarding effect of the retarder decreases. While the reactor is running, these bundles are withdrawn so that the retarder-coolant can penetrate the control tubes, thereby sliding towards lower energies, continuing the operation of the reactor in a similar energy spectrum (thermal neutron spectrum) as currently known light water power reactors.

Tällainen mekaaninen muuttaminen, päin vastoin kuin raskasvesi-kevytvesilaimennus, tuo kuitenkin mukanaan laitteiston kannalta varteen otettavia rasituksia. Tällöin 20 on tärkeätä aikaansaada mahdollisimman hyvä hyötöaineen muuntamisteho fissiokelpoiseksi aineeksi ylimääräisten laitteistokustannusten tasaamiseksi.However, such a mechanical modification, in contrast to heavy water-light water dilution, entails considerable stresses for the equipment. In this case, it is important to provide the best possible conversion efficiency of the beneficial agent into a fissile material in order to compensate for the additional equipment costs.

Lisäksi on muissa tarkasteltavina olevissa reaktoreissa nykyään tunnettua käyttää suurenergisten eli nopei-25 den neutronien spektriä sydämen koko toiminta-ajan, jol loin tämän sydämen muuntumiskerroin on suuri ja se tuottaa näin erittäin huomattavan määrän fissiokelpoista ainetta käytettäväksi uusissa polttoainelatauksissa. Tätä tarkoitusta varten hyötöainesauva- tai elementtiniput kiinnite-30 tään pysyvästi joko fissiokelpoista ainetta oleviin polt-toaine-elementteihin tai vähemmän pysyvästi fissiokelpoi-sen aineen muodostaman vyöhykkeen reunaosaan.In addition, it is now known in the other reactors under consideration to use the spectrum of high-energy, i.e. fast, 25 neutrons throughout the life of the core, which has a high conversion factor for this core and thus produces a very considerable amount of fissile material for new refueling. For this purpose, the utility rod or element bundles are permanently attached either to the fuel elements of fissile material or to the edge portion of the zone formed by the less permanently fissile material.

Edellä kuvatuista tunnetuista menetelmistä johtuu se seikka, että kaikki tutkimukset suuntautuvat neutronien 35 hyväksikäytön optimointiin, jotta nopeiden neutronien 4 80539 spektrissä vapautuneiden neutronien absorboiminen olisi mahdollisimman tuottavaa fissiokelpoiseksi aineeksi, kuten plutoniumiksi, muuntumisen kannalta. Mutta vaikka reaktorin spektrin eliniän alussa tapahtuvaan siirtämiseen liit-5 tyvillä tunnetuilla menetelmillä päästäänkin merkittäviin tuloksiin, plutoniumin tuotannon kannalta, joka kulutetaan reaktorin eliniän toisen osan aikana, jolloin se toimii termisten neutronien spektrissä, jäljelle jää kuitenkin vielä neutronitalouden kannalta huomattava rajoitus, joka 10 johtuu hitaiden neutronien paikallisesti synnyttämien ylimääräisten fissioitten lukumäärästä, reaktorin toimiessa nopeisiin neutroneihin päin siirretyssä spektrissä.It follows from the known methods described above that all studies focus on optimizing the utilization of neutrons 35 so that the absorption of neutrons released in the spectrum of fast neutrons 4 80539 is as productive as possible for conversion to a fissile material such as plutonium. However, although significant results are obtained with known methods for early transfer of the reactor spectrum, the production of plutonium consumed during the second part of the reactor life, when operating in the thermal neutron spectrum, still has a significant limitation for the neutron economy due to the slow the number of extra fissures generated locally by the neutrons, with the reactor operating in the spectrum transferred to the fast neutrons.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt haitat ja rajoitukset. Keksinnölle on tunnus-15 omaista, että spektrinmuutossauvat sisältävät hyötöainet-ta, joka absorboi hitaita eli alhaisen energian omaavia neutroneja, jotta saadaan paikallisesti aikaan neutronien energiaspektrin voimakas siirtyminen kohden korkeampia energiapitoisuuksia, mikä aiheuttaa hyötöpolttoaineen suu-20 remman konversion fissiopolttoaineeksi. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan lisätä hyötöaineen muuntumista fissiokelpoiseksi aineeksi ja käyttää parhaimmalla tavalla hyödyksi sydämen neutronivuota.It is an object of the present invention to obviate the above disadvantages and limitations. The invention is characterized in that the spectral conversion rods contain a fuel which absorbs slow or low energy neutrons in order to locally effect a strong shift of the neutron energy spectrum towards higher energy concentrations, resulting in a greater conversion of the fuel to fission fuel. The method of the invention can increase the conversion of the beneficial agent to a fissile material and make the best use of cardiac neutron flux.

Keksinnön mukaisesti valitaan absorboivaksi aineek-25 si sellainen aine, jolla saadaan aikaan fissioketjureak-tion käynnissäpitämisen kannalta ylimääräisten hitaiden neutronien absorboituminen.According to the invention, the absorbent is selected from the group consisting of absorbing slow neutrons that are extra to maintain the fission chain reaction.

Keksintöä ymmärretään paremmin seuraavan selityksen ja liitteenä olevien kuvioiden avulla.The invention will be better understood from the following description and the accompanying figures.

30 Kuviot la, Ib, le esittävät vastaavasti neutroni- spektrien käyriä niiden energiasta riippuen, fissioainee-na käytettyjen U-235:n ja Pu-239:n fission efektiivisen vaikutusalan käyrää neutronien energiasta riippuen ja plutoniumiksi muuntumisasteen käyrää neutronien ener-35 giasta riippuen.Figures 1a, Ib, 1e show the curves of the neutron spectra as a function of their energy, the curve of the fission effective area of U-235 and Pu-239 used as a fission agent as a function of the energy of the neutrons, and the degree of conversion to plutonium as a function of the energy of the neutrons.

11 5 8053911 5 80539

Kuviossa 2 näkyy sarja käyriä, jotka kuvaavat polttoaineen fissioaineen laihentumista sydämen toimintajakson aikana käytetyissä eri energiaspektreissä.Figure 2 shows a series of curves depicting the dilution of the fuel fissile material in the different energy spectra used during the cardiac cycle.

Kuvio la esittää ketjureaktion käynnissäpitämiseen 5 tarvittavien neutronien populaatiota neutronien energiasta riippuen (ordinaatta kuvaa vuota, abskissa energiaa).Figure 1a shows the population of neutrons required to keep the chain reaction running depending on the energy of the neutrons (the ordinate represents the flow, the abscissa the energy).

Käyrästä A nähdään nykyisentyyppisen painevesiydin-reaktorin sydämen muodostavien elementtien polttoainesau-vojen sisältämästä fissioaineesta lähtevien neutronien 10 spektri. Hidastin jarruttaa nopeita neutroneita ja havaitaan, että fissioketjureaktion käynnissäpitämiseen tarvittavien neutronien populaatio (tilavuusyksikköä kohti) muodostuu pääasiassa termisistä neutroneista, joiden energia on lähes 0,025eV, mikä on esitetty kaavamaisesti Ax :llä 15 kuviossa la.Curve A shows the spectrum of neutrons 10 emitted from the fissile material contained in the fuel rods of the core-forming elements of the current type of pressurized water core reactor. The retarder inhibits fast neutrons and it is observed that the population of neutrons (per unit volume) required to keep the fission chain reaction running consists mainly of thermal neutrons with an energy of almost 0.025 eV, which is schematically shown by Ax 15 in Fig. 1a.

Käyrä B kuvaa tunnetun tekniikan mukaisten reakto-reiden neutronien spektriä, joissa reaktoreissa neutronien jarrutusastetta pienennetään supistamalla hidastintila-vuutta, kuten kaavamaisesti on esitetty viitemerkillä D, 20 käyttämällä neutroneja läpäisevästä aineesta valmistettuja spektrinsiirtosauvoja. Neutronien energiasiirtymä on esitetty kaavamaisesti Bx:llä.Curve B depicts the neutron spectrum of prior art reactors in which the degree of neutron deceleration is reduced by reducing the retarder volume, as schematically indicated by reference numeral D, 20 using spectral transfer rods made of a neutron permeable material. The energy shift of neutrons is shown schematically by Bx.

Tämä siirtyminen suurenergisempiin neutroneihin päin vastaa spektrin kovettumista, jolla voidaan parantaa 25 muuntumisastetta, kuten on esitetty B1 :llä kuviossa le, ja siitä johtuen saada enemmän plutoniumia, mikä supistaa fissioainemäärää, joka joudutaan käyttämään alkuperäisestä polttoaineesta.This shift toward more energetic neutrons corresponds to a spectral cure that can improve the degree of conversion, as shown by B1 in Figure 1e, and consequently obtain more plutonium, which reduces the amount of fissile material that must be used from the original fuel.

Kuitenkin jos ketjureaktio pidetään käynnissä sa-30 manaikaisesti U-235-atomien fissiossa syntyvän Pu-239:n fissiolla, osa neutronipopulaatiosta termalisoituu. Tämä populaation osa termalisoituu siitä, syystä, että tietty määrä neutroneista, joiden energia on liian suuri, jotta ne absorboituisivat ja osallistuisivat hyötöaineen muun-35 tamiseen fissioaineeksi, hidastuu niiden kulkiessa hidas- 6 80539 tinaineen läpi. Tästä on seurauksena, että tämä hitaiden neutronien populaatio osoittautuu ylimääräiseksi silloin, kun polttoaineen reaktiivisuus on suuri ja kasvukertoimen pysyttämiseksi yhä samanlaisena joudutaan käyttämään edel-5 leen suurta määrää kuluvia myrkkyjä.However, if the chain reaction is maintained simultaneously with the fission of Pu-239 generated simultaneously in the fission of U-235 atoms, part of the neutron population will be thermalized. This part of the population is thermalized because a certain number of neutrons whose energy is too large to be absorbed and involved in the conversion of the beneficial agent to fissile material slows as they pass through the slow-release tin material. As a result, this population of slow neutrons proves to be extra when the reactivity of the fuel is high and a large amount of consumable toxins still have to be used to keep the growth factor still the same.

Käyrä C kuvaa tässä keksinnössä käytettyä neutroni-spektriä ja niiden energia on esitetty kaavamaisesti vii-temerkillä Cx.Curve C depicts the neutron spectrum used in this invention and their energy is shown schematically by reference numeral Cx.

Siihen tosiasiaan perustuen, että plutoniumin tuo-10 tanto riippuu muuntumissuhteesta, tässä keksinnössä ehdotetaan hitaiden ylijäämäneutronien määrän supistamista edelleen asettamalla niiden tielle laihaa uraanioksidia olevia sauvoja, jotta ne osallistuisivat omalta osaltaan paikallisesti näiden hitaiden neutronien absorboimiseen, 15 minkä vaikutuksesta vastaavasti kasvaa paikallisesti suu-rempienergisten neutronien suhteellinen osuus neutronien kokonaispopulaatiosta ja tästä johtuen spektri kovettuu edelleen, toisin sanoen saadaan aikaan suuremplenergisten neutronien aikaansaama fissio kuten kuviossa la on osoi-20 tettu viitemerkillä F.Based on the fact that the production of plutonium depends on the conversion ratio, the present invention proposes to further reduce the number of slow surplus neutrons by placing lean uranium oxide rods in their path to contribute locally to the local absorption of these slow neutrons, thereby counteracting the relative proportion of the total population of neutrons and consequently the spectrum further hardens, i.e. the fission produced by the higher energy neutrons is obtained as indicated by F in Fig. 1a.

Paikallinen kovettaminen panemalla laihaa uraani-oksidia olevia sauvoja väliaikaisesti polttoaine-element-teihin lisää tuntuvasti, kuten kuviossa le (kohdassa C1) on osoitettu, polttoaine-elementtien sisältämän uraa-25 ni-238:n muuttumista plutonium-239:ksi, sillä kun nämä sauvat ovat tasaisesti jakautuneina sydämeen, tapahtuu spektrin yleinen kovettuminen reaktorin sydämen alueella.Local curing by temporarily placing lean uranium oxide rods in the fuel elements significantly increases, as shown in Figure 1e (Section C1), the conversion of the uranium-25 ni-238 contained in the fuel elements to plutonium-239, since when these the rods are evenly distributed in the core, there is a general curing of the spectrum in the region of the reactor core.

Lisäksi näiden sauvojen, jotka itse asetetaan alttiiksi nopeiden neutronien vuolle, vaikutuksesta muodostuu 30 lisämäärä plutonium-239, joka osallistuu fissioreaktion käynnissäpitämiseen, kun sauvat ovat työnnettyinä poltto-aine-elementteihin. Tätä plutonium-239:n muodostumista täydentää näiden sauvojen sisältämien U-235 -jäämien, jotka joutuvat alttiiksi absorboituneiden hitaiden neutronien 35 vaikutukselle, muuntuminen.In addition, the effect of these rods, which are themselves exposed to the flow of fast neutrons, produces an additional amount of plutonium-239, which participates in maintaining the fission reaction when the rods are inserted into the fuel elements. This formation of plutonium-239 is complemented by the conversion of U-235 residues in these rods, which are exposed to the absorbed slow neutrons 35.

IIII

7 805397 80539

Kuviossa 2 esitetyt käyrät kuvaavat erilaista lai-hentumista sydämessä, jonka polttoaineen aloitusrikastus-aste on sama, erilaisissa spektreissä, jotka on esitetty kuviossa la.The curves shown in Figure 2 illustrate different dilutions in a core with the same initial degree of fuel enrichment in the different spectra shown in Figure 1a.

5 Käyrä A kuvaa 100 % teoreettista laihentumista sydämessä, joka toimii termisten neutronien spektrissä.5 Curve A depicts 100% theoretical dilution in the heart operating in the thermal neutron spectrum.

Käyrä B kuvaa saman sydämen laihentumista, mutta silloin kun spektrikovettuminen tapahtuu yksinomaan pienentämällä hidastintilavuutta (D) fissioprosessin ensim-10 mäisen osan aikana, zirkoniumlejeerinkiä olevien sauvanip-pujen avulla. Käyrän ensimmäinen osa vastaa ajanjaksoa, jona sauvat ovat työnnettyinä polttoaine-elementtien oh-jausputkiin, mikä selittää käyrän alussa näkyvän reaktiivisuuden pienenemisen.Curve B depicts the dilution of the same core, but when spectral curing occurs solely by reducing the retarder volume (D) during the first 10 parts of the fission process, using rod bundles of zirconium alloy. The first part of the curve corresponds to the period during which the rods are inserted into the guide tubes of the fuel elements, which explains the decrease in reactivity seen at the beginning of the curve.

15 Huomattakoon, kuten kuviosta Ib voidaan havaita, että spektrin kovettuminen tuo mukanaan U 235:n tehollisen vaikutusalan pienenemisen. Mutta koska muuntumissuhde kasvaa, muodostuu kuitenkin suurempi määrä Pu-239. Kuten kuviossa Ib on esitetty. Pu-239:n fission tehollinen vaiku-20 tusala on tarkastellulla energia-alueella olennaisesti korkeampi kuin U-235:n ja polttoaineen reaktiivisuus on tällöin yleisesti parempi.It should be noted, as can be seen from Figure Ib, that the hardening of the spectrum brings with it a reduction in the effective range of U 235. However, as the conversion ratio increases, a larger amount of Pu-239 is formed. As shown in Figure Ib. The effective impact area of fission of Pu-239 is substantially higher in the energy range considered than that of U-235, and the reactivity of the fuel is then generally better.

Niinpä kuvion 2 käyrän B ensimmäisen osan reaktiivisuuden lasku on pienempi kuin käyrän A.Thus, the decrease in reactivity of the first part of curve B in Figure 2 is smaller than that of curve A.

25 Kun lähestytään sitä reaktiivisuuden rajaa, jonka jälkeen kasvutekijät on vaarassa pudota ketjureaktion käynnissäpitämiseen tarvittavan arvon alapuolelle, jossa säteilevien neutronien lukumäärä ei enää riitä, otetaan sauvat pois ohjausputkista, kuten kohdassa G on osoitettu. 30 Kun sauvat otetaan pois, pääsee jäähdytin-hidastin- aine virtaamaan ohjausputkiin, jolloin jarrutusteho kasvaa ja neutronispektri pehmenee ja palautuu pienenergisiin neutroneihin. Tämä sauvojen poistaminen aiheuttaa reaktiivisuuden palautumista siitä syystä, että U 235:n Pu 239:n 35 fission tehollinen vaikutusala kasvaa, kuten kuviosta Ib voidaan havaita.25 Approaching the limit of reactivity, after which the growth factors are in danger of falling below the value required to keep the chain reaction running, where the number of radiating neutrons is no longer sufficient, the rods are removed from the guide tubes, as indicated in G. 30 When the rods are removed, the coolant-retarder substance can flow into the guide tubes, increasing the braking power and softening the neutron spectrum and returning to the low-energy neutrons. This removal of the rods causes a return to reactivity due to the increase in the effective fission area of the U 235 Pu 239 35, as can be seen from Figure Ib.

8 805398 80539

Lisäksi ensimmäisen toimintavaiheen aikana syntyneen fissioaineen ansiosta saadaan, alkurikastusasteen pysyessä samana, fissioreaktio jatkumaan pitempään, kuten kohdassa H on osoitettu.In addition, the fission agent generated during the first stage of operation, while maintaining the initial degree of enrichment, allows the fission reaction to continue for a longer time, as indicated at H.

5 Käyrä C kuvaa saman sydämen laihentumista keksinnön mukaisessa menetelmässä.Curve C depicts the dilution of the same heart in the method of the invention.

Kun ohjausputkiin pannaan sauvoja, jotka muodostuvat zirkoniumlejeerinkikapseleiden sisältämistä laihaa uraanioksidia olevista tableteista, saadaan siis aikaan 10 hidastintilavuuden pieneneminen (kuten on esitetty viite-merkillä D kuviossa la) ja hitaiden neutronien absorboituminen, mikä aiheuttaa spektrin paikallisen kovettumisen.Thus, when rods formed of lean uranium oxide tablets contained in zirconium alloy capsules are placed in the guide tubes, a reduction in retarder volume (as indicated by reference numeral D in Fig. 1a) and slow neutron absorption are achieved, causing local spectral curing.

Tällä toimenpiteellä saadaan siis neutronispektri siirtymään kokonaan (koska laihaa U02 olevat sauvat jakau-15 tuvat tasaisesti sydämen muodostaviin polttoaine-element-teihin) suurenergisten neutronien puolelle (kuten on esitetty viitemerkillä F kuviossa 1).This procedure thus causes the neutron spectrum to shift completely (since the lean UO2 rods are evenly distributed in the heart-forming fuel elements) to the high-energy neutrons side (as indicated by reference numeral F in Figure 1).

Lisäksi kun muuntumissuhde on korkeampi (kohta Cx kuviossa le), tuotetaan tässä vaiheessa suurempi määrä Pu 20 239, joka osallistuu siis fissioreaktion käynnissäpitämi- seen, mikä aiheuttaa sen, että jotta kasvukerroin saadaan pysymään fissioreaktion käynnissäpitämisen edellyttämässä arvossa, aloituspolttoaine laihentuu, kuten viitemerkillä C on osoitettu, hitaammin kuin termisessä spektrissä (käy-25 rä A) ja viitemerkillä B merkityssä spektrissä.In addition, when the conversion ratio is higher (point Cx in Fig. 1e), a larger amount of Pu 20 239 is produced at this stage, thus contributing to the fission reaction, which causes the starting fuel to dilute, as indicated by C, to maintain the growth factor at the fission reaction. indicated, slower than in the thermal spectrum (curve A) and in the spectrum indicated by reference numeral B.

Kun sauvat poistetaan (kohta I, kuvio 2) spektri palautuu termisiin neutroneihin ja U 235:n ja Pu 239:n fission tehollisten vaikutusalojen kasvamisesta syntyvä reaktiivisuuden palautuminen käytetään, kuten viitemerkil-30 lä J on osoitettu.When the rods are removed (point I, Fig. 2), the spectrum returns to the thermal neutrons and the reactivity recovery resulting from the increase in the effective areas of fission of U 235 and Pu 239 is used, as indicated by reference numeral J at 30.

Kuviota 2 tarkasteltaessa havaitaan laihaa uraani-oksidia olevien hidastimenestosauvojen käytön teho, kun uuden polttoaineen ylijäämäreaktiivisuus käytetään hyväksi ja vielä vaikutetaan tähän reaktiivisuuteen toiminnan ai-35 kana sauvojen ollessa sisääntyönnettyinä, ei haittaa ydin- 9 80539 reaktorin sydämen kokonaisneutronitaloutta.Referring to Figure 2, the efficiency of using lean uranium oxide retarder rods when the excess reactivity of the new fuel is utilized and still affected during operation with the rods inserted is not detrimental to the overall neutron economy of the nuclear 980539 reactor.

On siis mahdollista aikaansaada olennaisesti suurempi säästö kuin käytettäessä neutroneja läpäiseviä sauvoja siirtämällä spektriä vielä enemmän, toisin sanoen 5 kovettamalla se paikallisesti, jolloin muuntumisaste kasvaa mahdollisimman paljon, mutta neutronitaloudellisuus säilyy kuitenkin, jolloin reaktorin toiminta ja ohjaaminen voidaan turvata koko jakson sen osan ajan, jolloin spektri on siirrettynä nopeiden neutronien puolelle.Thus, it is possible to achieve substantially greater savings than using neutron-transmitting rods by shifting the spectrum even further, i.e. by curing it locally, thus increasing the degree of conversion as much as possible, but maintaining neutron economy while ensuring reactor operation and control throughout the cycle. is shifted to the side of fast neutrons.

10 Lisäksi plutonium-239:n tuotanto kasvaa ja se voi daan käyttää uudelleen polttoaineena tulevissa jaksoissa. Nämä sauvat eivät nimittäin osallistu enää ketjureaktioon, kun ne on poistettu, koska ne ovat sydämen yläpuolella olevissa laitteissa eivätkä ne niin ollen laihennu.10 In addition, production of plutonium-239 will increase and may be reused as fuel in future periods. Namely, these rods no longer participate in the chain reaction when they are removed because they are in the devices above the heart and therefore do not thin.

15 Keksintö ei rajoitu tässä kuvattuun suoritustapaan, jossa absorboivana aineena käytetään laihaa uraania. Voidaan käyttää muitakin absorboivia aineita, jotka joko sisältävät tai eivät sisällä hyötöainetta. Niinpä on mahdollista käyttää hyötöaineena plutonium-232, joka tuottaa 20 U-233:na olevaa fissioainetta.The invention is not limited to the embodiment described herein in which lean uranium is used as the absorbent. Other absorbents that may or may not contain the beneficial agent may be used. Thus, it is possible to use plutonium-232 as a beneficial agent, which produces 20 fission agents as U-233.

Keksintö on sovellettavissa kaikkiin vesihidastei-siin reaktoreihin, joissa on neutronispektrinsiirtosauvo-ja.The invention is applicable to all water retardant reactors with neutron spectral transfer rods.

Claims (8)

10 8053910 80539 1. Menetelmä kevetvesihidasteisen ja -jäähdytteisen ydinreaktorin käyttämiseksi, joka reaktori käsittää sydä- 5 men, joka koostuu hidastukseen ja jäähdytykseen tarkoitettuun kevytveteen upotetuista polttoaine-elementeistä, jotka vaihdetaan ainakin osaksi määrätyin aikavälein, jotka vastaavat reaktorin toimintajaksoja, jolloin jakson ensimmäisessä vaiheessa neutronien energiaspektrin muutossau-10 vat, jotka ovat sydämeen tasaisesti jakaantuneina, pidetään sydämessä hidastimen tilavuuden ja fissiomateriaalin tilavuuden välisen suhteen pienentämiseksi ja neutronien energiaspektrin siirtämiseksi korkeampien energiapitoisuuksien suuntaan, ja jakson toisessa vaiheessa energia-15 spektrinmuutossauvat poistetaan toimimaan alhaisemman energiapitoisuuden omaavalla spektrillä, tunnettu siitä, että spektrinmuutossauvat sisältävät hyötöainetta, joka absorboi hitaita eli alhaisen energian omaavia neutroneja, jotta saadaan paikallisesti aikaan neutronien 20 energiaspektrin voimakas siirtyminen kohden korkeampia energiapitoisuuksia, mikä aiheuttaa hyötöpolttoaineen suuremman konversion fissiopolttoaineeksi.A method of operating a light water retarded and cooled nuclear reactor, the reactor comprising a core consisting of fuel elements immersed in light water for deceleration and cooling, which are exchanged at least in part at predetermined intervals corresponding to the reactor operating cycles, the first phase of the cycle 10 vats evenly distributed in the heart are held in the heart to reduce the ratio between retarder volume and fissile material volume and shift the neutron energy spectrum toward higher energy concentrations, and in the second step of the cycle which absorbs slow, i.e. low-energy neutrons, to locally produce 20 energies of neutrons a strong shift of the spectrum towards higher energy concentrations, resulting in a greater conversion of useful fuel to fission fuel. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että spektrinmuutossauvojen absor- 25 hoivana aineena käytetään ainetta, jolla saadaan aikaan fissioketjureaktion ylläpitämisen kannalta ylimääräisten hitaiden neutronien absrorboituminen.Process according to Claim 1, characterized in that the absorbent used for the spectral change rods is a substance which causes the absorption of slow neutrons which are extra in order to maintain the fission chain reaction. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että spektrinmuutossauvat sisältä- 30 vät isotooppi 235 köyhää uraania tai toriumia.Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the spectral conversion rods contain the isotope 235 of poor uranium or thorium. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että spektrinmuutossauvat on sidottu nipuiksi sauvoja, jotka koostuvat laihaa uraanioksidia olevista tableteista, jotka on sijoitettu zirkoniumlejee- 35 rinkiä oleviin putkimaisiin kapseleihin. 11 80539A method according to claim 3, characterized in that the spectral conversion rods are bundled into rods consisting of lean uranium oxide tablets arranged in tubular capsules of zirconium alloy. 11 80539 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaine-elementit sisältävät samanaikaisesti fissiomateriaalia ja hyötö-materiaalia ja että energiaspektrin siirtosauvat käsittä- 5 vät oleellisesti hyötömateriaalia, joka koostuu uraani 238:sta ja/tai toriumista.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel elements simultaneously contain a fission material and a useful material and in that the energy spectrum transfer rods essentially comprise a useful material consisting of uranium 238 and / or thorium. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että energiaspektrin muutossauvat koostuvat sauvanipuista, jotka poistetaan 10 sydämestä toimintaan nähden jakson toisessa vaiheessa, vetämällä ne ulos polttoaine-elementteihin sovitetuista ohj ausputkista.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the energy spectrum change rods consist of rod bundles which are removed from the 10 cores relative to the operation in the second stage of the cycle by pulling them out of guide tubes arranged in the fuel elements. 7. Kevytvesihidasteinen ja -jäähdytteinen ydinreaktori, joka käsittää sydämen, joka koostuu kevytveteen upo- 15 tetuista polttoaine-elementeistä, jolloin jokainen polttoaine-elementti sisältää fissiomateriaalia ja hyötömateriaalia ja on varustettu ohjausputkella; sauvanippuja, jotka on tarkoitettu absorboimaan neutroneja sydämen tehon säätämiseksi; ja sauvanippuja energiaspektrin muuttamiseksi, 20 joita nippuja voidaan siirtää reaktorin sisällä ainakin joitakin ohjausputkia pitkin, jotka putket ovat jakaantuneena sydämessä kahden aseman välillä, joista toisessa niput on sijoitettu sydämeen reaktion ensimmäisessä toimintavaiheessa siten, että neutronien energiaspektri 25 siirtyy kohden korkeampia energiapitoisuuksia hidastussuh-detta alennettaessa, ja toisessa sauvat sijaitsevat sydämen yläpuolelle sovitetuissa laitteissa, tunnettu siitä, että energiaspektrin muutossauvanippujen sauvat sisältävät hyötömateriaalia mahdollisesti fissiomateriaa-30 Iin jälkien kanssa energiaspektrin edelleen kovettamisen aikaansaamiseksi seurauksena hyötömateriaalin hitaiden neutronien voimistuneesta absorptiosta.7. A light water retarded and cooled nuclear reactor comprising a core consisting of fuel elements embedded in light water, each fuel element containing fission material and useful material and provided with a guide tube; rod bundles for absorbing neutrons to control heart rate; and rod bundles for changing the energy spectrum, which bundles can be moved inside the reactor via at least some control tubes distributed in the core between two positions, one of which bundles are placed in the core in the first operating step of the reaction so that the neutron energy spectrum shifts towards higher deceleration ratios; and in the second, the rods are located in devices arranged above the core, characterized in that the rods of the energy spectrum transformer rod bundles contain traces of useful material possibly with fission material to provide further curing of the energy spectrum as a result of enhanced absorption of slow neutrons of the material. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen ydinreaktori, tunnettu siitä, että energiaspektrin muutossauva- 35 nippuihin sisältyvä hyötömateriaali on laihaa uraania tai toriumia. i2 80 539Nuclear reactor according to Claim 7, characterized in that the useful material contained in the energy spectrum conversion rod bundles is lean uranium or thorium. i2 80 539
FI840360A 1984-01-30 1984-01-30 FOERFARANDE FOER DRIFT AV EN MEDELST LAETTVATTEN MODERERAD OCH AVKYLD KAERNREAKTOR. FI80539C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI840360A FI80539C (en) 1984-01-30 1984-01-30 FOERFARANDE FOER DRIFT AV EN MEDELST LAETTVATTEN MODERERAD OCH AVKYLD KAERNREAKTOR.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI840360A FI80539C (en) 1984-01-30 1984-01-30 FOERFARANDE FOER DRIFT AV EN MEDELST LAETTVATTEN MODERERAD OCH AVKYLD KAERNREAKTOR.
FI840360 1984-01-30

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI840360A0 FI840360A0 (en) 1984-01-30
FI840360A FI840360A (en) 1985-07-31
FI80539B true FI80539B (en) 1990-02-28
FI80539C FI80539C (en) 1990-06-11

Family

ID=8518453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI840360A FI80539C (en) 1984-01-30 1984-01-30 FOERFARANDE FOER DRIFT AV EN MEDELST LAETTVATTEN MODERERAD OCH AVKYLD KAERNREAKTOR.

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI80539C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI840360A (en) 1985-07-31
FI80539C (en) 1990-06-11
FI840360A0 (en) 1984-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3799839A (en) Reactivity and power distribution control of nuclear reactor
JP2511581B2 (en) Boiling water reactor core and boiling water reactor
US4251321A (en) Nuclear reactor utilizing plutonium
US3105030A (en) Fuel element for a neutronic reactor
US4663110A (en) Fusion blanket and method for producing directly fabricable fissile fuel
FI85921B (en) FOERFARANDE FOER ANVAENDNING AV EN SPEKTRALSKIFTSKAERNREAKTOR OCH EN KAERNREAKTOR, I VILKEN ANVAENDS VATTEN UNDANTRAENGANDE KNIPPEN.
US4255236A (en) Reactor and fuel assembly design for improved fuel utilization in liquid moderated thermal reactors
FI80539B (en) Method for operation of a nuclear reactor moderated and cooled by light water
KR910001980B1 (en) Method of operating a light water reactor
JP2017534864A (en) Fuel assemblies for nuclear boiling water reactors
US3142624A (en) Nuclear reactor and method of operating same
US4293380A (en) Reactor and fuel assembly design for improved fuel utilization in liquid moderated thermal reactors
EP0329985B1 (en) Nuclear reactor operating method with extended life cycle
RU2601558C1 (en) Method of nuclear rector operation in fuel cycle with extended production of fissile isotopes
FI71624B (en) SAETT ATT UTBYTA BRAENSLE I EN LAETTVATTENKOKARREAKTOR
RU2690840C1 (en) Method of operating a nuclear reactor in a closed thorium fuel cycle
Saji et al. Control rod worth in high conversion PWR
Garcia-Delgado Design of an economically optimum PWR reload core for a 36-month cycle
Koonen et al. Fuel characteristics needed for optimal operation of the BR2 reactor
KR100237136B1 (en) Candu fuel bundle with a low void coefficient
Liem et al. Design study of graphite moderated gas-cooled high flux reactor
Bigham et al. Slowing-down Spectra in ZEEP, ZED-2 and PTR
Bergel’son et al. Self-fueling (233U) regime for a CANDU heavy-water power reactor
JPH07159565A (en) Pressure tube type atomic reactor
JPS61292590A (en) Nuclear reactor

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: FRAMATOME ET COMPAGNIE