FI83823B - Kaernbraenslepatron. - Google Patents

Description

, 83823

Ydinpolttoainepatruuna Tämä keksintö tarkoittaa ydinpolttoainepatruunaa, joka sisältää useita pystysuoria polttoainesauvoja ja mahdollisesti yksittäisiä pystysuoria, vedellä täytettyjä sauvoja, joita ympäröi pääasiallisesti poikkileikkaukseltaan neliömäiseksi muodostettu suojusputki ja jotka pystysuora vettä varten oleva, pääasiallisesti poikkileikkaukseltaan ristinmuotoinen pystysuora kanava jakaa neljään ryhmään, osakimppuun, minkä ohessa kukin polttoainesauva sisältää kotelointiputkeen sijoitetun pinon pyörösylinterimäisiä ydinpolttoaineleikkeitä.

Tällaiset polttoainepatruunat ovat tunnettuja esim. ruotsalaisista patenttijulkaisuista 8002080-3 (julk.no 421 969) ja 8007593-0 (julk.no 424 237). Näihin tunnettuihin polttoaine-patruunoihin on muodostettu kuusikymmentäneljä polttoainesau-vaa patruunaa kohden ja sauvat on jaettu neljään ryhmään, osa-lumppuun, joista kukin sisältää 4x4 polttoainesauvaa. Näiden tunnettua laatua olevien valmistettujen polttoainesauvojen kotelointiputken ulkohalkaisija on korkeintaan 12,25 mm ja alimmillaan 11,63 mm ja putken seinämän paksuus on 0,74-0,80 mm:n rajoissa. Polttoainesauvojen polttoaineleikkeiden hal-kaisija on 9,94-10,44 mm:n rajoissa ja niiden halkaisija on 0,20 mm pienempi kuin kotelointiputken sisähalkaisija. Kah-den vierekkäisen, jokaisessa osakimpussa samaan riviin järjestetyn polttoainesauvan vaippapintojen välinen etäisyys on 3,55 ja 3,87 mm:n välillä. Vettä varten olevan kanavan sen osan leveys, joka sijaitsee kahden vierekkäisen osakimpun välissä on valmistetuissa polttoainepatruunoissa suurimmillaan 5,8 mm ja pienimmillään 4 nm.

Ruotsalaisessa patenttijulkaisussa 8204269-8 (julk.no 433 986) ehdotetaan lukumäärältään 4x4 ylittävien polttoainesauvojen käyttämistä jokaisessa osakimpussa säilyttämällä polttoaine- 2 83823 patruunan ulkomitat, jotta siten vähennettäisiin sauvan suoraviivaista kuormitusta, ts. tehoa sauvan pituusyksikköä kohden ja samalla vaaraa siitä, että kotelointiputki vahingoittuisi polttoaineleikkeiden aiheuttamista rasituksista reaktorin käytön aikana. Patenttijulkaisussa suositellaan noin 80 polttoainesauvan käyttämistä polttoainepatruunassa ja selitetään erilaisia muotoja polttoainesauvojen sijoittamiseksi polttoainepatruunaan ja sen osakimppuihin. Mm. esitetään sellaisia polttoainepatruunoita, joihin sisältyy 5x5 polttoainesauvaa käsittävä osakimppu. Patenttijulkaisussa sanotaan myöskin ettei pidetä edullisena polttoainepatruu-noiden lukumäärän lisäämistä niin paljon, että patruunassa olevien polttoainesauvojen kokonaismäärä nousee 100:aan (5x5 sauvaa neljässä osakimpussa) 64:n sijasta. Ne vaikeudet, jotka esiintyvät kokonaismäärältään 100 polttoainesauvaa käsittävän patruunan käyttämisessä, ovat hyväksyttävän reak-tiviteetin saavuttamisessa ilman että paineenlasku patruunassa tulee liian suureksi. Tämän keksinnön mukaisesti on osoittautunut mahdolliseksi voittaa vaikeudet muodostamalla polttoainesauvojen kotelointiputken seinämän paksuus 0,50-0,70 mmrksi ja ulkohalkaisija 8,5-10,3 mmsksi. Näillä toi-: menpiteillä on mahdollista yhdistää hyväksyttävää reaktivi- teettiä varten tarvittava määrä polttoainetta polttoaine-sauvoihin ja samalla aikaansaada hyväksyttävää paineenlas-: kua varten tarvittava virtausalue polttoainepatruunaan. Se, että tällä tavalla on mahdollista vähentää kotelointiputken paksuutta riippuu siitä, että on osoittautunut mahdolliseksi alentaa polttoainesauvan kaasunpainetta enemmän kuin aiemmin valmistetuissa patruunoissa sen takia, että polttoaineen fissiokaasuhukkaa voidaan hillitä, seurauksena siitä, että polttoaineen lämpötila voidaan pysyttää alhaisempana.

3 83823 Tämän keksinnön tunnuspiirteet ilmenevät patenttivaatimuksista. Polttoainesauvoissa olevien polttoaineleikkeiden halkaisija on pääasiallisesti 7,4-8,8 mm. Tämä halkaisija on pääasiassa 0,14— 0,20 mm pienempi kuin kotelointiputken sisähalkaisija. Osakim-pussa samassa polttoainesauvarivissä olevan kahden polttoaine-sauvan vaippapinnan välinen etäisyys on pääasiassa 2,4-3,9 mm, samoin kuin vettä varten olevan kanavan seinämän vieressä olevan polttoainesauvan ja mainitun kanavan seinämän välinen etäisyys on pääasiassa 2,0-4,0 mm. Vettä varten olevan kanavan kahden rajakkain olevan osakimpun välissä olevan osan leveys on pääasiassa 3,0-8,0 mm. Tietyissä tapauksissa suositaan 6,0-8,0 mm:n leveyttä. Jonkin osakimpun hajottimien välinen etäisyys saattaa edullisesti nousta 400-600 mm:iin.

Tämän keksinnön mukaisesti saavutetaan polttoainepatruunassa alhainen sisäinen muotokerroin ristinmuotoisella poikkileikkauksella varustetun vesikanavan olemassaolon takia. Se antaa tilaa suuremmalle aksiaaliselle muotokertoimelle, jota voidaan käyttää hyväksi polttoaineen säästössä sijoittamalla polttoai-nesauvojen päihin luonnonuraanioksidia sisältäviä leikkeitä.

: · : Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaan kunkin 5x5 sauvaa käsittävän osakimpun keskussauvaa käytetään osakimppua kantavana sauvana. Keskussauva voi tällöin olla polttoainetta . kantava. Sitä voidaan kuitenkin myös käyttää vedellä täytetyn sauvan muodossa olevana kannattavana sauvana. Kummassakin tapauksessa voidaan aikaansaada haluttu symmetrinen, mekaaninen kuormitus käyttämällä osakimpussa yhtä ainoata sauvaa. Olkoon mainittu keskussauva sitten polttoainetta kantava tai vedellä täytetty niin sitä voidaan myös käyttää hajottimia koossapitävänä sauvana.

Keksintöä selitetääm tarkemmin kuvailemalla yhtä sovellutusesimerkkiä, viitaten oheistettuihin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen polttoainepatruunan sovellu-tusmuotoa pystyleikkauksena kuvion 2 viivan I-I läpi, kuvio 2 4 83823 esittää samaa polttoainepatruunaa pystysuorana kuvana vaakatasoa vasten, kuvion 1 viivan II-II läpi, kuvio 3 esittää vaakaleikkausta kuvion 1 viivan III-III läpi, kuvio 4 polttoainepatruunassa olevaa polttoainesauvaa pystyleikkauksena ja kuvio 5 samaa polttoainesauvaa symmetria-akseliin nähden kohtisuorana leikkauksena suurennetussa mittakaavassa.

Piirustuksissa 1-3 merkitsee 1 pääasiallisesti neliömäisellä poikkileikkauksella varustettua suojusputkea. Suojusputki 1 ympäröi ilman mainittavaa liikkumavaraa pohjaosan 2 ylempää neliömäistä osaa, jossa on pyöreä, alaspäin viettävä tuloauk-koa 3 jäähdytys- ja hidastinvettä varten. Suojusputken 1 lisäksi pohjaosa 2 kannattaa tukilaattaa 4. Alimpana suo-jusputkessa 1 on suhteellisen paksu seinämäosa, joka on kiinnitetty pohjaosaan 2 ja tukilaattaan 4 useilla katkoviivoin 5 ilmaistuilla vaakasuorilla pulteilla. Suojusputki on jaettu neljään pystysuoraan osaputkeen 6 ontolla, ristinmuotoisella poikkileikkauksella varustetulla kanavan muodostavalla elimellä 7, joka on hitsattu kiinni suojus-putken neljään seinämään 1a, 1b, 1c ja 1d. Kanavan muodostavassa elimessä 7 on neljä onttoa sivustaa 8. Kanavan muodos-: tava elin 7 on alinna yhdistetty tuloputkeen 9 hidastinvettä varten. Kukin osaputki 6 sisältää kaksikymmentäviisi polttoainesauvaa 10 käsittävää osakimppuaan 25. Sauvat ovat järjestetyt viisiriviseksi ristikoksi, jokaisen rivin sisältäessä 5 sauvaa. Jokainen sauva sisältyy kahteen toisiinsa nähden kohtisuoraan riviin. Kahden vierekkäisen sauvan välinen etäisyys on sama kummassakin rivissä. Jokaiseen osakimp-puun on järjestetty ristikkomainen pohjalevy 11, ristikko-: mainen ylälevy 12 ja useita hajottimia 13. Suojusputki 1, kanavan muodostava elin 7 ja hajottimet 13 ovat kaikki zir-konilejeerenkiä, kuten Zirkaloy 4. Tukilaatta 4 kannattaa neljää pohjalevyä 11 ja ne ovat osittain asetetut kukin omaan tukilaatassa olevaan neliömäiseen reikäänsä 14. Jo-:· kaisessa osakimpussa on ainakin yhteen polttoainesauvaan muo dostettu suhteellisen pitkät, kierteitetyt päätetulpat, minkä ohessa alempi päätetulppa on viety pohjalevyn 11 läpi ja varustettu mutterilla 15, kun taas ylempi päätetulppa 5 83823 on viety ylälevyn 12 läpi ja varustettu mutterilla 16. Esitetyssä sovellutusmuodossa keskussauva 26 on muodostettu tällä tavalla. Tämä sauva toimii myös hajottimien koos-sapitosauvana.

Suojusputken 1 ylempi pääteosa ympäröi ristinmuotoista, neljällä vaakasuoralla varrella 18, 19, 20 ja 21 varustettua nostolevyä 17, jotka lähtevät yhteisestä keskusosasta. Kunkin varren ulkopäässä on nuolenkärkimäinen osa 22, jonka jokainen suojusputkessa 1 oleva kulma rajoittuu suojusputken sisäseinämän pintaan. Varsiin 20 ja 21 on kiinnitetty nostokahva 23. Nostokahva 23 ja nostolevy 17 muodostavat yhdessä yhtenäiseksi valetun, teräksisen nostoelimen. Nostolevy 17 on kiinnitetty kanavaan 7 siten, että neljä pystysuoraa kiskoa 28 on viety kukin omaan sivustaansa kanavassa 7 ja hitsattu siihen kiinni. Ylimpänä jokaisessa kiskossa 28 on pystysuora, pulttimainen osa 29, joka liikkumatilaa jättäen on viety nostolevyn keskiosassa olevan vastaavan rei'än läpi ja varustettu mutterilla 30. Kuten kuvioista ilmenee niin suojusputki on varustettu pi-: tuussuunnassa katkonaisesti sijoitetuilla upotteilla 31, : ·'. joihin kanava 7 on hitsattu kiinni.

Kahden vierekkäisen samassa rivissä sijaitsevan poltto-ainesauvan välinen etäisyys a (kuvio 3) on esimerkkitapauksessa 3,0 mm. Tämä pätee kumpaankin toisiinsa nähden kohtisuorassa olevaan riviin, johon jokainen polttoainesauva sisältyy. Suojusputken 1 seinämän vieressä olevan poltto-ainesauvan ja mainitun seinämän välinen etäisyys b nousee 2,8 mm:iin, samoinkuin vettä varten olevan kanavan seinämän : : vieressä olevan polttoainesauvan ja kanavan mainitun sei nämän välinen etäisyys c. Vettä varten olevan kanavan sen osan 8 leveys, joka sijaitsee kahden vierekkäisen osakimpun 25 välissä on esimerkkitapauksessa 6 mm.

·' Kuten kuvioista 4 ja 5 ilmenee niin jokaiseen polttoainesau- vaan 10 sisältyy kotelointiputki 41, joka on zirkonilejee- 6 83823 rinkiä, kuten Zirkaloy 2. Kotelointiputki on noin 4 m:n pituinen ja putken akselisuunnassa on päällekkäin pinottuina suunnilleen 300 pyörösylinterimäistä leikettä 42. Leikkeiden korkeus on 11 mm ja halkaisija 8,0 mm. Lukuunottamatta polttoainesauvojen jokaista päätä lähinnä sijaitsevaa leikettä, joka on luonnonuraanioksidia, leikkeet ovat tavanomaisesti U 235:n suhteen rikastettua uraanidi-oksidia. Alin leike sijaitsee joustamattomana sauvan alapään sisään hitsatulla päätetulpalla 43 ja ylintä leikettä painetaan alaspäin kierrejousella 44, joka on jännitetty vasten putken yläpään sisään hitsattua päätetulppaa 45. Leikkeet ovat hiotut sellaisiksi, että leikkeen vaippapin-nan ja suojusputken sisäseinämän väliin muodostuu liikkumavara 46. Suojusputken paksuus nousee esimerkkitapauksessa 0,60 mm:iin ja sen ulkohalkaisija 9,4 mmriin. Polttoaine-sauva on täytetty heliumilla, jonka paine on 4 MPa.

Esitetyssä sovellutusesimerkissä keskusputki 26 voi kantavana polttoainesauvana ja hajottimien koossapitosauvana olemisen sijasta olla muodostettu vedellä täytetyksi kantavaksi sauvaksi ja/tai hajottimien koossapitosauvaksi. Myös jokaisen osakimpun muut yksittäiset sauvat voivat olla muodostetut vedellä täytetyiksi sauvoiksi polttoainesauvojen sijasta.

Claims (9)

1. Ydinpolttoainepatruuna, joka sisältää pystysuoria polttoainesauvoja (10) ja mahdollisesti yksittäisiä pystysuoria vedellä täytettyjä sauvoja, joita ympäröi pääasiallisesti poikkileikkaukseltaan neliömäiseksi muodostettu suojusputki (1) ja jotka vettä varten oleva pystysuora, pääasiallisesti poikkileikkaukseltaan ristinmuotoi-nen kanava jakaa neljään ryhmään, osakimppuun (25), minkä ohessa kukin polttoainesauva sisältää kotelointi-putkeen (41) sijoitettuja ydinpolttoaineleikkeitä (42), tunnettu siitä, että kukin osakimppu käsittää yhteensä 25 polttoainesauvaa ja mahdollisesti olemassaolevia vedellä täytettyjä sauvoja, jotka ovat asetetut 5x5 sauvaa käsittäväksi ristikoksi sekä että polttoainesauvojen kote-lointiputken seinämän paksuus on 0,50-0,70 mm ja ulkohalkai-sijan 8,5-10,3 mm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ydinpolttoainepatruuna, tunnettu siitä, että ydinpolttoaineleikkeiden (42) halkaisija on 7,4-8,8 mm.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ydinpolttoaine-patruuna, tunnettu siitä, että leikkeiden (42) halkaisija on 0,14-0,20 mm pienempi kuin kotelointiputken (41) sisähalkaisija.

4. Jonkin patenttivaatimusten 1-3 mukainen ydinpolttoainepatruuna, tunnettu siitä, että jossakin osakim-pussa (25) samassa rivissä sijaitsevien polttoainesauvojen kahden vierekkäisen sauvan vaippapintojen välinen etäisyys kasvaa 2,4-3,9 mm:iin.

5. Jonkin patenttivaatimusten 1-4 mukainen ydinpolttoainepatruuna, tunnettu siitä, että kotelointiputken (1) seinämän vieressä sijaitsevan polttoainesauvan (10) ja mainitun seinämän välinen etäisyys, samoinkuin vettä varten olevan kanavan (7, 8) seinämän vieressä olevan 8 83823 kanavan (7, 8) seinämän vieressä olevan polttoainesauvan ja kanavan mainitun seinämän välinen etäisyys nousee 2,0-4,0 mmsiin.

6. Jonkin patenttivaatimusten 1-5 mukainen ydinpoltto-ainepatruuna, tunnettu siitä, että vettä varten olevan, ristinmuotoisen poikkileikkauksen omaavan kanavan sen osan (8) leveys, joka sijaitsee kahden vierekkäisen osakimpun (25) välissä, nousee 3,0-8,0 mm:iin.

7. Jonkin patenttivaatimusten 1-6 mukainen ydinpoltto-ainepatruuna, tunnettu siitä, että ainakin joidenkin polttoainesauvojen (10) päät ovat varustetut leikkeillä luonnonuraanioksidista.

7 83823

8. Jonkin patenttivaatimusten 1-7 mukainen ydinpoltto-ainepatruuna, tunnettu siitä, että jokaisen osakimpun (25) keskuksessa sijaitsevaa, polttoainesauvan tai vedellä täytetyn sauvan muodossa olevaa sauvaa (26) käytetään kantavana sauvana osakimpussa.

9. Jonkin patenttivaatimusten 1-8 mukainen ydinpoltto-ainepatruuna, tunnettu siitä, että jokaisen osakimpun (25) keskuksessa sijaitsevaa, polttoainesauvan tai vedellä täytetyn sauvan muodossa olevaa sauvaa (26) käytetään hajottimien koossapitosauvana osakimpussa. 9 83823