RO103780B1 - ascicol combustibil raidear - Google Patents

Abstract

Invenția se referă la un fascicul combustibil nuclear ce s© folosește în reactor» nucleari energetici de tip CANDU (cu încărcare continuă) în vederea creșterii limitelor de operare și a gradului de ardere. Fasciculul, conform invenției, este alcătuit din43 de elemente combustibile așezate cîte 21,14, 7 pe trei cercuri de așezare și un element central. Ia care din considerente de reducere a numărului de distanțiere (2) asigurarea aceluiași raport zirconiu/uianiu ca și pentru fasciculul standard cu 37 de clemente combustibile, obținerea unor pierderi de presiuneminime, bareledepecercul exteriorsînt de diametru mai mic decît cele de pe celelalte cercuri. Configurația de asamblare a fasciculului asigură compatibilitatea geometrică și funcțională cu canalele combustibile ale reaetorilor existenți. Elementeledistanțoaresînt, fiemasiveși fixateprinbrazare, fie sub formă de manșoane elastice fixate prin sudură în puncte pe teacă și prevăzute cu elemente combustibile în zonele de contact.

Description

Invenția se referă la un fascicul combustibil nuclear ce se folosește în reactorii nucleari energetici cu încărcare continuă în vederea creșterii limitelor de operare și a gradului de ardere.

Se știe că în reactorii de tipul uraniu naîural-apă grea se folosește un fascicul combustibil cu 37 de elemente încărcate cu pastile de UO2 cu îmbogățire naturală în U² . Utilizarea acestui tip de fascicul în reactorul energetic este făcută în conformitate cu diagramele de operare ce exprimă condițiile limită de: salt de putere termică, putere maximă și gradul de ardere la care au loc aceste modificări ale puterii termice induse în speță de alimentarea continuă cu combustibil nou a reactorului nuclear.

Utilizarea de cicluri combustibile avansate în reactorii de tip CANDU apare ca o necesitate pentru a păstra competitivitatea cu reactorii de tip PWR în privința utilizării uraniului natural. Extensia utilizării resurselor de uraniu natural se realizează prin utilizarea ciclurilor combustibile avansate: uraniu ușor îmbogățit 0,9...1,2% (ciclul SEU) combustibil mixt uraniu natural și plutoniu extras din combustibilul CANDU (ciclul Pu:UN) cu thoriu cu o singură trecere (OTT) ce utilizează uraniu îmbogățit și thoriu în canale separate, ciclul cu autoechilibru (SSET) cu inițiere cu uraniu îmbogățit sau plutoniu pînă la obținerea de U² în cantități suficiente pentru autoîntreținere. Fiecare din aceste cicluri realizează economii în necesarul de uraniu natural de la 30% ciclul SEU la 50...60% pentru ciclul Pu:UN precum și economii îa costul ciclului combustibil între 25% și 35% pentru ciclul SEU.

Ciclurile combustibile SEU și Pu:UN impun creșterea gradului de ardere la valori duble (15000 MWt/tU) și respectiv triple (20000 MWt/tU) față de valoarea de referință de 7300 MWt/tU pentru fascicolul standard cu uraniu natural.

Funcționarea combustibilului la aceste grade de ardere avansate nu asigură performanța cerută pentru fasciculul standard cu 37 elemente combustibile. Menținerea fasciculului cu 37 de elemente pentru utilizarea în continuare pentru ciclurile avansate necesită modificări esențiale în interiorul elementului în special în geometria pastilelor în vederea reducerii temperaturii centrale și implicit a eliberării excesive a gazelor de fisiune, ce se traduc prin reducerea masei de uraniu încărcat în bare.

Confirmarea limitelor de operare pentru fasciculul standard la modificările menționate pe întreaga paletă de grade de ardere pentru toate ciclurile combustibile intenționate în filiera de reactoare CANDU, necesită eforturi de testare majore și fără a avea siguranța că acest fascicul va atrage performanțele scontate.

Scopul invenției este de a extinde limitele de funcționare și a crește gradul de ardere la fascicolele combustibile.

Problema pe care o rezolvă invenția este de a elabora un fascicul combustibil nuclear care să realizeze scopul propus.

Fasciculul combustibil nuclear, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că, în scopul utilizării la grade de ardere avansate cît și capabilității de a suporta puteri termice sporite sau a unei combinații între acestea în conformitate cu ciclul combustibil ales, este alcătuit din 43 de elemente combustibile cu așezare: 21, 14, 7 pe cele 3 cercuri de așezare și un element central, sudate prin rezistență pe două grile de capăt, fiecare din ele avînd 7 spițe și o spiță centrală, pe fiecare element combustibil în scopul asigurării distanțelor limită între ele și față de tubul de forță, sînt fixate elemente distanțoare, fie sub formă de distanțieri masivi brazați pe teacă asemănători fascicolului standard, fie sub formă de manșoane distanțoare tubulare sau poliedrice, fie fixate pe teacă prin sudură în puncte în alveole sferice și prevăzute cu opritoare de formă sferică sau semi103780 cilindrică ce simulează patinele și distanțierii standard, fie fixate pe teacă prin strîngerea elastică proprie.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig.l...5, care reprezintă:

- fig.l, secțiune prin fasciculul combustibil, conform invenției, cu distanțieri masivi în planul median;

- fig.2, detaliu din fasciculul combustibil ce reprezintă sectorul repetabil;

- fig.3, vedere frontală a fasciculului combustibil ce conține grila de capăt cu 7 spițe, conform invenției;

- fig.4, variantă de realizare a elementului distanțor elastic conform invenției;

- fig.5, detaliu privind prelucrarea dopurilor de capăt, conform invenției, în vederea respectării cotelor funcționale.

Conform invenției, în fig. 1 este prezentată o secțiune prin fasciculul combustibil în care se văd cele 43 de elemente combustibile din care pe cercul exterior a, conform invenției, sînt așezate 21 de elemente 1 cu diametrul optim de 11,78 mm, iar restul elementelor combustibile 2 cu diametrul de 12,4 mm pe celelalte cercuri b și c separate prin niște distanțîere 3 brazate pe teaca acestora. Conform invenției, în legătură cu fig.2 pe sectorul repetabil din fascicul sint prezentate unghiurile de așezare ale celor două tipuri de distanțîere de 0,65 mm și respectiv 1,7 mm. în fig.3 este prezentată o vedere frontală a fasciculului combustibil din care rezultă modul de așezare al unei grile de capăt 4 în vederea reducerii la maxim a obturării curgerii agentului prin fasciculul combustibil.

In fig.4 este prezentată o variantă de realizare a elementelor distanțoare care să elimine procesul tehnologic de brazare aplicat la distanțieriî masivi, care este complex și costisitor din aceste motive antrenînd fracțiuni mari de rebut. Conform invenției, elementul elastic elimină dezavantajele arătate prin aceea că în locul acestora se introduc manșoane individuale 5 pe fiecare element combustibil. Manșoanele distanțoare cu fixare elastică, conform invenției, nu necesită prinderi prin sudură de teacă, acestea autofixîndu-se ca urmare a elasticității generale a manșonului asigurată prin: numărul de alveole și mărimea acestora, numărul și mărimea unor opritoare sferice sau cilindrice 6, grosimea și materialul tablei în care se practică aceste predeformări.

Diametrele exterioare ale elementelor combustibile, conform invenției, sînt de 11,78 mm pentru cele de pe cercul exterior și respectiv de 12,4 mm pentru restul de elemente în vederea utilizării a două dimensiuni de distanțîere de 0,65 mm și 1,7 mm și a încărcării maxime cu combustibil (cantitățile de combustibil și material structural egale cu cele de la fasciculul standard cu 37 de elemente) cît și a unor pierderi de presiune minime (5%). Grosimea peretelui tecii se alege pentru a păstra condiția de colapsabilitate și deci și de transfer termic bun prin interstițiu pastilă-teacă respectiv de 0,37 mm.

Conform invenției, pe zonele propriu-zise de distanțare-contact 7 se fixează prin sudură, brazare, depuneri sau îngroșare elementele consumabile 8 care din cauza vibrației elementului combustibil împreună cu manșonul pot să-și reducă grosimea ca urmare a frecării cu manșonul vecin, neafectînd în acest fel grosimea propriu-zisă a manșonului.

Asamblarea elementelor combustibile în fascicul, conform invenției, asigură cotele funcționale în canalul combustibil prin prelucrarea excentrică a dopurilor de capăt 9 la elementele combustibile de pe cercul exterior al fasciculului.

Fasciculul combustibil, conform invenției, prezintă următoarele avantaj*©:

- utilizarea fasciculului combustibil nuclear scade consumul de uraniu natural (de mină) cu 30% și permite realizarea unor economii la ciclurile combustibile (SEU) între 25% și 35%.

- reduce consumul de zircaîoy de peste 2 sau 3 ori;

- extensia limitelor de funcționare permite ridicarea restricțiilor de operare actuale ale fasciculului standard, conducînd îa creșterea gradului de ardere și implicit la obținerea unei producții de energie cu 10% mai mare pe aceeași cantitate de uraniu.

Claims (2)

1. Fascicul combustibil nuclear format din elemente combustibile prevăzute cu distanțiere alcătuite dintr-un manșon tubular sau poliedric cu alveole pentru fixare pe teacă și zone distanțatoare, elemente ce sînt fixate între grile de capăt pe trei cercuri concentrice, caracterizat prin aceea că, este alcătuit din 43 elemente combustibile dsn care pe cercul exterior (a) sînt fixate

5 21 elemente (1), celelalte elemente (2) fiind fixate pe cercurile interioare (b și c) ale grilei (4) de capete care prezintă șapte spițe și o punte centrală, pe zonele distanțoare de contact (7) se fixează

10 prin sudură, brazare, depuneri sau tngroșare elemente combustibile (8).

2. Fascicul, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul asigurării cotelor de funcționare și com15 patibilitățiî cu sistemul de manipulare a fasciculului în reactor, dopul de capăt (9) la elementele combustibile de pe cercul exterior (a) al grilei (4) este prelucrat excentric.