RU198493U1 - Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора - Google Patents

Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора Download PDF

Info

Publication number
RU198493U1
RU198493U1 RU2019122399U RU2019122399U RU198493U1 RU 198493 U1 RU198493 U1 RU 198493U1 RU 2019122399 U RU2019122399 U RU 2019122399U RU 2019122399 U RU2019122399 U RU 2019122399U RU 198493 U1 RU198493 U1 RU 198493U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
burnable
powder
layers
absorber
layer
Prior art date
Application number
RU2019122399U
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Александрович Ершов
Геннадий Валентинович Кулаков
Сергей Владимирович Маранчак
Александр Васильевич Морозов
Алексей Леонидович Ижутов
Алексей Леонидович Петелин
Original Assignee
Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара"
Акционерное общество "Государственный научный центр-Научно-исследовательский институт атомных реакторов"
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 Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара", Акционерное общество "Государственный научный центр-Научно-исследовательский институт атомных реакторов" filed Critical Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара"
Priority to RU2019122399U priority Critical patent/RU198493U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU198493U1 publication Critical patent/RU198493U1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C7/00—Control of nuclear reaction
    • G21C7/02—Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect
    • G21C7/04—Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect of burnable poisons
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области атомной энергии, в частности к стержням выгорающего поглотителя, применяемым в ядерных реакторах с водяным теплоносителем.Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора содержит размещенный в оболочке с концевыми заглушками сердечник, в котором реализуется заданная поглощающая способность по высоте активной зоны чередующимися по высоте слоями порошкообразного выгорающего поглотителя, а по концам поглощающей части сердечника расположены слои порошкообразного инертного наполнителя.При этом оболочка стержня выгорающего поглотителя имеет крестообразную форму поперечного сечения со скрученными лопастями относительно продольной оси, причем в поглощающей части с чередующимися по высоте слоями порошкообразного выгорающего поглотителя нейтронов и в инертной части со слоями инертного наполнителя отношение пикнометрической плотности порошка нижележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого же слоя одинаково или максимально приближено к отношению пикнометрической плотности порошка вышележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого же слоя.Поглощающая часть сердечника содержит от одного до трех слоев разной длины и разной плотности по выгорающему поглотителю нейтронов.Другой особенностью является то, что в любом слое, из имеющихся в поглощающей части, в качестве материала выгорающего поглотителя нейтронов используют порошки, представляющие собой композицию оксидов циркония, иттрия, ниобия и гадолиния или композицию оксидов циркония, ниобия и гадолиния.Оболочка и концевые заглушки стержня выгорающего поглотителя выполнены из нержавеющей стали или сплава на основе никеля и хрома.Техническим результатом является обеспечение в тепловыделяющей сборке (ТВС) самодистанционирования СВП, имеющих такую же крестообразную форму поперечного сечения и размеры, что и у самодистанционирующихся твэлов, а также реализация заданной поглощающей способности по высоте активной зоны ядерного реактора.

Description

Полезная модель относится к атомной энергетике и может быть использована при изготовлении виброуплотненных стержней выгорающего поглотителя (СВП) ядерных реакторов, преимущественно легководных.
СВП являются элементами конструкции активной зоны ядерного реактора, устанавливаемыми в ней неподвижно для выравнивания поля энерговыделения и обеспечения заданной длительности выгорания топлива.
Основным требованием при переходе с существующей конструкции тепловыделяющей сборки (ТВС) для исследовательского высокопоточного реактора СМ-2 (СМ - сверхмощный), имеющей только твэлы, на конструкцию ТВС с твэлами и СВП является сохранение существующих гидравлических характеристик ТВС. Сохранение гидравлических характеристик обеспечивается сохранением внешних очертаний твэла и переносом их на внешние очертания СВП. Для компенсации избыточной реактивности реактора и для улучшения физических характеристик ТВС требуется профилирование энерговыделения как по радиусу ТВС, так и по ее высоте. Профилирование энерговыделения по радиусу ТВС производится установкой в ТВС нескольких СВП (вместо твэлов). Профилирование энерговыделения по высоте ТВС реализуется конструкциями СВП, отличающимися различной поглощающей способностью по высоте активной зоны ядерного реактора.
В активных зонах ядерных реакторов используются СВП различных конструкций:
- СВП с сердечником из спеченных таблеток;
- СВП с порошковым сердечником, уплотненным с помощью вибраций. Каждая из перечисленных конструкций СВП обладает определенными свойствами и рабочими характеристиками.
СВП с сердечником из спеченных таблеток обеспечивают наибольшую загрузку поглощающего материала, так как объем внутри оболочки на 90-95% заполнен таблетками. Таблетки для увеличения прочности и плотности спекаются при высокой температуре. Так как в процессе спекания таблеток происходит усадка по диаметру, то обеспечение точного размера таблеток после спекания достигается обычно их шлифовкой. Установка таблеток в оболочку осуществляется с радиальным зазором.
Известна конструкция поглощающего элемента (ПЭЛ) корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора (RU 2453004 (C1) G21C 7/10, опубл. 10.06.2012), содержащего оболочку, соединенную с наконечниками сваркой. Внутри оболочки расположен столб поглотителя нейтронов, выполненный из двух частей. В одной части столба применен порошок или таблетки карбида бора (В4С), в другой части столба применен порошок или таблетки с поглотителем на основе диспрозия. Фиксация столбов поглотителя нейтронов по концам и между двумя частями столбов осуществляется пробками из никелевой сетки.
Недостатком конструкции ПЭЛ с сердечником из таблеток является наличие радиального зазора, который ограничивает применение сердечника из таблеток в конструкции СВП с тонкостенными оболочками, так как оболочки СВП в реакторе не должны терять устойчивость при воздействии гидравлического давления теплоносителя при рабочих температурах и должны выдерживать опрессовочное давление при тестировании реактора. Так как толщина стенки оболочек ПЭЛ обычно примерно в 3-4 раза больше толщины стенки оболочек СВП, а количество СВП в активной зоне реактора на порядок и более превышает количество ПЭЛ, то такая конструкция с сердечником из таблеток хорошо подходит для ПЭЛ и практически мало используется для СВП с тонкостенными оболочками. Кроме того, недостатком указанной конструкции ПЭЛ является «всплеск» нейтронов в месте расположения фиксирующей пробки между двумя столбами таблеток поглотителя нейтронов. Наличие в конструкции ПЭЛ фиксирующей пробки между двумя столбами таблеток допускается, потому что для ПЭЛ возможно вертикальное перемещение по длине активной зоны при наличии так называемой «утяжеляющей» части верхнего наконечника ПЭЛ и собственного привода для перемещений, в то время как СВП устанавливаются неподвижно и «всплеск» нейтронов в месте расположения фиксирующей пробки нежелателен.
Известна конструкция регулирующего стержня для ядерного реактора (US 4624827 (B1) G21C 7/08 7/10 7/103, опубл. 25.11.86), состоящего из удлиненной трубчатой оболочки, загерметизированной с концов, в которой расположены порции (слои) двух типов гранул, чередующиеся между собой в последовательности «непрерывной цепи». Один тип слоев гранул сформирован из нейтронопоглощающего материала типа В4С, другой тип слоев гранул сформирован из инертного материала типа ZrO2. Причем в одном варианте конструкции высота слоев гранул из нейтронопоглощающего материала может постепенно увеличиваться по направлению от нижнего к верхнему концу стержня при неизменных высотах слоев гранул из инертного материала. В другом варианте конструкции, наоборот, высота слоев гранул из инертного материала может постепенно увеличиваться по направлению от нижнего к верхнему концу стержня при неизменных высотах слоев гранул из нейтронопоглощающего материала. Гранулы упомянутых слоев обоих типов имеют цилиндрическую форму с равными, как правило, диаметрами. Самый верхний слой гранул зафиксирован пробкой-фиксатором. Между пробкой-фиксатором и верхней концевой заглушкой установлена пружина. Регулирующий стержень имеет возможность опускаться и подниматься по направляющимся гильзам внутри топливных сборок для регулирования реактивности активной зоны.
Недостатком указанной конструкции является «всплеск» нейтронов в местах расположения слоев гранул из инертного материала. Такой «всплеск» нейтронов допускается при движении регулирующего стержня по направляющим гильзам для регулирования реактивности активной зоны, но не подходит для СВП, который установлен в активной зоне неподвижно. Поэтому в СВП слои гранул из инертного материала располагают по концам активной зоны реактора или вблизи них. Кроме того, наличие одинаковых размеров гранул в чередующихся слоях из нейтронопоглощающего материала (В4С) и из инертного материала (ZrO2) при значимо различающейся плотности этих материалов приводит к расслоению гранул по границам этих слоев при виброуплотнении и, как следствие, к уменьшению линейной плотности нейтронопоглощающего материала на участках вблизи границ этих слоев.
Наиболее близкой является конструкция вытеснителя, являющегося стержнем выгорающего поглотителя, описанного в твэле ядерного реактора (RU 2170956 (C1) G21C 3/20 3/62, опубл. 20.07.2001). Твэл состоит из оболочки с торцевыми заглушками, сердечника в виде частиц ядерного топлива, распределенных в контактном материале. Внутри оболочки соосно с ней на всю длину активной части твэла размещен вытеснитель, внутренняя полость которого заполнена материалом, содержащим выгорающий поглотитель. Вытеснитель выполнен с поперечным сечением, имеющим три или более лопасти, с прямыми или скрученными лопастями относительно продольной оси. Вытеснитель центрируется внутри оболочки твэла с помощью дистанционирующей проволоки.
Недостатком указанной конструкции является именно то, что СВП расположен внутри твэла. То есть поперечные размеры внутри твэла должны быть достаточными для того, чтобы СВП с наружными поперечными размерами мог быть расположен внутри твэла. Кроме того, вытеснитель, в качестве стержня выгорающего поглотителя, центрируется внутри оболочки твэла дополнительным элементом в виде дистанционирующей проволоки, а для конструкции с наружным самодистанционированием между твэлами и СВП дополнительный дистанционирующий элемент не требуется. Для исследовательского высокопоточного реактора СМ-2 СВП и твэлы должны дистанционироваться между собой и иметь одинаковые форму и размеры.
Поперечные размеры крестообразного твэла реактора СМ-2 имеют размеры по выступам 5,15 мм, внутренние размеры по впадинам 1,7 мм, то есть разместить СВП внутри твэла при таких малых внутренних размерах твэла практически невозможно.
При разработке твэлов для реактора СМ-2 с малым вредным поглощением нейтронов возникла необходимость в разработке конструкции крестообразного СВП. При переходе с конструкции СВП с гладкоцилиндрической оболочкой на конструкцию с крестообразной оболочкой возникает потребность в фиксации границ чередующихся слоев выгорающего поглотителя и инертного наполнителя без разделительных пробок. Создание разделительных пробок крестообразной формы и их установка через отверстие цилиндрической формы на границу поверхности чередующихся слоев не цилиндрической формы весьма затруднительная задача.
Основными недостатками конструкции СВП с фиксацией границ слоев разделительными пробками являются прерывание поглощения нейтронов в этих местах («всплеск» нейтронов), а также образование под этими пробками областей с более высокой пористостью и даже пустот, получающимися в результате виброуплотнения вышележащих слоев. Такие области под пробками являются наиболее слабым местом при испытании СВП на устойчивость формы и размеров под воздействием внешнего гидравлического давления воды.
Технической проблемой предлагаемой полезной модели является создание самодистанционирующегося СВП крестообразной формы поперечного сечения с реализацией заданной поглощающей способности по высоте активной зоны ядерного реактора посредством чередующихся по высоте слоев виброуплотненного выгорающего поглотителя, с виброуплотненными слоями инертного наполнителя по границам активной зоны, с возможностью фиксации границ между чередующимися слоями без применения разделительных пробок по их границам.
Техническим результатом является обеспечение в тепловыделяющей сборке (ТВС) самодистанционирования СВП, имеющих такую же крестообразную форму поперечного сечения и размеры, что и у самодистанционирующихся твэлов, а также реализация заданной поглощающей способности по высоте активной зоны ядерного реактора.
Технический результат достигается тем, что стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора содержит размещенный в оболочке с концевыми заглушками сердечник, причем оболочка имеет крестообразную форму поперечного сечения со скрученными лопастями относительно продольной оси, при этом сердечник состоит из виброуплотненных поглощающей части с одним или более чередующимися по высоте слоями порошкообразного выгорающего поглотителя нейтронов и инертной части со слоями инертного наполнителя под и над поглощающей частью, причем в поглощающей и инертной частях отношение пикнометрической плотности порошка нижележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого же слоя одинаково или максимально приближено к отношению пикнометрической плотности порошка вышележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого же слоя.
Поглощающая часть сердечника содержит от одного до трех слоев различной длины и плотности по выгорающему поглотителю нейтронов.
В любом слое, из имеющихся в поглощающей части, в качестве материала выгорающего поглотителя нейтронов используют порошки, представляющие собой композицию оксидов циркония, иттрия, ниобия и гадолиния или композицию оксидов циркония, ниобия и гадолиния.
Оболочка и концевые заглушки стержня выгорающего поглотителя выполнены из нержавеющей стали или сплава на основе никеля и хрома.
При виброуплотнении наблюдается расслоение частиц, имеющих одинаковую плотность при разных размерах (массах) и частиц, имеющих одинаковые размеры при различной плотности. Этот эффект в значительной мере устраняется при виброснаряжении, за счет использования такого же отношения пикнометрической плотности порошка нижележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого слоя, как отношение пикнометрической плотности порошка вышележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого слоя.
При этом более четкая (узкая по длине СВП) фиксация границ слоев получается при использовании более узких по размерам фракций. При этом выбор размеров фракций порошков должен производиться в соответствии с размерами сит из металлотканой сетки, выпускаемых промышленностью. Размеры ячеек сит в миллиметрах выбираются из следующего ряда: 0,04, 0,045, 0,05, 0,056, 0,063, 0,071, 0,075, 0,08, 0,09, 0,094, 0,1, 0,112, 0,125, 0,14, 0,16, 0,18, 0,2, 0,224, 0,25, 0,28, 0,315, 0,355, 0,4, 0,45, 0,472, 0,5, 0,56, 0,63, 0,67, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,2.
На Фиг. 1 представлена конструкция СВП с тремя чередующимися по высоте слоями выгорающего поглотителя нейтронов и двумя слоями инертного наполнителя, где 1 - оболочка крестообразной формы поперечного сечения, 2 - нижняя заглушка, 3 - верхняя заглушка, 4 - фиксирующая пробка, 5 - нижний слой инертного наполнителя, 6 - верхний слой инертного наполнителя, 7 - слой выгорающего поглотителя нейтронов.
На Фиг. 2 представлена конструкция СВП с двумя чередующимися по высоте слоями выгорающего поглотителя нейтронов и двумя слоями инертного наполнителя, где 1 - оболочка крестообразной формы поперечного сечения, 2 - нижняя заглушка, 3 - верхняя заглушка, 4 - фиксирующая пробка, 5 - нижний слой инертного наполнителя, 6 - верхний слой инертного наполнителя, 7 - слой выгорающего поглотителя нейтронов.
На Фиг. 3 представлена конструкция СВП с одним слоем выгорающего поглотителя нейтронов и двумя слоями инертного наполнителя, где 1 - оболочка крестообразной формы поперечного сечения, 2 - нижняя заглушка, 3 - верхняя заглушка, 4 - фиксирующая пробка, 5 - нижний слой инертного наполнителя, 6 - верхний слой инертного наполнителя, 7 - слой выгорающего поглотителя нейтронов.
На Фиг. 4 представлен внешний вид СВП.
На Фиг. 5 представлено вынесенное сечение поперечного профиля СВП.
Примеры осуществления.
Пример 1 (См. Фиг. 1).
СВП состоит из оболочки 1 крестообразной формы поперечного сечения из сплава 06Х16Н15М3Б-ИД (ЭИ-847) с описанным диаметром 5,15 мм, нижней 2 и верхней 3 заглушек из сплава ЭИ-847 и порошкового сердечника с тремя чередующимися по высоте слоями выгорающего поглотителя 7 с разной длиной и плотностью по выгорающему поглотителю и двумя слоями (нижним 5 и верхним 6) инертного наполнителя.
Нижний слой инертного наполнителя 5 с номинальной длиной 10 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см3) с размером фракции от 0,04 до 0,2 мм. В нижнем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 70 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГИЦ-0,6 (композиция оксидов циркония, иттрия, ниобия и гадолиния; 0,6 - номинальная плотность по гадолинию в г/см3) по ТУ 133-2006 с пикнометрической плотностью 5,54 г/см3. В среднем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 210 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-3,6 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния; 3,6 - номинальная плотность по гадолинию в г/см3) по ТУ 110-2006 с пикнометрической плотностью 6,92 г/см3. В верхнем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 70 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-1,5 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния; 1,5 - номинальная плотность по гадолинию в г/см3) по ТУ 110-2006 с пикнометрической плотностью 6,55 г/см3. Верхний слой инертного наполнителя 6 с номинальной длиной 15 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см3).
В оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,19 г) с размером фракции от 0,04 до 0,2 мм в качестве инертного наполнителя нижнего слоя 5, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГИЦ-0,6 определяется по формуле:
Figure 00000001
где 3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см3;
(0,04+0,2)/2 - средний размер фракции электрокорунда белого, мм;
5,54 - пикнометрическая плотность порошка КГИЦ-0,6, г/см3;
Х7 - средний размер фракции порошка КГИЦ-0,6, мм. По этой формуле средний размер фракции порошка КГИЦ-0,6 составляет Х7=0,167 мм. Принятый размер фракции от 0,1 до 0,25 мм (с учетом имеющихся размеров ячеек сит).
Для нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и ранее виброуплотненным нижним слоем инертного наполнителя 5 засыпается навеска частиц порошка КГИЦ-0,6 (1,99 г) с размером фракции от 0,1 до 0,25 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для среднего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-3,6 определяется по формуле:
Figure 00000002
где 5,54 - пикнометрическая плотность порошка КГИЦ-0,6, г/см3;
(0,1+0,25)/2 - средний размер фракции порошка КГИЦ-0,6, мм;
6,92 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-3,6, г/см3;
Х7 - средний размер фракции порошка КГНЦ-3,6, мм.
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-3,6 составляет Х7=0,219 мм. Принятый размер фракции от 0,14 до 0,315 мм.
Для среднего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и двумя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5 и нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-3,6 (7,46 г) с размером фракции от 0,14 до 0,315 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-1,5 определяется по формуле:
Figure 00000003
где 6,92 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-3,6, г/см3;
(0,14+0,315)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-3,6, мм;
6,55 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-1,5, г/см3;
Х7 - средний размер фракции порошка КГНЦ-1,5, мм.
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-1,5 составляет Х7=0,215 мм. Принятый размер фракции от 0,125 до 0,315 мм.
Для верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и тремя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5, нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 и среднего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-1,5 (2,35 г) с размером фракции от 0,125 до 0,315 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 средний размер фракции электрокорунда белого определяется по формуле:
Figure 00000004
где 6,55 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-1,5, г/см3;
(0,125+0,315)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-1,5, мм;
3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см3;
Х6 - средний размер фракции электрокорунда белого, мм. По этой формуле средний размер фракции электрокорунда белого составляет Х6=0,134 мм. Принятый размер фракции от 0,08 до 0,2 мм.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и четырьмя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5, нижнего слоя выгорающего поглотителя 7, среднего слоя выгорающего поглотителя 7 и верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,29 г) с размером фракции от 0,08 до 0,2 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
На верхний слой инертного наполнителя 6 устанавливается фиксирующая пробка 4 из никелевой сетки.
Производится заполнение внутренней полости СВП гелием и герметизация СВП приваркой верхней заглушки 3.
Пример 2 (См. Фиг. 2).
СВП состоит из оболочки 1 крестообразной формы поперечного сечения из сплава 06Х16Н15М3Б-ИД (ЭИ-847) с описанным диаметром 5,15 мм, нижней 2 и верхней 3 заглушек из сплава ЭИ-847 и порошкового сердечника с двумя чередующимися по высоте слоями выгорающего поглотителя 7 с разной длиной и плотностью по выгорающему поглотителю и двумя слоями (нижним 5 и верхним 6) инертного наполнителя.
Нижний слой инертного наполнителя 5 с номинальной длиной 80 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см3) с размером фракции от 0,04 до 0,10 мм. В нижнем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 210 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-2,3 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния) по ТУ 110-2006 с пикнометрической плотностью 6,81 г/см3. В верхнем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 70 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-1,0 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния) по ТУ ПО-2006 с пикнометрической плотностью 6,18 г/см3. Верхний слой инертного наполнителя 6 с номинальной длиной 15 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см3).
В оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (1,55 г) с размером фракции от 0,04 до 0,1 мм в качестве инертного наполнителя нижнего слоя 5, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-2,3 определяется по формуле:
Figure 00000005
где 3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см3;
(0,04+0,1)/2 - средний размер фракции электрокорунда белого, мм;
6,81 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-2,3, г/см3;
Х7 - средний размер фракции порошка КГНЦ-2,3, мм.
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-2,3 составляет Х7=0,120 мм. Принятый размер фракции от 0,08 до 0,18 мм.
Для нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и ранее виброуплотненным нижним слоем инертного наполнителя 5 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-2,3 (7,47 г) с размером фракции от 0,08 до 0,18 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-1,0 определяется по формуле:
Figure 00000006
где 6,81 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-2,3, г/см3;
(0,08+0,18)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-2,3, мм;
6,18 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-1,0, г/см3;
Х7 - средний размер фракции порошка КГНЦ-1,0, мм.
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-1,0 составляет Х7=0,118 мм. Принятый размер фракции от 0,08 до 0,16 мм.
Для верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и двумя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5 и нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-1,0 (2,22 г) с размером фракции от 0,08 до 0,16 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 средний размер фракции электрокорунда белого определяется по формуле:
Figure 00000007
где 6,18 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-1,0, г/см3;
(0,08+0,16)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-1,0, мм;
3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см3;
Х6 - средний размер фракции электрокорунда белого, мм.
По этой формуле средний размер фракции электрокорунда белого составляет Х6=0,077 мм. Принятый размер фракции от 0,05 до 0,10 мм.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и тремя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5, нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 и верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,29 г) с размером фракции от 0,05 до 0,10 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
На верхний слой инертного наполнителя 6 устанавливается фиксирующая пробка 4 из никелевой сетки.
Производится заполнение внутренней полости СВП гелием и герметизация СВП приваркой верхней заглушки 3.
Пример 3 (См. Фиг. 3).
СВП состоит из оболочки 1 крестообразной формы поперечного сечения из хромоникелевого сплава 42ХНМ с описанным диаметром 5,15 мм, нижней 2 и верхней 3 заглушек из сплава 42ХНМ и порошкового сердечника с одним слоем выгорающего поглотителя 7 и двумя слоями (нижним 5 и верхним 6) инертного наполнителя.
Нижний слой инертного наполнителя 5 с номинальной длиной 10 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см3) фракционного состава от 0,04 до 0,08 мм. В слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 350 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-2,7 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния) по ТУ 110-2006 с пикнометрической плотностью 6,85 г/см3. Верхний слой инертного наполнителя 6 с номинальной длиной 15 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см3).
В оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,19 г) с размером фракции от 0,04 до 0,08 мм в качестве инертного наполнителя нижнего слоя 5, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-2,7 определяется по формуле:
Figure 00000008
где 3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см3;
(0,04+0,08)/2 - средний размер фракции электрокорунда белого, мм;
6,85 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-2,7, г/см3;
Х7 - средний размер фракции порошка КГНЦ-2,7, мм.
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-2,7 составляет Х7=0,103 мм. Принятый размер фракции от 0,08 до 0,125 мм.
Для слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и ранее виброуплотненным нижним слоем инертного наполнителя 5 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-2,7 (12,37 г) с размером фракции от 0,08 до 0,125 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 средний размер фракции электрокорунда белого определяется по формуле:
Figure 00000009
где 6,85 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-2,7, г/см3;
(0,08+0,125)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-2,7, мм;
3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см3;
Х6 - средний размер фракции электрокорунда белого, мм.
По этой формуле средний размер фракции электрокорунда белого составляет Х6=0,060 мм. Принятый размер фракции от 0,05 до 0,071 мм.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и двумя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5 и выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,29 г) с размером фракции от 0,05 до 0,071 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
На верхний слой инертного наполнителя 6 устанавливается фиксирующая пробка 4 из никелевой сетки.
Производится заполнение внутренней полости СВП гелием и герметизация СВП приваркой верхней заглушки 3.
Предлагаемые конструкции виброуплотненных СВП с крестообразной оболочкой, содержащих от одного до трех слоев разной длины и разной плотности по выгорающему поглотителю и два слоя с инертным наполнителем представлены на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3.
Для фиксации границ между чередующимися по высоте СВП слоями без расслоения и перемешивания частиц при их виброуплотнении выбор размеров фракций порошков этих слоев должен производиться в соответствии с размерами сит, выпускаемых промышленностью. Поэтому для граничащих слоев при выборе размеров фракций порошков в соответствии с размерами сит практически не получаются одинаковые отношения пикнометрических плотностей порошков граничащих слоев к средним размерам фракций этих слоев, но эти отношения могут быть максимально приближены друг к другу соответствующим выбором размеров фракций. При этом при использовании более узких по размерам фракций получаются более четкие (без расслоения и перемешивания) границы слоев.
Таким образом, заявляемая полезная модель СВП с оболочкой, имеющей крестообразную форму поперечного сечения, обеспечит возможность самодистанционирования при его установке в тепловыделяющей сборке (ТВС), поскольку и твэлы и СВП имеют одинаковую крестообразную форму поперечного сечения и одинаковые размеры.
Кроме того, в заявляемой полезной модели СВП реализуется заданная поглощающая способность по высоте активной зоны ТВС чередующимися по высоте слоями порошкообразного выгорающего поглотителя.

Claims (4)

1. Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора, содержащий размещенный в оболочке с концевыми заглушками сердечник, отличающийся тем, что оболочка имеет крестообразную форму поперечного сечения со скрученными лопастями относительно продольной оси, при этом сердечник состоит из виброуплотненных поглощающей части с одним или более чередующимися по высоте слоями порошкообразного выгорающего поглотителя нейтронов и инертной части со слоями инертного наполнителя под и над поглощающей частью, причем в поглощающей и инертной частях отношение пикнометрической плотности порошка нижележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого же слоя одинаково или максимально приближено к отношению пикнометрической плотности порошка вышележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого же слоя.
2. Стержень выгорающего поглотителя по п. 1, отличающийся тем, что поглощающая часть сердечника содержит от одного до трех слоев различной длины и плотности по выгорающему поглотителю нейтронов.
3. Стержень выгорающего поглотителя по п. 1, отличающийся тем, что в любом слое, из имеющихся в поглощающей части, в качестве материала выгорающего поглотителя нейтронов используют порошки, представляющие собой композицию оксидов циркония, иттрия, ниобия и гадолиния или композицию оксидов циркония, ниобия и гадолиния.
4. Стержень выгорающего поглотителя по п. 1, отличающийся тем, что оболочка и концевые заглушки выполнены из нержавеющей стали или сплава на основе никеля и хрома.
RU2019122399U 2019-07-17 2019-07-17 Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора RU198493U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122399U RU198493U1 (ru) 2019-07-17 2019-07-17 Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122399U RU198493U1 (ru) 2019-07-17 2019-07-17 Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU198493U1 true RU198493U1 (ru) 2020-07-13

Family

ID=71616249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019122399U RU198493U1 (ru) 2019-07-17 2019-07-17 Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU198493U1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4624827A (en) * 1984-07-23 1986-11-25 Westinghouse Electric Corp. Nuclear reactor control rod having a reduced worth tip
RU2061264C1 (ru) * 1993-12-02 1996-05-27 Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара Твэл для ядерного реактора
RU2170956C1 (ru) * 2000-07-31 2001-07-20 Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара Твэл ядерного реактора
JP5557554B2 (ja) * 2010-02-25 2014-07-23 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 原子炉制御棒及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4624827A (en) * 1984-07-23 1986-11-25 Westinghouse Electric Corp. Nuclear reactor control rod having a reduced worth tip
RU2061264C1 (ru) * 1993-12-02 1996-05-27 Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара Твэл для ядерного реактора
RU2170956C1 (ru) * 2000-07-31 2001-07-20 Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара Твэл ядерного реактора
JP5557554B2 (ja) * 2010-02-25 2014-07-23 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 原子炉制御棒及びその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2021221888B2 (en) Fuel element with multi-smear density fuel
KR20200101353A (ko) 환형 금속 핵 연료 및 그 제조 방법
KR102410323B1 (ko) 원자로 연료 요소
US3291698A (en) Fuel element
RU2170956C1 (ru) Твэл ядерного реактора
JP2019502917A (ja) 原子炉用吸収棒アセンブリおよび吸収棒
JP2000019280A (ja) 軽水冷却型原子炉の炉心および同原子炉の運転方法
RU198493U1 (ru) Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора
EP0285380B1 (en) Control rod
WO2015195115A1 (en) Triso-isotropic (triso) based light water reactor fuel
KR970060252A (ko) 핵연료 펠릿
RU2172528C2 (ru) Поглощающий элемент для управляющего стержня атомного реактора на быстрых нейтронах
JP2016080667A (ja) 高速炉用燃料集合体および高速炉炉心
RU112483U1 (ru) Твэл ядерного реактора
RU2124767C1 (ru) Твэл ядерного реактора
RU2347289C1 (ru) Твэл ядерного реактора
RU2549371C1 (ru) Активная зона, твэл и тепловыделяющая сборка реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем
JP5607876B2 (ja) 内部スペーサエレメントを使用する燃料棒の設計、およびそれを使用する方法
CA2937670A1 (en) Active zone of a lead-cooled fast reactor
JP3085717B2 (ja) 中性子吸収体
JPH041593A (ja) 燃料集合体
RU132602U1 (ru) Твэл ядерного реактора
JPS6055037B2 (ja) 燃料棒
JP2024519870A (ja) 径が変化する被覆管を有する核燃料棒
JP2519686B2 (ja) 燃料集合体

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200718

NF9K Utility model reinstated

Effective date: 20211006