RU2065627C1 - Fuel assembly of pressure-tube reactor - Google Patents
Fuel assembly of pressure-tube reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2065627C1 RU2065627C1 RU9595106273A RU95106273A RU2065627C1 RU 2065627 C1 RU2065627 C1 RU 2065627C1 RU 9595106273 A RU9595106273 A RU 9595106273A RU 95106273 A RU95106273 A RU 95106273A RU 2065627 C1 RU2065627 C1 RU 2065627C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- reactor
- pressure
- erbium
- assemblies
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно: к тепловыделяющим сборкам (ТВС) канальных ядерных реакторов РБМК. The invention relates to nuclear energy, namely: to fuel assemblies (FA) of RBMK channel nuclear reactors.
Одной из важных причин, приведших к катастрофическим последствиям Чернобыльской аварии, явилась большая положительная величина парового коэффициента реактивности αΦ4-4,5β.. Осушение значительной части каналов привело к разгону реактора на мгновенных нейтронах. One of the important reasons that led to the catastrophic consequences of the Chernobyl accident was the large positive value of the steam reactivity coefficient αΦ4-4.5β .. Drainage of a significant part of the channels led to the acceleration of the reactor using instant neutrons.
Известна тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы, заполненные топливом из окиси урана [1]
В результате мер по повышению безопасности реактора РБМК величина была снижена до 1β в основном за счет установки в 80 рабочих каналах активной зоны вместо топливных сборок дополнительных поглотителей (ДП) из бористой стали.Known fuel assembly channel nuclear reactor containing fuel elements filled with fuel from uranium oxide [1]
As a result of measures to improve the safety of the RBMK reactor, the value was reduced to 1β, mainly due to the installation of additional boron steel absorbers (DP) in 80 working channels of the core instead of fuel assemblies.
Увеличение количества поглотителей в активной зоне привело к уменьшению глубины выгорания топлива на 25% и к увеличению топливной составляющей приведенных затрат почти на 30%
Ухудшение экономических показателей канальных ядерных реакторов поставило на повестку для вопрос о поисках более экономичных вариантов, в которых к тому же сохранялась бы или даже снижалась уже достигнутая величина парового коэффициента реактивности.An increase in the number of absorbers in the core led to a decrease in the fuel burn-up depth by 25% and to an increase in the fuel component of the reduced costs by almost 30%
The deterioration in the economic performance of channel nuclear reactors has put on the agenda for the search for more economical options, in which the already achieved value of the steam reactivity coefficient would be preserved or even reduced.
Была предложена тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы, заполненные топливом из окиси урана с повышенным обогащением [2]
Как показали расчеты, перевод РБМК, например, с топлива, начальное обогащение которого 2,2% на топливо с начальным обогащением 2,4% позволяет снизить топливные затраты на 15% и уменьшить величину av до 0,5 b.A fuel assembly of a channel nuclear reactor was proposed comprising fuel elements filled with uranium oxide fuel with enhanced enrichment [2]
As calculations have shown, the transfer of RBMK, for example, from fuel, the initial enrichment of which is 2.2% for fuel with an initial enrichment of 2.4%, reduces fuel costs by 15% and reduces the value of av to 0.5 b.
Однако при повышении степени обогащения окиси урана по-прежнему сохраняются высокие топливные затраты из-за необходимости сохранения ДП в активной зоне, а также уменьшается подкритичность остановленного разотравленного реактора и растет максимальная линейная нагрузка на тепловыделяющие элементы q
Целью изобретения является дальнейшее сокращение топливной составляющей приведенных затрат и снижение эксплуатационных расходов, повышение безопасности канального ядерного реактора и увеличение продолжительности кампании.However, with an increase in the degree of enrichment of uranium oxide, high fuel costs are still maintained due to the need to preserve DP in the active zone, the subcriticality of the stopped poisoned reactor is reduced, and the maximum linear load on the fuel elements increases q
The aim of the invention is to further reduce the fuel component of the above costs and reduce operating costs, increase the safety of a channel nuclear reactor and increase the duration of the campaign.
Технический результат, достижение которого обеспечивается с помощью изобретения, заключается в удалении из активной зоны дополнительных поглотителей (ДП) и увеличении количества топлива в ней, повышении степени выгорания топлива, его хранение, перегрузку и захоронение, снижении максимальной линейной нагрузки на тепловыделяющие элементы и уменьшении неравномерности энерговыделения по высоте и по радиусу реактора. The technical result, which is achieved by using the invention, is to remove additional absorbers (DP) from the core and increase the amount of fuel in it, increase the degree of fuel burnup, store it, reload and dispose of it, reduce the maximum linear load on the fuel elements and reduce unevenness energy release along the height and radius of the reactor.
Это достигается тем, что в тепловыделяющей сборке канального ядерного реактора, содержащей тепловыделяющие элементы, заполненные топливом из окиси урана, в топливо дополнительно введен эрбий, концентрация которого выбрана из интервала 0,3-0,8%
Загрузка РБМК тепловыделяющими сборками, в топливо которых из окиси урана добавлен эрбий (или его окись) в количестве 0,3-0,8% снижает паровой коэффициент реактивности до уровня, при котором не требуется устанавливать дополнительные поглотители. Одновременно уменьшается доля захвата нейтронов в воде, что приводит в случае обезвоживания активной зоны к снижению роста реактивности.This is achieved by the fact that in the fuel assembly of the channel nuclear reactor containing fuel elements filled with fuel from uranium oxide, erbium is additionally introduced into the fuel, the concentration of which is selected from the interval 0.3-0.8%
The loading of RBMK fuel assemblies into the fuel of which erbium (or its oxide) is added from uranium oxide in an amount of 0.3-0.8% reduces the steam reactivity coefficient to a level at which additional absorbers are not required. At the same time, the fraction of neutron capture in water decreases, which leads to a decrease in reactivity growth in the case of dehydration of the core.
Это связано с тем, что эрбий при о,47 эВ обладает резонансом сечения поглощения. В РБМК средняя температура графита на 200o С выше, чем средняя температура воды, поэтому при обезвоживании повышается температура нейтронного газа, и происходит сдвиг спектра нейтронов в сторону этого резонанса. Близость резонанса эрбия к области термолизации обеспечивает дополнительную отрицательную составляющую парового эффекта реактивности, что и позволяет отказаться от ДП в активной зоне РБМК. Удаление ДП из активной зоны увеличивает не только топливную загрузку реактора (за счет размещения в технологических каналах вместо ДП ТВС), но и приводит к снижению неравномерности энерговыделения, что позволяет, в свою очередь, увеличить обогащение топлива и, тем самым, повысить глубину выгорания топлива в активной зоне и, следовательно, сократить количество отработавшего топлива. Последнее - в связи со стоящей на сегодняшний день проблемой переработки и захоронения радиоактивных отходов атомных станций позволяет несколько снять остроту этой немаловажной проблемы.This is due to the fact that erbium at o, 47 eV has a resonance in the absorption cross section. In RBMK, the average temperature of graphite is 200 ° C higher than the average temperature of water; therefore, when dehydrated, the temperature of the neutron gas rises and the neutron spectrum shifts toward this resonance. The proximity of the erbium resonance to the thermolization region provides an additional negative component of the steam reactivity effect, which allows us to abandon the DP in the RBMK core. Removing the DP from the core increases not only the fuel load of the reactor (due to the placement of fuel assemblies instead of the fuel assemblies in the technological channels), but also reduces the unevenness of energy release, which, in turn, allows increasing fuel enrichment and, thereby, increasing the fuel burnup in the core and therefore reduce the amount of spent fuel. The latter - in connection with the current problem of the processing and disposal of radioactive waste from nuclear plants, it can somewhat relieve the severity of this important problem.
Кроме того, присутствие выгорающего поглотителя в свежих ТВС приводит к существенному снижению их мощности и вносимой при перегрузке реактивности. Эти обстоятельства наряду с более ровной, чем в прототипе. картиной энерговыделения в активной зоне в значительной мере упрощает процедуру перегрузок зоны и контроль за энерговыделением в ней, повышает безопасность действующих РБМК без модификации ТВС. In addition, the presence of a burnable absorber in fresh fuel assemblies leads to a significant decrease in their power and reactivity introduced during overloading. These circumstances, along with more even than in the prototype. The picture of energy release in the core greatly simplifies the procedure of zone overloads and control of energy release in it, increases the safety of existing RBMKs without modification of fuel assemblies.
Одновременно с этим размещение в технологических каналах активной зоны РБМК вместо ДП ТВС увеличивает уранграфитовое отношение, а поскольку в резонансной области энергий в случае уменьшения плотности воды снижается замедляющая способность среды, это приводит к дополнительному уменьшению парового коэффициента реактивности. At the same time, the placement in the technological channels of the RBMK core instead of DP fuel assemblies increases the urangraphite ratio, and since in the resonance energy region, if the water density decreases, the slowing ability of the medium decreases, this leads to an additional decrease in the steam reactivity coefficient.
При этом необходимо учесть, что при концентрации эрбия меньше 0,3% практически исчезает влияние эрбия на паровой коэффициент реактивности αΦ, и для сохранения достигнутых в прототипе значений вновь возникает потребность в размещении в активной зоне ДП, а при концентрации эрбия в топливе больше 0,8% экономические показатели реактора становятся ниже, чем у реактора с зоной, содержащей ДП, из-за непроизводительного захвата нейтронов. It should be borne in mind that at an erbium concentration of less than 0.3%, the effect of erbium on the vapor reactivity coefficient αΦ practically disappears, and to maintain the values achieved in the prototype, the need again arises to be placed in the active zone of the DP, and when the erbium concentration in the fuel is greater than 0, 8% of the economic performance of the reactor becomes lower than that of a reactor with a zone containing DP, due to unproductive capture of neutrons.
На вышеуказанные результаты также влияет расположение эрбия в ТВС, поскольку в случае локального размещения эрбия взаимодействуют два конкурирующих фактора. Усиливается влияние на эффект обезвоживания пространственного перераспределения потока нейтронов и ослабевает влияние на изменение спектра нейтронов. Но т.к. последний фактор играет для эрбия основную роль, поэтому например, установка стержней с эрбием в ТВС не дает преимуществ в глубине выгорания и не позволяет уменьшить затраты. Зато если поместить эрбий в топливо, то, как показали проведенные расчеты, глубина выгорания топлива возрастает. The aforementioned results are also affected by the location of erbium in the fuel assembly, since two competing factors interact in the case of local placement of erbium. The influence of the spatial redistribution of the neutron flux on the dehydration effect is enhanced and the effect on the change in the neutron spectrum is weakened. But since the latter factor plays the main role for erbium; therefore, for example, the installation of erbium rods in fuel assemblies does not give advantages in the burnup depth and does not allow to reduce costs. But if you put erbium in the fuel, then, as the calculations showed, the fuel burnup depth increases.
Использование других выгорающих поглотителей в РБМК представляется проблематичным, хотя и известно применение в легководных корпусных реакторах для компенсации реактивности таких, например, выгорающих поглотителей как бор,гадолиний и гафний. Однако проведенные исследования показали, что размещение этих выгорающих поглотителей в ТВС РБМК не приводит к ожидаемым результатам. В частности, при содержании гафния в оболочках ТВЭЛов более 1% глубина выгорания по сравнению с загрузкой ДП не только не увеличивается, но даже уменьшается, а при равномерном размещении гадолиния увеличивается коэффициент неравномерности энерговыделения по высоте Кz из-за неравномерного выгорания гадолиния, что приводит к росту максимальной линейной нагрузки q
Проведенные исследования также показали, что на технические результаты влияет и порядок размещения поглотителей. Например, гетерогенное (и особенно внетопливное) размещение гадолиния выгоднее гомогенного. Однако если принять во внимание, что при выборе оптимального варианта размещения поглотителя необходимо учитывать, что нанесение тонкого покрытия из поглотителя сложно технологически, а его присутствие в центральном стержне ТВС затрудняет использование датчиков нейтронного потока, становится ясно, что вопрос о возможности использования других, кроме эрбия выгорающих поглотителей в РБМК пока остается открытым. Studies have also shown that the technical order is also affected by the placement of absorbers. For example, heterogeneous (and especially extra-fuel) placement of gadolinium is more advantageous than homogeneous. However, if we take into account that when choosing the optimal option for the placement of the absorber, it is necessary to take into account that applying a thin coating from the absorber is difficult technologically, and its presence in the central rod of the fuel assembly makes it difficult to use neutron flux sensors, it becomes clear that the question of the possibility of using other than erbium burnable absorbers in RBMK is still open.
Следовательно, только при загрузке РБМК ТВС, содержащих топливом из окиси урана с эрбием, концентрация которого выбрана из интервала 0,3-0,8% может быть увеличена топливная составляющая активной зоны. повышена степень выгорания топлива, уменьшены расходы на транспортировку топлива, его хранение, перегрузку и захоронение, снижена максимальная линейная нагрузка на тепловыделяющие элементы и уменьшена неравномерность энерговыделения по высоте и радиусу реактора. Therefore, only when loading RBMK fuel assemblies containing fuel from uranium oxide with erbium, the concentration of which is selected from the interval 0.3-0.8%, the fuel component of the core can be increased. the degree of fuel burn-up has been increased, the cost of transporting fuel, its storage, handling and burial has been reduced, the maximum linear load on the fuel elements has been reduced, and the unevenness of energy release along the height and radius of the reactor has been reduced.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595106273A RU2065627C1 (en) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | Fuel assembly of pressure-tube reactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595106273A RU2065627C1 (en) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | Fuel assembly of pressure-tube reactor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2065627C1 true RU2065627C1 (en) | 1996-08-20 |
RU95106273A RU95106273A (en) | 1997-01-20 |
Family
ID=20167015
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9595106273A RU2065627C1 (en) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | Fuel assembly of pressure-tube reactor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2065627C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
LT4678B (en) | 1998-07-29 | 2000-07-25 | Otkrytoje Akcionernoje Obščestvo "Mašinostroitelnij Zavod" | Core of the channal nuclear reactor and fuel assembly of the water-cooled nuclear reactor |
WO2002050845A1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-06-27 | The Federal State Unitarian Enterprise 'a.A.Bochvar All-Russia Research Institute Of Inorganic Materials' | A nuclear fuel pellet and method for producing said pellet |
-
1995
- 1995-04-20 RU RU9595106273A patent/RU2065627C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Атомная энергия.- Т.62, вып.4, апрель 1987, с. 224 - 225. 2. Там же, с. 225 и 226. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
LT4678B (en) | 1998-07-29 | 2000-07-25 | Otkrytoje Akcionernoje Obščestvo "Mašinostroitelnij Zavod" | Core of the channal nuclear reactor and fuel assembly of the water-cooled nuclear reactor |
WO2002050845A1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-06-27 | The Federal State Unitarian Enterprise 'a.A.Bochvar All-Russia Research Institute Of Inorganic Materials' | A nuclear fuel pellet and method for producing said pellet |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95106273A (en) | 1997-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Uchikawa et al. | Conceptual design of innovative water reactor for flexible fuel cycle (FLWR) and its recycle characteristics | |
JPH07101237B2 (en) | Fuel assembly and nuclear reactor | |
RU2678564C1 (en) | Fuel assembly, method of designing active zone and method of designing fuel assembly of light-water nuclear reactor | |
RU2065627C1 (en) | Fuel assembly of pressure-tube reactor | |
JPS6129478B2 (en) | ||
JP4077303B2 (en) | Reactor fuel assembly | |
JPS58135989A (en) | Fuel assembly for bwr type reactor | |
US5249211A (en) | Fuel assembly | |
JP2510565B2 (en) | Reactor fuel assembly | |
RU2214633C2 (en) | Fuel assembly, core, and operating process of water-cooled nuclear reactor | |
JP3318193B2 (en) | Fuel loading method | |
Jevremovic et al. | Conceptual design of an indirect-cycle, supercritical-steam-cooled fast breeder reactor with negative coolant void reactivity characteristics | |
JP3943624B2 (en) | Fuel assembly | |
RU2690840C1 (en) | Method of operating a nuclear reactor in a closed thorium fuel cycle | |
RU2124766C1 (en) | Pressure-tube reactor fuel assembly | |
JP2966877B2 (en) | Fuel assembly | |
RU2100852C1 (en) | Uranium-graphite reactor operating process | |
JPS59147295A (en) | Fuel assembly | |
JP2869312B2 (en) | Core for ultra-long life fast reactor | |
JP2988731B2 (en) | Reactor fuel assembly | |
JPH0446396B2 (en) | ||
JPS61147183A (en) | Fuel aggregate | |
JP3117207B2 (en) | Fuel assembly for boiling water reactor | |
Nishimura | 3.2 Advances of reactor core and fuel assembly 3.2. 1 High burnup fuel design | |
RU2172029C2 (en) | Rod arrangement for fuel assemblies used in servicing nuclear reactors |