RU2241262C2 - Water-moderated power reactor core - Google Patents

Water-moderated power reactor core Download PDF

Info

Publication number
RU2241262C2
RU2241262C2 RU2002128471/06A RU2002128471A RU2241262C2 RU 2241262 C2 RU2241262 C2 RU 2241262C2 RU 2002128471/06 A RU2002128471/06 A RU 2002128471/06A RU 2002128471 A RU2002128471 A RU 2002128471A RU 2241262 C2 RU2241262 C2 RU 2241262C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
water
rod
core
vver
Prior art date
Application number
RU2002128471/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002128471A (en
Inventor
Г.Г. Потоскаев (RU)
Г.Г. Потоскаев
В.С. Курсков (RU)
В.С. Курсков
А.В. Иванов (RU)
А.В. Иванов
Е.Г. Бек (RU)
Е.Г. Бек
А.С. Доронин (RU)
А.С. Доронин
ев А.В. Чибин (RU)
А.В. Чибиняев
Ю.Г. Драгунов (RU)
Ю.Г. Драгунов
И.Н. Васильченко (RU)
И.Н. Васильченко
В.А. Межуев (RU)
В.А. Межуев
П.И. Лавренюк (RU)
П.И. Лавренюк
И.Г. Чапаев (RU)
И.Г. Чапаев
М.В. Ядрышников (RU)
М.В. Ядрышников
В.В. Рожков (RU)
В.В. Рожков
А.А. Енин (RU)
А.А. Енин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод"
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
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 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод", Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" filed Critical Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод"
Priority to RU2002128471/06A priority Critical patent/RU2241262C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2241262C2 publication Critical patent/RU2241262C2/en
Publication of RU2002128471A publication Critical patent/RU2002128471A/en

Links

Images

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

Abstract

FIELD: nuclear power engineering; cores for water-moderated reactors.
SUBSTANCE: proposed core used in particular for type VVER-440 reactors is characterized in that water-to-uranium ratio of its fuel assembly spacer grid, outer and inner diameters of fuel element can are 0.98 to 2.52 and 7.00 m · 10 -3 to 8.00· 10 -3 m, and 5.94 · 10 -3 to 6.79 · 10 -3 m, respectively, for fuel assemblies incorporating 174 to 216 fuel elements, or water-to-uranium ratio of fuel assembly spacer grid, outer and inner diameters of fuel element can are 1.14 to 2.76, 7.80 · 10 -3 to 8.79 · 10 -3 m, and 6.62 · 10 -3 to 7.47 · 10 -3 m, respectively, for fuel assemblies incorporating 132 to 168 fuel elements; ratio of core height to fuel assembly length is 0.7488 to 0.7897.
EFFECT: reduced linear heat loads and fuel element depressurization probability, enlarged reactor power variation range, improved fuel utilization.
6 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к ядерной технике и касается усовершенствования активных зон ядерных реакторов, в которых в качестве теплоносителя и замедлителя используется вода (так называемых водо-водяных ядерных реакторах), применяемых как источник тепла для электростанций, в силовых установках и пр., особенно в реакторах тепловой мощностью порядка (1150-1700) МВт.The invention relates to nuclear engineering and relates to the improvement of the core areas of nuclear reactors in which water (so-called water-cooled nuclear reactors) is used as a coolant and a moderator, used as a heat source for power plants, in power plants, etc., especially in thermal reactors power of the order (1150-1700) MW.

Уровень техникиState of the art

Перспектива развития ядерной энергетики в значительной мере определяется решением вопроса обеспечения безопасности атомных электростанций (АЭС). При создании активных зон, обеспечивающих качественно новый уровень безопасности АЭС, необходимо основываться на апробированных технических решениях, положительном опыте проектирования и эксплуатации действующих АЭС. Наиболее значительными по последствиям для АЭС, в частности с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР), являются аварии с потерей теплоносителя первого контура, развитие которых при несрабатывании многократно резервированных пассивных и активных систем безопасности, обеспечивающих введение в первый контур охлаждающей воды с поглотителем нейтронов, может привести к тяжелым последствиям.The prospects for the development of nuclear energy are largely determined by solving the issue of ensuring the safety of nuclear power plants (NPPs). When creating active zones that provide a qualitatively new level of NPP safety, it is necessary to be based on proven technical solutions, positive experience in the design and operation of existing NPPs. The most significant consequences for nuclear power plants, in particular with pressurized water reactors (VVER), are accidents with loss of the primary coolant, the development of which, when passive and active safety systems are repeatedly redundant, which introduce cooling water with a neutron absorber into the primary circuit, can lead to serious consequences.

Проблема повышения уровня безопасности действующих АЭС с реакторами ВВЭР имеет различные пути решения. Однако в настоящее время она решается, как правило, повышением надежности защитных систем, совершенствованием отдельных узлов и оборудования, оптимизацией режимов и регламента эксплуатации.The problem of improving the safety level of operating NPPs with VVER reactors has various solutions. However, at present, it is being solved, as a rule, by increasing the reliability of protective systems, improving individual components and equipment, optimizing modes and operating procedures.

Вместе с тем, не затрагиваются вопросы уменьшения в нормальном режиме теплонапряженности твэлов, оболочки которых являются одним из основных барьеров на пути распространения радиоактивных веществ и которые могут разгерметизироваться в аварийных ситуациях прежде всего из-за их перегрева. Такая тенденция обусловлена, главным образом, многолетним успешным опытом эксплуатации ядерного топлива существующей конструкции и его хорошо отлаженным производством.At the same time, the issues of reducing in the normal mode the thermal stress of fuel rods, the shells of which are one of the main barriers to the spread of radioactive substances and which can be depressurized in emergency situations, primarily because of their overheating, are not addressed. This trend is mainly due to many years of successful experience in operating nuclear fuel of an existing design and its well-established production.

Реакторы типа ВВЭР в процессе внедрения в ядерную энергетику не претерпели изменений основных технических решений. К таким решениям, заложенным в конструкциях отечественных реакторов типа ВВЭР, следует отнести:VVER-type reactors in the process of introduction into nuclear power have not undergone changes in the basic technical solutions. Such decisions incorporated in the designs of domestic VVER-type reactors include:

- все устройства внутри корпуса реактора должны быть извлекаемыми для возможного ремонта, замены и для контроля внутренней поверхности корпуса реактора;- all devices inside the reactor vessel must be removable for possible repair, replacement and for monitoring the internal surface of the reactor vessel;

- установку в верхней части реактора органов системы управления и защиты (СУЗ) и оборудования для контроля за работой реактора для удобного эксплуатационного их обслуживания;- installation in the upper part of the reactor of the organs of the control and protection system (CPS) and equipment for monitoring the operation of the reactor for convenient operational maintenance;

- тепловыделяющие сборки (ТВС), позволяющие создать конфигурацию активной зоны, близкую к цилиндрической, размещены в выемной корзине, днище которой является опорной конструкцией активной зоны;- fuel assemblies (FAs), allowing to create an active zone configuration close to cylindrical, are placed in a removable basket, the bottom of which is the supporting structure of the active zone;

- теплоноситель в активной зоне движется снизу вверх, что обеспечивает возможность охлаждения ТВС в режиме естественной циркуляции.- the coolant in the core moves from the bottom up, which makes it possible to cool fuel assemblies in natural circulation mode.

Активная зона реактора ВВЭР-440, номинальная электрическая мощность энергоблока с которым равна 440 МВт (при соответственно тепловой мощности реактора в 1175 МВт), набирается из шестигранных ТВС, устанавливаемых практически вплотную друг к другу в корзине активной зоны. В ТВС по треугольному шагу устанавливают стержневые твэлы. В качестве ядерного топлива используют прессованные и спеченные таблетки из диоксида урана. В одной ячейке (центральной) ТВС размещается полая трубка. Внутри этой трубки размещают датчики для измерения температуры воды и детекторы энерговыделения (см. И.Я.Емельянов, В.И.Михан, М.И.Солонин и др. Конструирование ядерных реакторов, М., Энергоиздат, 1982, с.76).The core of the VVER-440 reactor, with a nominal electric power of the power unit with which is 440 MW (with a correspondingly thermal power of the reactor of 1175 MW), is recruited from hexagonal fuel assemblies that are installed almost close to each other in the core basket. In fuel assemblies, rod fuel rods are installed in a triangular step. Pressed and sintered uranium dioxide tablets are used as nuclear fuel. A hollow tube is located in one cell of the (central) fuel assembly. Sensors for measuring water temperature and energy release detectors are placed inside this tube (see I.Ya. Emelyanov, V.I. Mikhan, M.I. Solonin, etc. Design of nuclear reactors, M., Energoizdat, 1982, p. 76) .

ТВС реактора ВВЭР-440 состоит из пучка стержневых твэлов, шестигранного корпуса-чехла, цилиндрического хвостовика, головки и каркаса сборки, с помощью последнего обеспечивается крепление твэлов в сборке. Каркас ТВС включает в себя гексагональные дистанционирующие решетки (нижнюю несущую решетку, верхнюю и средние направляющие решетки из циркониевого сплава), которые механически связаны между собой центральной трубкой из циркониевого сплава. Нижние концы твэлов жестко закреплены в несущей решетке, а верхние концы твэлов имеют возможность продольного перемещения в направляющей решетке при температурных расширениях. Нижняя несущая решетка крепится к цилиндрическому хвостовику сборки, а верхняя направляющая решетка соответственно - к головке сборки. С помощью хвостовика и головки ТВС устанавливается в корзине реактора (см. Г.Н.Ушаков Технологические каналы и тепловыделяющие элементы ядерных реакторов, М., Энергоиздат, 1981, с.89, рис.2.8 а).A fuel assembly of a VVER-440 reactor consists of a bunch of rod fuel elements, a hexagonal housing-cover, a cylindrical shank, a head and an assembly frame, with the help of which the fuel elements are mounted in the assembly. The fuel assembly frame includes hexagonal spacer grids (lower bearing grid, upper and middle guide grids of zirconium alloy), which are mechanically connected to each other by a central tube of zirconium alloy. The lower ends of the fuel rods are rigidly fixed in the carrier grid, and the upper ends of the fuel rods have the possibility of longitudinal movement in the guide grid with temperature expansions. The lower support grid is attached to the cylindrical shank of the assembly, and the upper guide grill, respectively, to the assembly head. Using the shank and the head, the fuel assembly is installed in the reactor basket (see G.N. Ushakov Technological channels and fuel elements of nuclear reactors, M., Energoizdat, 1981, p. 89, fig. 2.8 a).

Конструкции стержневых твэлов и самой активной зоны для реакторов ВВЭР должны обеспечить механическую устойчивость и прочность твэлов, и том числе, в проектных аварийных условиях при высоких температурах и при наличии длительных мощных потоков нейтронов и гамма-излучения. Повреждение твэла влечет за собой радиоактивное загрязнение контура продуктами деления. Нарушение первоначальной геометрической формы твэла может ухудшить условия теплоотдачи от твэла к теплоносителю. Поэтому при разработке конструкции активной зоны необходимо учитывать положительное влияние увеличения отношения теплопередающей поверхности твэла к активному объему, занимаемому ядерным топливом.The design of the rod fuel rods and the core for VVER reactors should provide mechanical stability and durability of the fuel rods, including in design emergency conditions at high temperatures and in the presence of long-term powerful fluxes of neutrons and gamma radiation. Damage to a fuel rod entails radioactive contamination of the circuit with fission products. Violation of the initial geometric shape of a fuel element can worsen the conditions of heat transfer from the fuel element to the coolant. Therefore, when developing the design of the active zone, it is necessary to take into account the positive effect of increasing the ratio of the heat transfer surface of the fuel element to the active volume occupied by nuclear fuel.

Известная активная зона водо-водяного энергетического реактора ВВЭР-440 компонуется из 349 (или 313) шестигранных ТВС, набранных из стержневых твэлов (см. И.Я.Емельянов, В.И.Михан, Солонин М.И. и др. Конструирование ядерных реакторов, М., Энергоиздат, 1982, с.61, 76, рис. 3.10а). Активная зона реактора ВВЭР-440 имеет форму, близкую к цилиндру с высотой 2.42 м и эквивалентным диаметром 2.88 м. Общая высота ТВС составляет 3.217 м; между ТВС имеется незначительный водяной зазор (3·10-3 м) Каждая ТВС реактора ВВЭР-440 содержит 126 стержневых твэлов, выполненных с наружным диаметром 9.1·10-3 м и имеющих среднюю линейную тепловую нагрузку на твэл 12.82 кВт/м.The well-known active zone of the VVER-440 pressurized water reactor is composed of 349 (or 313) hexagonal fuel assemblies assembled from rod fuel elements (see I.Ya. Emelyanov, V.I. Mikhan, M. Solonin and others. Design of nuclear Reactors, M., Energoizdat, 1982, p. 61, 76, Fig. 3.10a). The VVER-440 reactor core has a shape close to a cylinder with a height of 2.42 m and an equivalent diameter of 2.88 m. The total height of the fuel assembly is 3.217 m; there is a slight water gap between the fuel assemblies (3 · 10 -3 m) Each fuel assemblies of the VVER-440 reactor contain 126 rod fuel elements made with an outer diameter of 9.1 · 10 -3 m and have an average linear thermal load on the fuel element of 12.82 kW / m.

Такой твэл обеспечивает относительно высокий уровень выгорания топлива в вышеуказанной ТВС и хорошо себя зарекомендовал за время эксплуатации на отечественных и зарубежных АЭС с реакторами ВВЭР-440. Однако, следует отметить, что в случае перегрева оболочек твэлов, возникающего при изменении условий их охлаждения, может произойти разгерметизация и даже разрушение твэлов. Дело в том, что низкая теплопроводность окисного топлива, используемого в реакторах ВВЭР-440, обуславливает его высокую температуру при работе в режимах нормальной эксплуатации, относительно большое количество аккумулированного тепла и, как следствие, при аварии с обесточиванием АЭС и при аварии с потерей теплоносителя это приводит к значительному разогреву оболочек твэлов в первые несколько секунд.Such a fuel rod provides a relatively high level of fuel burnup in the aforementioned fuel assemblies and has proved itself well during operation at domestic and foreign nuclear power plants with VVER-440 reactors. However, it should be noted that in the event of an overheat of the cladding of the fuel rods that occurs when the conditions for their cooling change, depressurization and even destruction of the fuel rods can occur. The fact is that the low thermal conductivity of the oxide fuel used in the VVER-440 reactors causes its high temperature during normal operation, a relatively large amount of accumulated heat and, as a result, in an accident with de-energized nuclear power plants and in an accident with loss of coolant leads to a significant heating of the cladding of the fuel rods in the first few seconds.

Достигаемые при авариях с потерей теплоносителя температуры при использовании штатных ТВС в значительной мере зависят от исходных тепловых линейных нагрузок на твэл. Так, при большой течи первого контура реактора ВВЭР-440, твэлы с максимальной тепловой нагрузкой к пятой секунде имеют расчетную температуру оболочки ~850°С. В то же время в этих же условиях твэлы с нагрузкой, близкой к средней, разогреваются до 550-600°С.The temperatures achieved during accidents with loss of coolant when using standard fuel assemblies are largely dependent on the initial thermal linear loads on the fuel elements. So, with a large leak of the primary circuit of the VVER-440 reactor, fuel elements with a maximum heat load by the fifth second have an estimated sheath temperature of ~ 850 ° C. At the same time, under the same conditions, fuel rods with a load close to average are heated to 550-600 ° C.

Экспериментальные и расчетные исследования показывают, что с точки зрения предотвращения возможности разгерметизации твэлов применительно к авариям с потерей теплоносителя, предельные температуры оболочек не должны превышать уровень (700-750)°С. Следовательно, если в активной зоне реактора ВВЭР-440 снизить максимальные тепловые нагрузки до уровня средних, то возможный разогрев оболочек не превысил бы вышеупомянутого предельного уровня температур. Это принципиально решает проблему возможной разгерметизации твэлов на начальном этапе аварии с потерей теплоносителя. Кроме того, данная проблема относительно высокой температуры топлива в номинальном режиме усугубляется при повышении глубины выгорания топлива, когда работоспособность твэлов даже в нормальных условиях эксплуатации близка к предельно допустимой.Experimental and computational studies show that from the point of view of preventing the possibility of depressurization of fuel rods in relation to accidents with loss of coolant, the limiting temperatures of the shells should not exceed the level of (700-750) ° С. Therefore, if in the core of the VVER-440 reactor the maximum thermal loads were reduced to the average level, then the possible heating of the shells would not exceed the aforementioned temperature limit. This fundamentally solves the problem of possible depressurization of fuel rods at the initial stage of an accident with loss of coolant. In addition, this problem of relatively high fuel temperature in the nominal mode is compounded by an increase in the fuel burnup depth, when the fuel rod performance is even close to the maximum permissible even under normal operating conditions.

Из вышеизложенного следует, что для повышения уровня безопасности действующих и вновь проектируемых АЭС с ВВЭР-440 необходимо разработать активную зону со стержневыми твэлами контейнерной конструкции уменьшенного диаметра (при условии сохранения мощности реактора и близкого к штатной активной зоне водоуранового отношения топливной решетки), которые позволят принципиально решить проблему возможной разгерметизации твэлов на начальном этапе аварии с потерей теплоносителя. Кроме того, при разработке модернизированной активной зоны реактора ВВЭР-440 необходимо осуществить выбор основных параметров из условия максимального сохранения конструкции активной зоны и ядерной энергоустановки, а также обеспечения нейтронно-физических и теплогидравлических характеристик, близких к штатным характеристикам активной зоны реактора ВВЭР-440, так как задачей настоящего изобретения не является разработка нового реактора.It follows from the foregoing that in order to increase the safety level of operating and newly designed NPPs with VVER-440, it is necessary to develop an active zone with rod fuel rods of a container structure of reduced diameter (provided that the reactor power is kept close to the regular active zone of the water-uranium ratio of the fuel grate), which will allow solve the problem of possible depressurization of fuel rods at the initial stage of an accident with loss of coolant. In addition, when developing a modernized core of the VVER-440 reactor, it is necessary to select the main parameters from the condition of maximally preserving the design of the core and the nuclear power plant, as well as providing neutron-physical and thermal hydraulic characteristics close to the standard characteristics of the core of the VVER-440 reactor, as an object of the present invention, it is not the development of a new reactor.

Такой подход вызывает определенные ограничения, накладываемые на выбор основных параметров модернизированной активной зоны, которые сводятся к следующему:This approach causes certain restrictions imposed on the selection of the main parameters of the modernized core, which boil down to the following:

- шаг (147+/-0.3 мм) между осями ТВС и высота модернизированной активной зоны должны быть такими же, как и в штатной конструкции активной зоны реактора ВВЭР-440;- the step (147 +/- 0.3 mm) between the axes of the fuel assembly and the height of the upgraded core should be the same as in the standard design of the core of the VVER-440 reactor;

- размер "под ключ" (145·10-3 м) и высота ТВС модернизированной активной зоны должны быть такими же, как и в штатной конструкции ТВС ВВЭР-440;- the turnkey size (145 · 10 -3 m) and the height of the fuel assemblies of the upgraded core should be the same as in the standard design of the VVER-440 fuel assemblies;

- диаметр твэлов и их количество в ТВС модернизированной активной зоны должны обеспечивать снижение линейных тепловых нагрузок в твэлах модернизированной активной зоны;- the diameter of the fuel rods and their number in the fuel assemblies of the modernized core should provide a decrease in linear thermal loads in the fuel rods of the modernized core;

- уменьшение загрузки топлива в ТВС модернизированной активной зоны по сравнению со штатной конструкцией ТВС реактора ВВЭР-440 не должна превышать 10%;- the decrease in fuel loading in the fuel assemblies of the modernized core compared to the standard design of the fuel assemblies of the VVER-440 reactor should not exceed 10%;

- увеличение гидравлических потерь на трение в модернизированной активной зоне по сравнению со штатной конструкцией активной зоны не должно превышать имеющихся запасов по напору главного циркуляционного насоса (ГЦН) реактора ВВЭР-440;- the increase in hydraulic friction losses in the modernized core compared with the standard core design should not exceed the available reserves for the pressure of the main circulation pump (MCP) of the VVER-440 reactor;

- количество, конструкция и размещение органов СУЗ в модернизированной активной зоне должно быть таким же, как и в штатной активной зоне реактора ВВЭР-440.- the number, design and placement of the CPS in the modernized core should be the same as in the regular core of the VVER-440 reactor.

Для увеличения глубины выгорания ядерного топлива или для повышения безопасности эксплуатации при заданной нагрузке из-за ограничений, связанных с допустимой температурой топлива и теплоотводом, стремятся к увеличению отношения поверхности твэла к его объему, при котором обеспечивается уменьшение теплового потока за счет увеличения поверхности. Понижение удельных тепловых нагрузок на твэлы может достигаться за счет использования твэлов с уменьшенным диаметром, а именно с диаметрами твэлов 6.0·10-3 м и 6.80·10-3 м (см. Бек Е.Г., Горохов В.Ф., Духовенский А.С., Колосовский В.Г., Лунин Г.Л., Панюшкин А.К. и Прошкин А.А. “Совершенствование характеристик топлива реакторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 путем уменьшения диаметра тепловыделяющих элементов”, доклад на конференции “Top Fuel-97”, Манчестер, 1997 г.). Однако так как загрузка топлива в модернизированной ТВС на 3.4% меньше чем у штатной ТВС для реактора ВВЭР-440, то несмотря на то, что в модернизированная ТВС с твэлами диаметром 6.8·10-3 м при исходном обогащении, выбранным равным обогащению штатной ТВС, имеет глубину выгорания топлива на 2.1% больше, чем у штатной ТВС, это не компенсирует полностью потерю в продолжительности работы топливной загрузки по сравнению со штатной ТВС. Поэтому к вышеуказанным ограничениям следует также добавить следующее:To increase the burnup depth of nuclear fuel or to increase operational safety at a given load due to limitations associated with the permissible temperature of the fuel and heat sink, they seek to increase the ratio of the surface of a fuel rod to its volume, which ensures a decrease in heat flux due to an increase in the surface. The reduction of specific thermal loads on the fuel rods can be achieved through the use of fuel rods with a reduced diameter, namely with the diameters of the fuel rods 6.0 · 10 -3 m and 6.80 · 10 -3 m (see Bek E.G., Gorokhov V.F., Dukhovensky A.S., Kolosovsky V.G., Lunin G.L., Panyushkin A.K. and Proshkin A.A. “Improving the fuel characteristics of VVER-440 and VVER-1000 reactors by reducing the diameter of fuel elements”, conference report “Top Fuel-97”, Manchester, 1997). However, since the fuel loading in the upgraded fuel assemblies is 3.4% less than that of the standard fuel assemblies for the VVER-440 reactor, despite the fact that the upgraded fuel assemblies with fuel rods with a diameter of 6.8 × 10 -3 m with the initial enrichment selected equal to the enrichment of the standard fuel assemblies, it has a fuel burn-up depth of 2.1% more than that of a standard fuel assembly, this does not fully compensate for the loss in the duration of the fuel load compared to a standard fuel assembly. Therefore, the following should also be added to the above limitations:

- для обеспечения проектной продолжительности работы топливной загрузки уменьшение загрузки топлива в модернизированной ТВС по сравнению со штатной конструкцией ТВС должно быть скомпенсировано повышением глубины выгорания ядерного топлива.- to ensure the projected duration of the fuel loading, the decrease in fuel loading in the upgraded fuel assemblies in comparison with the standard design of the fuel assemblies should be compensated by an increase in the burnup depth of nuclear fuel.

Наиболее близкой по технической сущности к описываеваемому техническому решению является активная зона водо-водяного энергетического реактора, содержащая тепловыделяющие сборки, набранные из стержневых тепловыделяющих элементов (RU 2126999, G 21 С 1/04, 27.02.99)The closest in technical essence to the described technical solution is the active zone of a pressurized water reactor containing fuel assemblies assembled from rod fuel elements (RU 2126999, G 21 C 1/04, 02.27.99)

Использование таких ТВС в модернизированных активных зонах реактора ВВЭР-440 позволяет за счет снижения тепловых нагрузок твэлов обеспечить возможность расширения диапазона маневрирования мощностью реактора, повысить допустимую глубину выгорания топлива и снизить вероятность разгерметизации твэлов.The use of such fuel assemblies in the modernized active zones of the VVER-440 reactor allows, by reducing the thermal loads of the fuel rods, to expand the maneuvering range of the reactor power, increase the permissible fuel burnup depth and reduce the chance of fuel depressurization.

Однако сравнительная оценка стоимостей штатной ТВС ВВЭР-440 (диаметр твэлов 9.1·10-3 м) и модернизированной ТВС (твэлы уменьшенного диаметра 6.8·10-3 м) показала, что заводская себестоимость модернизированной ТВС для реакторов ВВЭР-440 возросла на 18%, что является одной из причин, почему активные зоны с такими тепловыделяющими элементами не нашли пока практического применения.However, a comparative assessment of the cost of the standard VVER-440 fuel assemblies (diameter of the fuel rods is 9.1 · 10 -3 m) and the upgraded fuel assemblies (reduced fuel rods of 6.8 · 10 -3 m) showed that the factory cost of the upgraded fuel assemblies for VVER-440 reactors increased by 18%, which is one of the reasons why the active zones with such fuel elements have not yet found practical application.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание новых тепловыделяющих сборок водо-водяного энергетическою реактора тепловой мощностью от 1150 до 1700 МВт, обладающих улучшенными характеристиками, в частности повышенной безопасностью и надежностью при эксплуатации вновь проектируемых и действующих реакторов, позволяющими скомпенсировать повышенную себестоимость модернизированной ТВС и получить в целом увеличение экономической эффективности.The objective of the present invention is the development and creation of new fuel assemblies of a pressurized water reactor with a thermal power of 1150 to 1700 MW, which have improved characteristics, in particular, increased safety and reliability in the operation of newly designed and existing reactors, allowing to compensate for the increased cost of the upgraded fuel assemblies and to obtain overall increase in economic efficiency.

В результате решения данной задачи при реализации изобретения могут быть получены новые технические результаты, заключающиеся в снижении тепловых нагрузок тепловыделяющих элементов, уменьшении вероятности разгерметизации оболочек твэлов, снижении неравномерности энерговыделения, расширении диапазона маневрирования мощностью реактора и улучшении характеристик топливоиспользования за счет повышения допустимой глубины выгорания ядерного топлива.As a result of solving this problem, when implementing the invention, new technical results can be obtained, consisting in reducing the thermal loads of the fuel elements, reducing the likelihood of depressurization of the cladding of the fuel rods, reducing the unevenness of energy release, expanding the range of maneuvering of the reactor power and improving fuel consumption by increasing the allowable burnup depth of nuclear fuel .

Данные технические результаты достигаются тем, что в активной зоне водо-водяного энергетического реактора, содержащей тепловыделяющие сборки с гексагональной топливной решеткой, набранные из стержневых тепловыделяющих элементов, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержит от 174 до 216 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.00·10-3 м до 8.00·10-3 м и от 5.94·10-3 м до 6.79·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 0.98 до 2.52 или тепловыделяющая сборка содержит от 132 до 168 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.80·10-3 м до 8.79·10-3 м и от 6.62·10-3 м до 7.47·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.14 до 2.76, причем отношение высоты активной зоны к длине тепловыделяющей сборки составляет от 0.7488 до 0.7897.These technical results are achieved in that in the active zone of a pressurized water reactor containing fuel assemblies with a hexagonal fuel grid, assembled from rod fuel elements, at least one fuel assembly contains from 174 to 216 rod fuel elements having external and internal the diameters of the shell of the fuel element from 7.00 · 10 -3 m to 8.00 · 10 -3 m and from 5.94 · 10 -3 m to 6.79 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 0.98 to 2.52 or the fuel assembly contains from 132 to 168 rod fuel elements having the outer and inner diameters of the shell of the fuel element from 7.80 · 10 -3 m to 8.79 · 10 -3 m and from 6.62 · 10 -3 m to 7.47 · 10 -3 m, respectively and the water – uranium ratio of the fuel grate is selected from 1.14 to 2.76, and the ratio of the height of the core to the length of the fuel assembly is from 0.7488 to 0.7897.

Отличительной особенностью настоящего изобретения является то, что, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержит от 174 до 216 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.00·10-3 м до 8.00·10-3 м и от 5.94·10-3 м до 6.79·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 0.98 до 2.52 или тепловыделяющая сборка содержит от 132 до 168 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.80·10-3 м до 8.79·10-3 м и от 6.62·10-3 м до 7.47·10-3 м, соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1.14 до 2.76, причем отношение высоты активной зоны к длине тепловыделяющей сборки составляет от 0.7488 до 0.7897, что характеризует новую концепцию активной зоны реактора ВВЭР-440, обладающей повышенной работоспособностью, как в нормальных условиях эксплуатации, так и в аварийных режимах и обусловлено следующим. Поскольку описываемая активная зона, как и штатная активная зона реактора ВВЭР-440, компонуется из 349 или 313 шестигранных ТВС, у которых размер "под ключ", высота и конструкция каркаса, с помощью которого обеспечивается крепление пучка стержневых твэлов в ТВС, аналогичны штатной ТВС реактора ВВЭР-440, а пучок содержит от 174 до 216 стержневых твэлов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки твэла от 7.00·10-3 м до 8.00·10-3 м и от 5.94·10-3 м до 6.79·10-3 м, соответственно, причем водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 0.98 до 2.52, или от 132 до 168 стержневых твэлов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки твэла от 7.8·10-3 м до 8.79·10-3 м и от 6.62·10-3 м до 7.47·10-3 м, соответственно, причем водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1.14 до 2.76, причем отношение высоты активной зоны к длине тепловыделяющей сборки составляет от 0.7488 до 0.7897, то средняя линейная тепловая нагрузка на твэлы модернизированной активной зоны уменьшается в 1.33-1.76 раза, при сохранении номинальной мощности реактора и обеспечении нейтронно-физических и теплогидравлических характеристик, близких к штатным характеристикам реактора ВВЭР-440. Или, как показывают расчеты, можно повысить тепловую мощность активной зоны, при условии сохранения требуемой безопасности эксплуатации реактора, на величину до 3.6%, что необходимо для компенсации повышенной стоимости модернизированных ТВС.A distinctive feature of the present invention is that at least one fuel assembly contains from 174 to 216 rod fuel elements having outer and inner diameters of the shell of the fuel element from 7.00 · 10 -3 m to 8.00 · 10 -3 m and from 5.94 · 10 -3 m to 6.79 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 0.98 to 2.52 or the fuel assembly contains from 132 to 168 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 7.80 · 10 - 3 m to 8.79 · 10 -3 m and from 6.62 · 10 -3 m to 7.47 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel lattice is selected from 1.14 to 2.76, and the ratio of the height of the core to the length of the fuel assembly is from 0.7488 to 0.7897, which characterizes the new concept of the VVER-440 reactor core, which has increased working capacity both under normal operating conditions and in emergency conditions and is due to the following. Since the described active zone, as well as the regular core of the VVER-440 reactor, is composed of 349 or 313 hexagonal fuel assemblies, which have a “turnkey” size, the height and structure of the frame, with which the beam bundle is secured to the fuel assemblies, are similar to the standard fuel assemblies the VVER-440 reactor, and the bundle contains from 174 to 216 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the cladding of a fuel element from 7.00 · 10 -3 m to 8.00 · 10 -3 m and from 5.94 · 10 -3 m to 6.79 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 0.98 to 2.52, or from 132 to 168 st rods having outer and inner diameters of the cladding of a fuel rod from 7.8 · 10 -3 m to 8.79 · 10 -3 m and from 6.62 · 10 -3 m to 7.47 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel lattice is selected from 1.14 to 2.76, and the ratio of the height of the active zone to the length of the fuel assembly is from 0.7488 to 0.7897, the average linear thermal load on the fuel rods of the modernized core decreases by 1.33-1.76 times, while maintaining the rated power of the reactor and providing neutron-physical and thermohydraulic characteristics close to regular ha VVER-440 reactor specifications. Or, as calculations show, it is possible to increase the thermal power of the core, provided that the required safety of the reactor is maintained, by up to 3.6%, which is necessary to compensate for the increased cost of upgraded fuel assemblies.

Следует отметить, что целесообразно, чтобы, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержала от 180 до 210 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.00·10-3 м до 7.90·10-3 м и от 5.94·10-3 м до 6.70·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки было выбрано от 1.07 до 2.40 или чтобы тепловыделяющая сборка содержала от 138 до 162 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.9·10-3 м до 8.7·10-3 м и от 6.70·10-3 м до 7.38·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки было выбрано от 1.24 до 2.49.It should be noted that it is advisable that at least one fuel assembly contains from 180 to 210 rod fuel elements having the outer and inner diameters of the shell of the fuel element from 7.00 · 10 -3 m to 7.90 · 10 -3 m and from 5.94 · 10 -3 m to 6.70 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grate was selected from 1.07 to 2.40 or so that the fuel assembly contained 138 to 162 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 7.9 · 10 -3 m to 8.7 · 10 -3 m and from 6.70 · 10 -3 m to 7.38 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grate was chosen from 1.24 to 2.49.

Также целесообразно чтобы, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержала от 186 до 204 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.10·10-3 м до 7.80·10-3 м и от 6.02·10-3 м до 6.62·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки было выбрано от 1.17 до 2.18 или тепловыделяющая сборка содержала от 144 до 156 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 8.00·10-3 м до 8.6·10-3 м и от 6.79·10-3 м до 7.30·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки было выбрано от 1.35 до 2.24.It is also advisable that at least one fuel assembly contains from 186 to 204 rod fuel elements having outer and inner diameters of the shell of the fuel element from 7.10 · 10 -3 m to 7.80 · 10 -3 m and from 6.02 · 10 -3 m up to 6.62 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grate was selected from 1.17 to 2.18 or the fuel assembly contained from 144 to 156 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 8.00 · 10 -3 m to 8.6 · 10 -3 m and from 6.79 · 10 -3 m to 7.30 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grate was selected from 1.35 to 2.24.

Кроме того, целесообразно чтобы, но крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержала от 192 до 198 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.20·10-3 м до 7.70·10-3 м и от 6.11·10-3 м до 6.53·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки было выбрано от 1.28 до 1.98 или тепловыделяющая сборка содержала 144 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 8.10·10-3 м до 8.5·10-3 м и от 6.87·10-3 м до 7.21·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки было выбрано от 1.53 до 2.15.In addition, it is advisable that, but at least one fuel assembly contains from 192 to 198 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 7.20 · 10 -3 m to 7.70 · 10 -3 m and from 6.11 · 10 - 3 m to 6.53 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grate was selected from 1.28 to 1.98 or the fuel assembly contained 144 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 8.10 · 10 -3 m to 8.5 · 10 -3 m and from 6.87 · 10 -3 m to 7.21 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grate was chosen from 1.53 to 2.15.

Наиболее целесообразно чтобы, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержала 174 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.6·10-3 м до 8.00·10-3 м и от 6.45·10-3 м до 6.79·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки было выбрано от 1.20 до 1.89 или тепловыделяющая сборка содержала 132 стержневых тепловыделяющих элемента, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 8.40·10-3 м до 8.79·10-3 м и от 7.13·10-3 м до 7.46·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение топливной решетки было выбрано от 1.43 до 2.16.It is most advisable that at least one fuel assembly contains 174 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 7.6 · 10 -3 m to 8.00 · 10 -3 m and from 6.45 · 10 -3 m to 6.79 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grate was selected from 1.20 to 1.89 or the fuel assembly contained 132 rod fuel elements having outer and inner diameters of the fuel element shell from 8.40 · 10 -3 m to 8.79 · 10 -3 m and from 7.13 · 10 -3 m to 7.46 · 10 -3 m, corresponding of course, and the water – uranium ratio of the fuel grate was chosen from 1.43 to 2.16.

Не менее целесообразно чтобы, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержала 180 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 7.5·10-3 м до 7.90·10-3 м и от 6.36·10-3 м до 6.70·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение было выбрано от 1.24 до 1.89 или тепловыделяющая сборка содержала 138 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметры оболочки тепловыделяющего элемента от 8.30·10-3 м до 8.7·10-3 м и от 7.04·10-3 м до 7.38·10-3 м, соответственно, а водоурановое отношение было выбрано от 1.44 до 2.10.It is equally advisable that at least one fuel assembly contains 180 rod fuel elements having outer and inner diameters of the shell of the fuel element from 7.5 · 10 -3 m to 7.90 · 10 -3 m and from 6.36 · 10 -3 m to 6.70 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio was selected from 1.24 to 1.89 or the fuel assembly contained 138 rod fuel elements having outer and inner diameters of the shell of the fuel element from 8.30 · 10 -3 m to 8.7 · 10 - 3 m and from 7.04 · 10 -3 m to 7.38 · 10 -3 m, respectively, and water The ratio was chosen from 1.44 to 2.10.

Следует подчеркнуть, что только вся совокупность существенных признаков обеспечивает решение поставленной задачи изобретения и получение новых технических результатов. Действительно, как было отмечено ранее, известны твэлы с наружным диаметром оболочки 6.8·10-3 м, но, однако, этого признака недостаточно для решения поставленной задачи. Невыполнение хотя бы одного из существенных признаков, включенных в независимый пункт формулы изобретения, не позволит решить поставленную задачу и обеспечить получение новых технических результатов. Так, например, отсутствие признака, касающегося водоуранового отношения, приводит к нарушению первых трех вышеуказанных условий, т.е. нарушается принцип выбора основных геометрических параметров топливной решетки модернизируемой активной зоны, который должен проводиться из условия сохранения конструкции активной зоны и обеспечения близких к проектным значениям штатной активной зоны основных нейтронно-физических и теплогидравлических характеристик реактора ВВЭР-440.It should be emphasized that only the entire set of essential features provides a solution to the problem of the invention and the receipt of new technical results. Indeed, as noted earlier, fuel rods with an outer cladding diameter of 6.8 · 10 -3 m are known, but, however, this feature is not enough to solve the problem. Failure to fulfill at least one of the essential features included in the independent claim will not allow us to solve the problem and provide new technical results. So, for example, the absence of a sign regarding the water-uranium ratio leads to a violation of the first three of the above conditions, i.e. the principle of choosing the basic geometric parameters of the fuel grid of the modernized core is violated, which should be carried out from the condition of maintaining the design of the core and ensuring the basic neutron-physical and thermal hydraulic characteristics of the VVER-440 reactor close to the design values of the standard core.

Следует также отметить, что для изготовления активной зоны с вышеотмеченными существенными признаками при проектировании модернизированной активной зоны необходимо задаться внешним и внутренним диаметрами оболочки твэла из приведенных диапазонов, а затем посредством несложных расчетов определить водоурановое отношение топливной решетки с учетом вышеизложенных требований. И, если полученное значение водоуранового отношения топливной решетки не будет соответствовать заявляемому диапазону значений, то необходимо внести изменения в задаваемые исходные данные и осуществить перерасчет.It should also be noted that for the manufacture of an active zone with the above-mentioned essential features when designing a modernized active zone, it is necessary to specify the outer and inner diameters of the fuel cladding from the above ranges, and then, using simple calculations, determine the water-uranium ratio of the fuel grate taking into account the above requirements. And, if the obtained value of the water-uranium ratio of the fuel grate does not correspond to the claimed range of values, then it is necessary to make changes to the specified initial data and recalculate.

Перечень фигур чертежейList of drawings

На фиг.1 изображен вариант продольного разреза тепловыделяющей сборки описываемой активной зоны для реактора ВВЭР-440, на фиг.2 приведено поперечное сечение тепловыделяющей сборки описываемой активной зоны для реактора ВВЭР-440, на фиг.3 изображен вариант продольного разреза тепловыделяющего элемента для описываемой активной зоны реактора ВВЭР-440, на фиг.4 представлены кривые, характеризующие изменение максимальной температуры оболочки наиболее энергонапряженного твэла штатной и описываемой активной зоны реактора ВВЭР-440 при аварии с разрывом трубопровода Ду-500, на фиг.5 представлено изменение предела прочности и напряжений в оболочке тепловыделяющего элемента штатной активной зоны реактора ВВЭР-440 в течение аварии с разрывом трубопровода Ду-500, на фиг.6 представлено изменение предела прочности и напряжений в оболочке тепловыделяющего элемента описываемой активной зоны реактора ВВЭР-440 в течение аварии с разрывом трубопровода Ду-500.Figure 1 shows a longitudinal section of a fuel assembly of the described core for a VVER-440 reactor, Figure 2 shows a cross section of a fuel assembly of the described core for a VVER-440 reactor, Figure 3 shows a longitudinal section of a fuel cell for the described active zones of the VVER-440 reactor, Fig. 4 presents curves characterizing the change in the maximum temperature of the cladding of the most energetically charged fuel rod of the standard and described core of the VVER-440 reactor in the event of an accident with by calling the Du-500 pipeline, Fig. 5 shows the change in the tensile strength and stresses in the shell of the fuel element of the VVER-440 reactor core during an accident with a rupture of the Du-500 pipeline, Fig. 6 shows the change in the tensile strength and stresses in the fuel shell element of the described VVER-440 reactor core during an accident with a rupture of the Du-500 pipeline.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Модернизированная активная зона, согласно новой концепции реактора ВВЭР-440, компонуется из 349 или 313 шестигранных тепловыделяющих сборок 1, имеющих одинаковые габаритные размеры (размер "под ключ" и высота). Причем, по крайней мере, одна из 349 или 313 ТВС модернизированной активной зоны имеет следующую конструкцию (см. фиг.1 и фиг.2). Тепловыделяющая сборка 1 заявляемой активной зоны состоит из пучка стержневых твэлов 2, шестигранного корпуса-чехла 3, цилиндрического хвостовика 4, головки 5 и каркаса 6 сборки 1. С помощью последнего обеспечивается крепление твэлов 2 в ТВС. Каркас 6 тепловыделяющей сборки 1 включает в себя гексагональные дистанционирующие решетки (нижнюю 7 несущую решетку, верхнюю 8 и средние 9 направляющие решетки из циркониевого сплава), которые механически связаны между собой центральной трубой 10 из циркониевого сплава. Нижние концы твэлов 2 жестко закреплены в несущей 7 решетке, а верхние концы твэлов 2 имеют возможность продольного перемещения в направляющей 9 решетке при температурных расширениях. Нижняя 7 несущая решетка крепится к цилиндрическому хвостовику 4 сборки, а верхняя 8 направляющая решетка соответственно - к головке 5 сборки. С помощью хвостовика 4 и головки 5 сборка устанавливается в корзине активной зоны (см. фиг.1). В ТВС заявляемой активной зоны модернизированного реактора ВВЭР-440 содержится от 174 до 216 стержневых твэлов с наружным и внутренним диаметрами оболочки твэла, соответственно, от 7.00·10-3 м до 8.00·10-3 м и от 5.94·10-3 м до 6.79·10-3 м, а водоурановое отношение топливной решетки в модернизированной активной зоне выбрано от 0.98 до 2.52 и может изменяться в указанном диапазоне при перегрузках топлива. Или содержится от 132 до 168 стержневых твэлов с наружным и внутренним диаметрами оболочки, соответственно, от 7.8·10-3 м до 8.79·10-3 м и от 6.62·10-3 м до 7.47·10-3 м, а водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.14 до 2.76 и может изменяться в указанном диапазоне при перегрузках топлива. Причем в модернизированной активной зоне отношение высоты активной зоны к длине тепловыделяющей сборки составляет от 0.7488 до 0.7897.The modernized core, according to the new VVER-440 reactor concept, is composed of 349 or 313 hexagonal fuel assemblies 1 having the same overall dimensions (turnkey size and height). Moreover, at least one of the 349 or 313 fuel assemblies of the upgraded core has the following structure (see figure 1 and figure 2). The fuel assembly 1 of the claimed core consists of a bundle of rod fuel rods 2, a hexagonal housing-cover 3, a cylindrical shank 4, a head 5 and a frame 6 of assembly 1. Using the latter, the fuel rods 2 are secured to the fuel assembly. The frame 6 of the fuel assembly 1 includes hexagonal spacing grids (lower 7 supporting grid, upper 8 and middle 9 guiding grids of zirconium alloy), which are mechanically connected to each other by a central tube 10 of zirconium alloy. The lower ends of the fuel rods 2 are rigidly fixed in the carrier 7 lattice, and the upper ends of the fuel rods 2 have the possibility of longitudinal movement in the guide 9 of the lattice during thermal expansions. The lower 7 supporting grid is attached to the cylindrical shank 4 of the assembly, and the upper 8 guide grid, respectively, to the head 5 of the assembly. Using the shank 4 and head 5, the assembly is installed in the core basket (see Fig. 1). The fuel assemblies of the claimed core of the modernized VVER-440 reactor contain from 174 to 216 rod fuel elements with the outer and inner diameters of the cladding of a fuel rod, respectively, from 7.00 · 10 -3 m to 8.00 · 10 -3 m and from 5.94 · 10 -3 m to 6.79 · 10 -3 m, and the water-uranium ratio of the fuel grate in the upgraded core is selected from 0.98 to 2.52 and can vary in the indicated range during fuel overloads. Or they contain from 132 to 168 rod fuel elements with outer and inner shell diameters, respectively, from 7.8 · 10 -3 m to 8.79 · 10 -3 m and from 6.62 · 10 -3 m to 7.47 · 10 -3 m, and the water-uranium ratio the fuel grate is selected from 1.14 to 2.76 and can vary in the indicated range during fuel overloads. Moreover, in the modernized core, the ratio of the height of the core to the length of the fuel assembly is from 0.7488 to 0.7897.

Тепловыделяющий элемент 2 включает топливный сердечник, состоящий из сплошных таблеток 11 или имеющих центральное отверстие 12 (или стерженьков цилиндрической формы), размещенных в оболочке 13, которая является конструкционным несущим элементом и к которой кренятся концевые детали 14 (см. фиг.3). Оболочка 13 в течение эксплуатации подвергается напряжениям за счет расширения и распухания топлива, а также вследствие газовыделения из топлива, особенно в местах, соответствующих границе раздела таблеток 11 (или стерженьков). Устранение данных негативных моментов осуществляется профилированием формы таблеток 11 (или стерженьков), в частности, путем выполнения их торцов вогнутыми или с конической формой боковой поверхности в районе торцов (на чертеже не показано).The fuel element 2 includes a fuel core, consisting of solid tablets 11 or having a central hole 12 (or cylindrical rods) placed in a shell 13, which is a structural bearing element and to which end parts 14 are tilted (see Fig. 3). The shell 13 during operation is subjected to stresses due to expansion and swelling of the fuel, as well as due to gas evolution from the fuel, especially in places corresponding to the interface of tablets 11 (or rods). The elimination of these negative moments is carried out by profiling the shape of the tablets 11 (or rods), in particular, by making their ends concave or with a conical shape of the side surface in the region of the ends (not shown in the drawing).

В качестве материала таблеток 11 наиболее целесообразно использовать спрессованный и спеченный диоксид урана со средней плотностью (10.4·10-3-10.8·10-3) кг/м3, но могут использоваться также окись плутония или тория, нитриды и карбиды урана, а также смеси указанных делящихся материалов.As the material of tablets 11, it is most expedient to use compressed and sintered uranium dioxide with an average density (10.4 · 10 -3 -10.8 · 10 -3 ) kg / m 3 , but plutonium or thorium oxide, uranium nitrides and carbides can also be used, as well as mixtures of said fissile materials.

При выборе толщины оболочки твэла модернизированной активной зоны наиболее целесообразно сохранить отношение толщины оболочки к наружному диаметру описываемого твэла таким же, как и в штатных твэлах реактора ВВЭР-440, что с учетом сохранения величины давления заполнения гелием (0.2-0.7) МПа позволяет гарантировать повышенную устойчивость оболочек твэла модернизированной активной зоны по сравнению со штатной. Кроме того, необходимо также учитывать условие, касающееся того, что радиальный зазор между таблетками 11 топливного сердечника и оболочкой 13 в твэлах, описываемой активной зоны, был не менее 0.05·10-3 м. Это условие обусловлено технологическими трудностями при сборке твэлов.When choosing the thickness of the cladding of a fuel rod of a modernized core, it is most advisable to keep the ratio of cladding thickness to the outer diameter of the described fuel rod the same as in standard VVER-440 fuel rods, which, taking into account the preservation of the filling pressure with helium (0.2-0.7) MPa, can guarantee increased stability cladding of a fuel rod of a modernized core compared to a standard one. In addition, it is also necessary to take into account the condition that the radial clearance between the tablets 11 of the fuel core and the cladding 13 in the fuel rods described in the active zone was not less than 0.05 · 10 -3 m.This condition is due to technological difficulties in the assembly of fuel rods.

Вследствие низкой теплопроводности материала таблеток 11 топливного сердечника, а также с учетом всех вышеприведенных условий. оболочка 14 стержневого твэла описываемой активной зоны для модернизированного реактора ВВЭР-440 должна иметь наружный и внутренний диаметры (7.00·10-3-8.00·10-3) м и (5.94·10-3-6.79·10-3) м, соответственно, для пучка из (174-216) твэлов или oт (7.8·10-3-8.79·10-3) м и (6.62·10-3-7.47·10-3) м, соответственно, для пучка из (132-168). Дело в том, что из первых трех вышеуказанных условий следует, что относительный шаг между твэлами должен обеспечить водо-урановое отношение топливной решетки для модернизированной активной зоны, близкое к водоурановому отношению топливных решеток, действующих ВВЭР-440. Принимая во внимание все вышеуказанные условия, а также результаты нейтронно-физических, теплогидравлических, термомеханических расчетов и, прежде всего, результаты анализов аварий ВВЭР-440 с течами теплоносителя из первого контура, были определены границы диапазонов основных характеристик описываемой активной зоны для модернизированного реактора ВВЭР-440. Так, для ТВС, содержащей oт 174 до 216 стержневых твэлов:Due to the low thermal conductivity of the material of the tablets 11 of the fuel core, as well as taking into account all the above conditions. the cladding 14 of the core rod of the described core for the modernized VVER-440 reactor should have outer and inner diameters (7.00 · 10 -3 -8.00 · 10 -3 ) m and (5.94 · 10 -3 -6.79 · 10 -3 ) m, respectively , for a bundle of (174-216) fuel rods or from (7.8 · 10 -3 -8.79 · 10 -3 ) m and (6.62 · 10 -3 -7.47 · 10 -3 ) m, respectively, for a bundle of (132- 168). The fact is that from the first three of the above conditions it follows that the relative step between the fuel rods should provide the water-uranium ratio of the fuel grate for the modernized core, close to the water-uranium ratio of the fuel gratings operating VVER-440. Taking into account all the above conditions, as well as the results of neutron-physical, thermohydraulic, thermomechanical calculations and, first of all, the results of analyzes of VVER-440 accidents with coolant leaks from the primary circuit, the boundaries of the ranges of the main characteristics of the described active zone for the modernized VVER-reactor were determined 440. So, for fuel assemblies containing from 174 to 216 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки твэла выбран oт 7.00·10-3 м до 8.00·10-3 м,- the outer diameter of the cladding of the fuel rod is selected from 7.00 · 10 -3 m to 8.00 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки твэла выбран от 5.94·10-3 м до 6.79·10-3 м,- the inner diameter of the cladding of the fuel rod is selected from 5.94 · 10 -3 m to 6.79 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 0.98 до 2.52, а для ТВС, содержащей от 132 до 168 стержневых твэлов:- the water-uranium ratio of the fuel grate is selected from 0.98 to 2.52, and for fuel assemblies containing from 132 to 168 rod fuel rods:

- наружный диаметр оболочки твэла выбран от 7.80·10-3 м до 8.79·10-3,- the outer diameter of the cladding of the fuel rod is selected from 7.80 · 10 -3 m to 8.79 · 10 -3 ,

- внутренний диаметр оболочки твэла выбран от 6.62·10-3 м до 7.47·10-3 м,- the inner diameter of the cladding of the fuel rod is selected from 6.62 · 10 -3 m to 7.47 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.14 до 2.76,- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.14 to 2.76,

причем, отношение высоты активной зоны к длине тепловыделяющей сборки составляет от 0.7488 до 0.7897.moreover, the ratio of the height of the active zone to the length of the fuel assembly is from 0.7488 to 0.7897.

Следует отметить, что, как показали расчеты, для заявляемой активной зоны, в которой установлены ТВС с твэлами, имеющими диаметр наружной оболочки 7.00·10-3 м, средняя линейная мощность у такого твэла будет (7.36-7.54) кВт/м, а средняя удельная мощность на единицу греющей поверхности будет (334.6-343.0) кВт/м2, причем запас до кризиса кипения (DNBR) в ТВС с максимальной мощностью будет равен ~4.5.It should be noted that, as calculations have shown, for the claimed core in which fuel assemblies are installed with fuel rods having an outer cladding diameter of 7.00 · 10 -3 m, the average linear power of such a fuel element will be (7.36-7.54) kW / m, and the average the specific power per heating surface unit will be (334.6-343.0) kW / m 2 , and the margin before the boiling crisis (DNBR) in a fuel assembly with a maximum power will be ~ 4.5.

Выполнение твэла описываемой активной зоны (ТВС с пучком твэлов от 174 до 216 шт.) наружным диаметром менее 7.00·10-3 м, например 6.90·10-3 м, и, соответственно, выполнение твэла с внутренним диаметром оболочки не более 5.93·10-3 м и несоблюдение указанных выше диапазонов водоуранового отношения топливной решетки (0.98-2.52) и отношения высоты активной зоны к длине ТВС (0.7488-0.7897) приводит к невыполнению условия, касающегося обеспечения проектной продолжительности работы топливной загрузки в связи с уменьшением загрузки топлива в модернизированной ТВС, по сравнению со штатной конструкцией ТВС ВВЭР-440 (которое должно быть скомпенсировано повышением глубины выгорания в модернизированной ТВС по отношению к штатной ТВС), а выполнение твэла наружным диаметром более 8.00·10-3 м (например, 8.10·10-3 м) и, соответственно, выполнение твэла с внутренним диаметром оболочки не менее 6.80·10-3 м приводит к невыполнению условия, касающегося возможного увеличения гидравлических потерь на трение в модернизированной ТВС реактора ВВЭР-440 по сравнению со штатной конструкцией ТВС ВВЭР-440 (превышение значения относительного напора ГЦН более 19%). Выполнение же твэла описываемой активной зоны (ТВС с пучком твэлов от 132 до 168 шт.) наружным диаметром менее 7.80·10-3 м, например 7.70·10-3 м, и, соответственно, выполнение твэла с внутренним диаметром оболочки не более 6.61·10-3 м и несоблюдение указанных выше диапазонов водоуранового отношения топливной решетки (1.14-2.76) и отношения высоты активной зоны к длине ТВС (0.7488-0.7897) тоже к невыполнению условия, касающегося обеспечения проектной продолжительности работы топливной загрузки в связи с уменьшением удельной загрузки топлива в модернизированной ТВС, по сравнению возможности изменения относительной загрузки топлива в модернизированной ТВС реактора ВВЭР-440 по сравнению со штатной конструкцией ТВС ВВЭР-440 (которое должно быть скомпенсировано повышением глубины выгорания в модернизированной ТВС по отношению к штатной ТВС), а выполнение твэла наружным диаметром более 8.79·10-3 м (например, 8.90·10-3 м) и, cooответственно, выполнение твэла с внутренним диаметром оболочки не менее 7.48·10-3 м приводит к невыполнению условия, касающегося возможного увеличения гидравлических потерь на трение в модернизированной ТВС реактора ВВЭР-440 по сравнению со штатной конструкцией ТВС ВВЭР-440 (превышение значения относительного напора ГЦН более 10%).The implementation of the fuel rod of the described active zone (fuel assemblies with a bundle of fuel rods from 174 to 216 units) with an outer diameter of less than 7.00 · 10 -3 m, for example 6.90 · 10 -3 m, and, accordingly, the execution of a fuel rod with an internal diameter of no more than 5.93 · 10 -3 m and non-compliance with the above ranges of the water-fuel ratio of the fuel grate (0.98-2.52) and the ratio of the height of the active zone to the length of the fuel assembly (0.7488-0.7897) leads to failure to meet the conditions for ensuring the design duration of the fuel load due to a decrease in fuel load in the modernized TVS, Wed Avoiding the standard design of the VVER-440 fuel assemblies (which should be compensated by increasing the burnup depth in the upgraded fuel assemblies with respect to the standard fuel assemblies), and making fuel rods with an outer diameter of more than 8.00 · 10 -3 m (for example, 8.10 · 10 -3 m) and, accordingly, the performance of a fuel rod with an inner diameter of at least 6.80 · 10 -3 m leads to non-fulfillment of the condition regarding a possible increase in hydraulic friction losses in the modernized fuel assemblies of the VVER-440 reactor compared to the standard design of the VVER-440 fuel assemblies (exceeding the value relative to more than 19% of the pressure of the MCP). The implementation of the fuel rod of the described active zone (fuel assemblies with a bunch of fuel rods from 132 to 168 units) with an outer diameter of less than 7.80 · 10 -3 m, for example 7.70 · 10 -3 m, and, accordingly, the execution of a fuel rod with an internal diameter of not more than 6.61 10 -3 m and non-compliance with the above ranges of the water-oranium ratio of the fuel grate (1.14-2.76) and the ratio of the height of the active zone to the length of the fuel assembly (0.7488-0.7897) also does not fulfill the condition for ensuring the design duration of the fuel load due to a decrease in the specific fuel load in modernized T C, in comparison with the possibility of changing the relative fuel loading in the upgraded fuel assemblies of the VVER-440 reactor compared to the standard design of the WWER-440 fuel assemblies (which should be offset by an increase in the burnup depth in the upgraded fuel assemblies in relation to the standard fuel assemblies), and the execution of a fuel rod with an outer diameter of more than 8.79 · 10 -3 m (e.g., 8.90 · 10 -3 m) and coootvetstvenno, performance of the fuel element casing with an inner diameter of at least 7.48 · 10 -3 m leads to default conditions relating to the possible increase of hydraulic friction losses in vogue saltatory VVER-440 in comparison with the standard design VVER-440 (exceeding the value of the relative pressure of more than 10% MCP).

Следует отметить, что первые четыре вышеуказанных условия позволяют уточнить предпочтительные границы диапазонов основных характеристик описываемого твэла для модернизированной активной зоны реактора ВВЭР-440. Так для тепловыделяющей сборки, содержащей от 180 до 210 стержневых твэлов:It should be noted that the first four of the above conditions allow us to clarify the preferred boundaries of the ranges of the main characteristics of the described fuel element for the modernized core of the VVER-440 reactor. So for a fuel assembly containing from 180 to 210 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 7.00·10-3 м до 7.90·10-3 м,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 7.00 · 10 -3 m to 7.90 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 5.94·10-3 м до 6.70·10-3 м,- the inner diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 5.94 · 10 -3 m to 6.70 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.07 до 2.40,- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.07 to 2.40,

а для тепловыделяющей сборки, содержащей от 138 до 162 стержневых твэлов:and for a fuel assembly containing from 138 to 162 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран oт 7.90·10-3 м до 8.70·10-3 м,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 7.90 · 10 -3 m to 8.70 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 6.70·10-3 м до 7.38·10-3 м,- the inner diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 6.70 · 10 -3 m to 7.38 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.24 до 2.49.- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.24 to 2.49.

Для тепловыделяющей сборки, содержащей от 186 до 204 стержневых твэлов:For a fuel assembly containing from 186 to 204 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 7.10·10-3 м до 7.80·10-3 м,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 7.10 · 10 -3 m to 7.80 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки стержневого твэла выбран oт 6.02·10-3 м до 6.62·10-3,- the inner diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 6.02 · 10 -3 m to 6.62 · 10 -3 ,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.17 до 2.18,- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.17 to 2.18,

а для тепловыделяющей сборки, содержащей от 144 до 156 стержневых твэлов:and for a fuel assembly containing from 144 to 156 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран oт 8.00·10-3 м до 8.60·10-3 м,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 8.00 · 10 -3 m to 8.60 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки стержневою твэла выбран от 6.79·10-3 м до 7.30·10-3 м,- the inner diameter of the shell of the rod fuel rod is selected from 6.79 · 10 -3 m to 7.30 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.35 до 2.24.- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.35 to 2.24.

Для тепловыделяющей сборки, содержащей от 192 до 198 стержневых твэлов:For a fuel assembly containing from 192 to 198 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 7.20·10-3 м до 7.70·10-3 м,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 7.20 · 10 -3 m to 7.70 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки стержневого твэла выбран oт 6.11·10-3 м до 6.53·10-3 м,- the inner diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 6.11 · 10 -3 m to 6.53 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.28 до 1.98, а для тепловыделяющей сборки, содержащей 144 стержневых твэлов:- the water-uranium ratio of the fuel grate is selected from 1.28 to 1.98, and for a fuel assembly containing 144 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 8.10·10-3 м до 8.50·10-3 м,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 8.10 · 10 -3 m to 8.50 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 6.87·10-3 м до 7.21·10-3 м,- the inner diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 6.87 · 10 -3 m to 7.21 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано oт 1.53 до 2.15.- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.53 to 2.15.

Кроме того, из первых двух и последних двух вышеуказанных условий следует, что для модернизированной активной зоны реактора ВВЭР-440 наиболее целесообразным является выполнение тепловыделяющих сборок со следующими характеристиками.In addition, from the first two and last two of the above conditions it follows that for the modernized core of the VVER-440 reactor, the most appropriate is the implementation of fuel assemblies with the following characteristics.

Так для тепловыделяющей сборки, содержащей 174 стержневых твэла:So for a fuel assembly containing 174 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 7.60·10-3 м до 8.00·10-3 м,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 7.60 · 10 -3 m to 8.00 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки стержневого твэла выбран oт 6.45·10-3 м до 6.79·10-3 м,- the inner diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 6.45 · 10 -3 m to 6.79 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.20 до 1.89,- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.20 to 1.89,

- а для тепловыделяющей сборки, содержащей 132 стержневых твэлов:- and for a fuel assembly containing 132 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран oт 8.40·10-3 м до 8.79·10-3 м,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 8.40 · 10 -3 m to 8.79 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 7.13·10-3 м дo7.46·10-3,- the inner diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 7.13 · 10 -3 m to7.46 · 10 -3 ,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано oт 1.43 до 2.16.- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.43 to 2.16.

Для тепловыделяющей сборки, содержащей 180 стержневых твэлов:For a fuel assembly containing 180 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 7.50·10-3 м до 7.90·10-3 м,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 7.50 · 10 -3 m to 7.90 · 10 -3 m,

- внутренний диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 6.36·10-3 м до 6.70·10-3 м,- the inner diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 6.36 · 10 -3 m to 6.70 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано от 1.24 до 1.89,- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.24 to 1.89,

а для тепловыделяющей сборки, содержащей 138 стержневых твэлов:and for a fuel assembly containing 138 rod fuel elements:

- наружный диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 8.30·10-3 до 8.70·10-3,- the outer diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 8.30 · 10 -3 to 8.70 · 10 -3 ,

- внутренний диаметр оболочки стержневого твэла выбран от 7.04·10-3 м до 7.38·10-3 м,- the inner diameter of the shell of the core fuel rod is selected from 7.04 · 10 -3 m to 7.38 · 10 -3 m,

- водоурановое отношение топливной решетки выбрано oт 1.44 до 2.10.- water-fuel ratio of the fuel grid is selected from 1.44 to 2.10.

Анализ работоспособности и термомеханического состояния твэлов позволил уточнить некоторые основные конструкционные параметры твэлов описываемой активной зоны. Как показали расчетные исследования, значительное снижение тепловой нагрузки на твэл позволяет отказаться от ставшей традиционной для реакторов ВВЭР и не нашедшей применения в зарубежных реакторах PWR конструкции топливной таблетки с центральным отверстием. Такое решение обусловлено, с одной стороны, относительно небольшим снижением температуры топлива за счет центрального отверстия при пониженных тепловых нагрузках на твэл и увеличившимся запасом надежности по отношению к плавлению топлива, а с другой, - возможными технологическими трудностями при изготовлении таблеток с центральными отверстиями менее 1.5·10-3 м.The analysis of the operability and thermomechanical state of the fuel rods made it possible to clarify some basic structural parameters of the fuel rods of the described active zone. As shown by computational studies, a significant reduction in the thermal load on the fuel rods allows us to abandon the design of a fuel pellet with a central hole that has become traditional for VVER reactors and has not found application in foreign PWR reactors. This solution is due, on the one hand, to a relatively small decrease in fuel temperature due to the central hole with reduced thermal loads on the fuel elements and an increased safety margin in relation to fuel melting, and, on the other hand, to possible technological difficulties in the manufacture of tablets with central holes less than 1.5 10 -3 m.

Теплоноситель - вода в активной зоне движется снизу вверх, что, в частности, обеспечивает охлаждение ТВС в режиме естественной циркуляции. Корпус-чехол 3, внутри которого размещаются твэлы 2, связывает в единое целое все части ТВС и обеспечивает необходимое направление движения потока теплоносителя внутри TBC между отдельными твэлами 2 в сборке и между ТВС в активной зоне реактора. Корпус-чехол 3 сборки разгружен от внутреннего давления, возникающего при протекании теплоносителя через активную зону. Для получения одинаковой температуры теплоносителя на выходе из ТВС расход теплоносителя по сборкам может быть профилирован в соответствии с распределением тепловыделения по радиусу реактора посредством установки дроссельных шайб на входе в ТВС (на чертеже не показаны). Нагретая в активной зоне вода направляется в парогенераторы, где передает свое тепло воде второго контура, а затем возвращается в активную зону.Heat carrier - water in the active zone moves from bottom to top, which, in particular, provides cooling of fuel assemblies in the natural circulation mode. The case-cover 3, inside which the fuel rods 2 are placed, integrates all parts of the fuel assemblies into a single unit and provides the necessary direction of flow of the coolant flow inside the TBC between the individual fuel rods 2 in the assembly and between the fuel assemblies in the reactor core. The housing-cover 3 of the assembly is unloaded from the internal pressure that occurs when the coolant flows through the active zone. To obtain the same temperature of the coolant at the outlet of the fuel assembly, the flow rate of the coolant in the assemblies can be profiled in accordance with the distribution of heat generation along the radius of the reactor by installing throttle washers at the inlet of the fuel assembly (not shown). Water heated in the core is sent to the steam generators, where it transfers its heat to the water of the second circuit, and then returns to the core.

Технология изготовления описываемых конструкций тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок производится на известном штатном оборудовании и не имеет отличий от аналогичных устройств.The manufacturing technology of the described designs of fuel elements and fuel assemblies is made on the well-known standard equipment and has no differences from similar devices.

На фиг.4, в качестве примера, представлены кривые, характеризующие изменение при максимальной проектной аварии (МПА) температуры оболочек твэлов с максимальной нагрузкой для штатной (наружный диаметр оболочки штатного твэла 9.10·10-3 м) и модернизированной (наружный диаметр оболочки твэла описываемой ТВС 7.00·10-3 м) активных зон реактора ВВЭР-440. Из анализа состояния твэлов в указанном режиме видно, что твэл в описываемой ТВС обладает значительно более низкой максимальной температурой оболочки. Так, для "горячего" твэла (твэл с максимальной линейной тепловой нагрузкой) снижение максимальной температуры составляет 278°С, а для твэлов со средней нагрузкой 150°С. Такие величины снижения температуры оболочки твэлов принципиальным образом изменяют уровень работоспособности твэлов и прогнозируемую степень безопасности ВВЭР-440. В первую очередь, это связано с сильной зависимостью механических свойств материала оболочки от температуры в области Т>550°С, а также интенсивно возрастающим вкладом тепла пароциркониевой реакции и развитие аварийной ситуации при температурах T>700°С. Полому переход к модернизированной зоне и, соответственно, снижение максимальной температуры при МПА с 900°С до уровня ниже 600°С в значительной степени исключает влияние тепла пароциркониевой реакции на изменение свойств материала и геометрических размеров оболочек твэлов.Figure 4, as an example, presents curves characterizing the change at the maximum design basis accident (MPA) of the cladding temperature of the fuel rods with a maximum load for the standard (outer cladding diameter of the standard clutch 9.10 · 10 -3 m) and upgraded (outer cladding diameter described Fuel assembly 7.00 · 10 -3 m) of the active zones of the VVER-440 reactor. An analysis of the state of the fuel elements in this mode shows that the fuel element in the described fuel assembly has a significantly lower maximum clad temperature. So, for a "hot" fuel element (fuel element with a maximum linear thermal load), the decrease in maximum temperature is 278 ° C, and for a fuel element with an average load of 150 ° C. Such values of decreasing the temperature of the cladding of fuel rods fundamentally change the level of operability of the fuel rods and the predicted degree of safety of VVER-440. First of all, this is due to the strong dependence of the mechanical properties of the shell material on temperature in the region of T> 550 ° C, as well as the rapidly increasing contribution of the heat of the steam-zirconium reaction and the development of an emergency at temperatures T> 700 ° C. The transition to the modernized zone and, consequently, a decrease in the maximum temperature at MPA from 900 ° C to a level below 600 ° C largely excludes the influence of the heat of the steam-zirconium reaction on the change in the material properties and the geometric dimensions of the cladding of fuel rods.

Следует также отметить, что твэлы описываемой ТВС модернизированной активной зоны реактора ВВЭР-440, вследствие снижения удельных тепловых нагрузок, имеют значительно более низкие температуры топлива и обладают повышенной работоспособностью из-за уменьшения воздействия на оболочку твэла давления газообразных продуктов деления. Пониженный выход их в твэлах модернизированной активной зоны приводит также к меньшему коррозионному воздействию на оболочку со стороны топлива. Это дает основания полагать (расчетное обоснование), что в твэлах описываемой ТВС модернизированной активной зоны реактора ВВЭР-440 реально достижение среднего выгорания топлива (55-60) МВт·сут/кг.It should also be noted that the fuel rods of the described fuel assemblies of the modernized VVER-440 reactor, due to the reduction of specific heat loads, have significantly lower fuel temperatures and have increased performance due to the reduced impact on the cladding of the fuel rod of the pressure of gaseous fission products. Their reduced output in the fuel rods of the upgraded core also leads to less corrosion on the fuel side of the cladding. This gives reason to believe (calculated justification) that in the fuel rods of the fuel assemblies of the modernized VVER-440 reactor, the average burnup of fuel (55-60) MW · day / kg is real.

Работоспособность твэлов в переходных режимах работы, связанных с требуемым маневрированием мощностью, обуславливается многими факторами: уровнем тепловых нагрузок, предысторией работы, скоростью и величиной изменения мощности, коррозионным воздействием на оболочку со стороны топливного сердечника и др. Для избежания разгерметизации твэлов в маневренных режимах вводятся ограничения по скорости и диапазону подъема мощности штатного реактора, что приводит к экономическим потерям. Значения допустимой "ступеньки" подъема мощности наиболее резко снижаются с увеличением как выгорания топлива, так и исходной линейной нагрузки. Поэтому снижение линейных тепловых нагрузок твэлов является одним из самых эффективных путей в решении этой проблемы. Уменьшение максимальных тепловых линейных нагрузок от 40 кВт/м до 23 кВт/м практически дает неограниченные возможности в изменении мощности для модернизированных конструкций ТВС. Средняя линейная нагрузка твэла описываемой ТВС для модернизированной активной зоны реактора ВВЭР-440 с наружным диаметром от 7.00·10-3 м до 8.00·10-3 м составляет (7.36-7.54) кВт/м и (9.46-9.69) кВт/м для твэлов с диаметром оболочки от 7.8·10-3 м до 8.79·10-3 м (для штатного твэла диаметром 9.1·10-3 м средняя линейная нагрузка равна 12.82 кВт/м). Поэтому переход к пониженным тепловым нагрузкам в твэлах описываемой ТВС модернизированной активной зоны реактора ВВЭР-440 принципиально расширяет диапазон маневрирования мощностью реактора.The operability of fuel rods in transient modes of operation associated with the required power maneuvering is determined by many factors: the level of thermal loads, the history of operation, the speed and magnitude of the change in power, the corrosion effect on the cladding from the side of the fuel core, and others. To avoid depressurization of fuel rods in maneuver modes in terms of speed and range of power rise of a standard reactor, which leads to economic losses. Values of the permissible "step" of power increase most sharply decrease with increasing both fuel burnup and the initial linear load. Therefore, reducing the linear thermal loads of fuel rods is one of the most effective ways to solve this problem. Reducing the maximum thermal linear loads from 40 kW / m to 23 kW / m gives virtually unlimited possibilities in changing power for modernized fuel assembly designs. The average linear load of the fuel rod of the described fuel assembly for the modernized core of the VVER-440 reactor with an outer diameter of 7.00 · 10 -3 m to 8.00 · 10 -3 m is (7.36-7.54) kW / m and (9.46-9.69) kW / m for fuel elements with a cladding diameter of 7.8 · 10 -3 m to 8.79 · 10 -3 m (for a standard fuel element with a diameter of 9.1 · 10 -3 m, the average linear load is 12.82 kW / m). Therefore, the transition to reduced thermal loads in the fuel rods of the fuel assemblies of the upgraded VVER-440 reactor core fundamentally expands the range of maneuvering with reactor power.

Следует также отметить, что согласно экономическим расчетам для компенсации повышенной себестоимости модернизированной ТВС достаточно или продление топливного цикла максимум на (25-30) эф.суток, или повышение мощности энергоблока на 3.6%. Оценки потенциальной возможности модернизированной активной зоны показывают, что увеличение продолжительности топливных циклов на 30 эф.суток достигается при реализации схемы перегрузок модернизированных ТВС с более глубоким уменьшением утечки нейтронов, что станет выполнимо на реакторах ВВЭР-440 с учетом рост теплотехнических запасов при переходе на уменьшенный диаметр твэлов. Теплогидравлические расчеты модернизированной активной зоны реактора ВВЭР-440 подтверждают потенциальную возможность увеличения тепловой мощности активной зоны при использовании твэлов уменьшенного диаметра на величину (до 15%) существенно больше требуемой (3.6%) для компенсации повышенной стоимости модернизированной ТВС. Таким образом описанная выше конструкция модернизированной ТВС для реактора ВВЭР-440 позволяет не только скомпенсировать повышенную себестоимость, но и получить увеличение экономической эффективности.It should also be noted that, according to economic calculations, to compensate for the increased cost of a modernized fuel assembly, it is sufficient to either extend the fuel cycle by a maximum of (25-30) day / night, or increase the power unit by 3.6%. Estimates of the potential of the upgraded core show that an increase in the duration of fuel cycles by 30 days per day is achieved by overloading the upgraded fuel assemblies with a deeper decrease in neutron leakage, which will become feasible in VVER-440 reactors, taking into account the increase in heat reserves when switching to a reduced diameter fuel rods. Thermohydraulic calculations of the modernized core of the VVER-440 reactor confirm the potential possibility of increasing the thermal power of the core when using fuel rods of reduced diameter by up to (15%) significantly more than the required (3.6%) to compensate for the increased cost of the upgraded fuel assemblies. Thus, the design of the upgraded fuel assembly for the VVER-440 reactor described above allows not only to compensate for the increased cost, but also to obtain an increase in economic efficiency.

На фиг.5 и фиг.6 показано изменение параметров работоспособности штатного (диаметром 9.1·10-3 м) и соответственно модернизированного (диаметром 7.00·10-3 м) твэла в течение аварии с разрывом трубопровода Ду 500 на входе в реактор. Расчетное значение вероятности разрушения оболочки штатного твэла составляет 0.4, причем динамика изменения вероятности разрушения штатного твэла показана на фиг.5. Следует отметить, что характер механического нагружения оболочки твэла определяется перепадом давления теплоносителя и внутреннего давления в твэле, а также температурным режимом оболочки твэла. При протекании вышеуказанной аварии происходит превышение давления теплоносителя над давлением в твэле при высоком уровне температур оболочки (свыше 800°С), что приводит к отрицательным пластическим деформациям оболочки и, как следствие, к последующему контакту топлива с оболочкой. Вследствие механического взаимодействия топлива и оболочки твэла (в первые 4 секунды) окружные напряжения принимают положительные значения, что приводит к увеличению вероятности разрушения оболочки штатного твэла. Как показали расчеты, для твэлов описываемой активной зоны реактора ВВЭР-440 (см. фиг.6) их оболочка не теряет устойчивости в течение аварии, поскольку у них обеспечивается более низкий уровень температур оболочки (~на 280°С).Figure 5 and figure 6 shows the change in the health parameters of a standard fuel rod (with a diameter of 9.1 · 10 -3 m) and a correspondingly modernized (diameter of 7.00 · 10 -3 m) fuel rod during an accident with a rupture of the pipeline DN 500 at the inlet to the reactor. The calculated value of the probability of destruction of the shell of a standard fuel element is 0.4, and the dynamics of changes in the probability of destruction of a standard fuel element is shown in Fig.5. It should be noted that the nature of the mechanical loading of the fuel cladding is determined by the pressure drop of the coolant and the internal pressure in the fuel, as well as the temperature regime of the fuel cladding. During the above accident, the pressure of the coolant exceeds the pressure in the fuel rod at a high level of cladding temperatures (over 800 ° C), which leads to negative plastic deformations of the cladding and, as a result, subsequent contact of the fuel with the cladding. Due to the mechanical interaction of the fuel and the cladding of the fuel element (in the first 4 seconds), the circumferential stresses take positive values, which leads to an increase in the probability of destruction of the cladding of a regular fuel element. As calculations showed, for the fuel elements of the described VVER-440 reactor core (see FIG. 6), their cladding does not lose stability during the accident, since they have a lower cladding temperature level (~ 280 ° С).

Как видно из фиг.6, для твэлов описываемой активной зоны имеется значительный запас до разрушения оболочки по превышению критерия прочности (вероятность разгерметизации оболочки твэла описываемой активной зоны равна нулю).As can be seen from Fig.6, for the fuel rods of the described active zone there is a significant margin until the shell is destroyed by exceeding the strength criterion (the probability of depressurization of the fuel cladding of the described active zone is zero).

Нейтронно-физические исследования описываемой активной зоны для реактора ВВЭР-440 показали:Neutron-physical studies of the described core for the VVER-440 reactor showed:

- модернизированная активная зона позволяет обеспечить основные проектные, а по ряду параметров улучшенные нейтронно-физические характеристики при существенном повышении безопасности реактора ВВЭР-440 и эксплуатационной надежности твэлов;- the upgraded core allows to ensure the basic design, and in a number of parameters improved neutron-physical characteristics with a significant increase in the safety of the VVER-440 reactor and the operational reliability of the fuel rods;

- максимальное значение линейной тепловой нагрузки на твэл описываемой активной зоны в стационарной топливной загрузке не превышает q1<12.5 кВт/м (без учета факторов неопределенностей), в то время как для штатных твэлов эта величина составляет q1<28.5 кBт/м.;- the maximum value of the linear thermal load on a fuel rod of the described active zone in a stationary fuel load does not exceed q 1 <12.5 kW / m (without taking into account uncertainties), while for standard fuel elements this value is q 1 <28.5 kBt / m;

- загрузка топлива (по U235) такая же, как в серийном реакторе ВВЭР-440;- fuel loading (according to U 235 ) is the same as in the VVER-440 serial reactor;

- неравномерность поля энерговыделения в стационарной топливной загрузке имеет максимальный коэффициент неравномерности мощности ТВС К max g =1.24, а максимальный коэффициент неравномерности мощности твэлов не превышает КgК max k =1.37, что ниже проектных значений;- the unevenness of the energy release field in the stationary fuel loading has a maximum power unevenness coefficient of fuel assembly K max g = 1.24, and the maximum coefficient of uneven power of the fuel rods does not exceed K g K max k = 1.37, which is below the design values;

- для описываемой активной зоны возможна в более широком диапазоне организация схемы перегрузок ТВС (in-in-out) с малой утечкой нейтронов, так как имеется большой запас по величине коэффициента неравномерности поля энерговыделения. При этом улучшается топливоиспользование (на ~15%) и снижается флюенс нейтронов на корпус реактора;- for the described active zone, it is possible to organize an in-in-out overload circuit with a low neutron leakage over a wider range, since there is a large margin in the magnitude of the non-uniformity of the energy release field. At the same time, fuel consumption improves (by ~ 15%) and the neutron fluence to the reactor vessel decreases;

- оценки топливоиспользования описываемой активной юны н четырех годичном топливном цикле показали, что длительность работы стационарной топливной загрузки составляет не менее 300 эфф. суток, а среднее выгорание топлива составляет 40.6 МВт·сут/кг при среднем обогащении топлива подпитки 3.74%.- estimates of the fuel use of the described active youth in the four-year fuel cycle showed that the duration of the stationary fuel load is at least 300 eff. days, and the average fuel burnup is 40.6 MW · day / kg with an average enrichment of fuel recharge 3.74%.

Теплофизические исследования описываемой активной зоны для реактора ВВЭР-440 показали:Thermophysical studies of the described core for the VVER-440 reactor showed:

- увеличение гидравлических потерь на трение в описываемой активной зоне по сравнению со штатной конструкцией активной зоны реактора ВВЭР-440 не превышает имеющихся запасов по напору главных циркуляционных насосов. Так, например, удельное гидравлическое сопротивление всей активной зоны при замене штатных ТВС на модернизированные ТВС с твэлами диаметром 7.0·10-3 м и 7.8·10-3 м возрастает соответственно на ~(0.02-0.025) МПа;- the increase in hydraulic friction losses in the described core in comparison with the standard design of the core of the VVER-440 reactor does not exceed the available reserves for the pressure of the main circulation pumps. For example, the specific hydraulic resistance of the entire core when replacing standard fuel assemblies with upgraded fuel assemblies with fuel rods with a diameter of 7.0 · 10 -3 m and 7.8 · 10 -3 m increases respectively by ~ (0.02-0.025) MPa;

- запас по мощности до кипения в описываемой активной зоне (с 10% по объемному паросодержанию) составляет 1.22-1.25, а запасы до кризиса теплообмена (DNBR) в номинальном режиме не опускаются ниже ~ 9 (без учета факторов неопределенности).- the power reserve to boiling in the described core (with 10% by volume vapor content) is 1.22-1.25, and the reserves before the heat transfer crisis (DNBR) in the nominal mode do not fall below ~ 9 (without taking into account uncertainties).

Сравнительный анализ работоспособности твэлов штатной и описываемой активных зон реактора ВВЭР-440 в авариях с разрывом трубопроводов первого контура показал:A comparative analysis of the operability of the fuel rods of the standard and described active zones of the VVER-440 reactor in accidents with rupture of pipelines of the primary circuit showed:

- температура оболочек наиболее теплонапряженных твэлов описываемой активной зоны в первые ~10 сек аварии с разрывом трубопровода Ду 500 на 300°С ниже, чем у штатных твэлов, и не превышает 600°С, что практически исключает развитие пароциркониевой реакции;- the temperature of the claddings of the most heat-stressed fuel rods of the described active zone in the first ~ 10 sec of an accident with rupture of the Du 500 pipeline is 300 ° C lower than that of standard fuel rods and does not exceed 600 ° C, which virtually eliminates the development of a steam-zirconium reaction;

- запасы работоспособности твэлов по критерию предела прочности материала оболочки при аварийных температурах для штатной активной зоны практически отсутствуют (т.e. оболочки разгерметизируются), а у твэлов описываемой активной зоны, даже с максимальной исходной нагрузкой, запас по этому критерию превышает К>5;- the operational reserves of the fuel rods according to the criterion of the tensile strength of the cladding material at emergency temperatures for the standard core are practically absent (i.e., the claddings are depressurized), and for the fuel rods of the described core, even with the maximum initial load, the margin by this criterion exceeds K> 5;

- для средненагруженных твэлов описываемой активной зоны повышение температуры оболочек в первые 10 сек процесса вообще не происходит.- for medium-loaded fuel rods of the described active zone, an increase in the temperature of the shells in the first 10 seconds of the process does not occur at all.

На основании вышеизложенного можно констатировать, что переход на модернизированную активную зону в реакторах ВВЭР-440 дает возможность понизить линейные тепловые нагрузки на твэл в 1.33-1.76 раза. Такое значительное снижение линейных тепловых нагрузок в твэлах модернизированной активной зоне реактора ВВЭР-440 позволяет:Based on the foregoing, it can be stated that the transition to a modernized core in VVER-440 reactors makes it possible to reduce the linear thermal load on a fuel rod by 1.33-1.76 times. Such a significant decrease in linear thermal loads in the fuel rods of the modernized VVER-440 reactor core allows:

- повысить безопасность энергоустановки с реактора ВВЭР-440;- increase the safety of the power plant from the VVER-440 reactor;

- обеспечить возможность решения проблемы, связанной с маневрированием мощности реактора ВВЭР-440;- to provide an opportunity to solve the problem associated with maneuvering the power of the VVER-440 reactor;

- увеличить работоспособность твэлов в нормальных условиях эксплуатации, что дает основания считать реальным достижение среднего выгорания топлива в твэлах (55-60) МВт·сут/кг.- increase the operability of fuel rods under normal operating conditions, which gives reason to consider it realistic to achieve an average fuel burnup in fuel rods (55-60) MW · day / kg.

Следует отметить, что описываемая активная зона может быть использована не только в реакторах типа ВВЭР-440, а также и других водо-водяных реакторах с водой под давлением.It should be noted that the described active zone can be used not only in VVER-440 reactors, but also in other pressurized water-cooled reactors.

Claims (6)

1. Активная зона водо-водяного энергетического реактора, содержащая тепловыделяющие сборки с гексагональной топливной решеткой, набранные из стержневых твэлов, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержит от 174 до 216 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки тепловыделяющего элемента от 7,00·10-3 до 8,00·10-3 м и от 5,94·10-3 до 6,79·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 0,98 до 2,52 или тепловыделяющая сборка содержит от 132 до 168 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки твэла от 7,80·10-3 до 8,79·10-3 м и от 6,62·10-3 до 7,47·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,14 до 2,76, причем отношение высоты активной зоны к длине тепловыделяющей сборки составляет от 0,7488 до 0,7897.1. The active zone of a water-to-water power reactor containing fuel assemblies with a hexagonal fuel grid assembled from rod fuel elements, characterized in that at least one fuel assembly contains from 174 to 216 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell fuel element from 7.00 · 10 -3 to 8.00 · 10 -3 m and from 5.94 · 10 -3 to 6.79 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel lattice is selected from 0, 98 to 2.52 or fuel assembly contains from 132 to 168 rod t plovydelyayuschih elements having outer and inner diameter of the cladding of 7.80 × 10 -3 to 8.79 · 10 -3 m and from 6.62 × 10 -3 to 7.47 · 10 -3 m, respectively, and water the uranium ratio of the fuel lattice is selected from 1.14 to 2.76, and the ratio of the height of the core to the length of the fuel assembly is from 0.7488 to 0.7897. 2. Активная зона водо-водяного энергетического реактора по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержит от 180 до 210 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки тепловыделяющего элемента от 7,00·10-3 до 7,90·10-3 м и от 5,94·10-3 до 6,70·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,07 до 2,40 или тепловыделяющая сборка содержит от 138 до 162 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки твэла от 7,90·10-3 до 8,7·10-3 м и от 6,70·10-3 до 7,38·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,24 до 2,49.2. The active zone of the water-water power reactor according to claim 1, characterized in that at least one fuel assembly contains from 180 to 210 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 7.00 · 10 - 3 to 7.90 · 10 -3 m and from 5.94 · 10 -3 to 6.70 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 1.07 to 2.40 or the fuel assembly contains from 138 to 162 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the cladding of a fuel rod from 7.90 · 10 -3 to 8.7 · 10 -3 m and from 6.70 · 10 -3 to 7.38 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 1.24 to 2.49. 3. Активная зона водо-водяного энергетического реактора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержит от 186 до 204 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки тепловыделяющего элемента от 7,10·10-3 до 7,80·10-3 м и от 6,02·10-3 до 6,62·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,17 до 2,18 или тепловыделяющая сборка содержит от 144 до 156 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки твэла от 8,00·10-3 до 8,6·10-3 м от 6,79·10-3 до 7,30·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,35 до 2,24.3. The active zone of the water-water power reactor according to claim 1 or 2, characterized in that at least one fuel assembly contains from 186 to 204 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 7.10 10 -3 to 7.80 · 10 -3 m and from 6.02 · 10 -3 to 6.62 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grate is selected from 1.17 to 2.18 or fuel the assembly contains from 144 to 156 rod fuel elements having an outer and inner diameter of a fuel rod cladding from 8.00 · 10 -3 to 8.6 · 10 -3 m from 6.79 · 10 -3 to 7.30 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 1.35 to 2.24. 4. Активная зона водо-водяного энергетического реактора по п.1, или 2 или 3, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержит от 192 до 198 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки тепловыделяющего элемента от 7,20·10-3 до 7,70·10-3 м и от 6,11·10-3 до 6,53·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,28 до 1,98 или тепловыделяющая сборка содержит 144 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки твэла от 8,10·10-3 до 8,5·10-3 м и от 6,87·10-3 до 7,21·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,53 до 2,15.4. The active zone of the water-water power reactor according to claim 1, or 2 or 3, characterized in that at least one fuel assembly contains from 192 to 198 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element , 20 · 10 -3 to 7.70 · 10 -3 m and from 6.11 · 10 -3 to 6.53 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 1.28 to 1, 98 or the fuel assembly contains 144 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the cladding of a fuel rod from 8.10 · 10 -3 to 8.5 · 10 - 3 m and from 6.87 · 10 -3 to 7.21 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 1.53 to 2.15. 5. Активная зона водо-водяного энергетического реактора по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержит 174 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки тепловыделяющего элемента от 7,6·10-3 до 8,00·10-3 м и от 6,45·10-3 до 6,79·10-3 м, соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,20 до 1,89 или тепловыделяющая сборка содержит 132 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки твэла от 8,40·10-3 до 8,79·10-3 м и от 7,13·10-3 до 7,47·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,43 до 2,16.5. The active zone of the water-water power reactor according to claim 1, characterized in that at least one fuel assembly contains 174 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 7.6 · 10 -3 to 8 , 00 · 10 -3 m and from 6.45 · 10 -3 to 6.79 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grate is selected from 1.20 to 1.89 or the fuel assembly contains 132 core fuel elements having an outer and inner diameter of the cladding of a fuel rod from 8.40 · 10 -3 to 8.79 · 10 -3 m and from 7.13 · 10 -3 to 7, 47 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 1.43 to 2.16. 6. Активная зона водо-водяного энергетического реактора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка содержит 180 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки тепловыделяющего элемента от 7,5·10-3 до 7,90·10-3 м и от 6,36·10-3 до 6,70·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,24 до 1,89 или тепловыделяющая сборка содержит от 138 стержневых тепловыделяющих элементов, имеющих наружный и внутренний диаметр оболочки твэла от 8,30·10-3 до 8,7·10-3 м и от 7,04·10-3 до 7,38·10-3 м соответственно, а водо-урановое отношение топливной решетки выбрано от 1,44 до 2,10.6. The active zone of the water-water power reactor according to claim 1 or 2, characterized in that at least one fuel assembly contains 180 rod fuel elements having an outer and inner diameter of the shell of the fuel element from 7.5 · 10 -3 up to 7.90 · 10 -3 m and from 6.36 · 10 -3 to 6.70 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 1.24 to 1.89 or the fuel assembly contains 138 rod fuel elements having an outer and inner diameter of a fuel cladding from 8.30 · 10 -3 to 8.7 · 10 -3 m and from 7.04 · 1 0 -3 to 7.38 · 10 -3 m, respectively, and the water-uranium ratio of the fuel grid is selected from 1.44 to 2.10.
RU2002128471/06A 2002-10-24 2002-10-24 Water-moderated power reactor core RU2241262C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002128471/06A RU2241262C2 (en) 2002-10-24 2002-10-24 Water-moderated power reactor core

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002128471/06A RU2241262C2 (en) 2002-10-24 2002-10-24 Water-moderated power reactor core

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2241262C2 true RU2241262C2 (en) 2004-11-27
RU2002128471A RU2002128471A (en) 2004-12-27

Family

ID=34310027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002128471/06A RU2241262C2 (en) 2002-10-24 2002-10-24 Water-moderated power reactor core

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2241262C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022255899A1 (en) * 2021-05-31 2022-12-08 Акционерное Общество "Твэл" Fuel element for a water-cooled water-moderated nuclear reactor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
УШАКОВ Г.Н. Технологические каналы и тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. - М.: Энергоиздат, 1981, с.8-31, 40-43, 89. ЕМЕЛЬЯНОВ И.Я. и др. Конструирование ядерных реакторов. - М.: Энергоиздат, 1982, с.163-189. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022255899A1 (en) * 2021-05-31 2022-12-08 Акционерное Общество "Твэл" Fuel element for a water-cooled water-moderated nuclear reactor
EP4141890A4 (en) * 2021-05-31 2023-06-14 Joint-Stock Company "TVEL" Fuel element for a water-cooled water-moderated nuclear reactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sofu A review of inherent safety characteristics of metal alloy sodium-cooled fast reactor fuel against postulated accidents
Yetisir et al. Development and integration of Canadian SCWR concept with counter-flow fuel assembly
RU2668230C1 (en) Fast neutron nuclear reactor with liquid metal coolant
Blinkov et al. Prospects for using annular fuel elements in nuclear power engineering
Kambe et al. RAPID-L operator-free fast reactor concept without any control rods
RU2244347C2 (en) Fuel rod for water-moderated water-cooled power reactor
Giovedi et al. Assessment of stainless steel 348 fuel rod performance against literature available data using TRANSURANUS code
RU2241262C2 (en) Water-moderated power reactor core
RU2126999C1 (en) Water-moderated power reactor core
RU2136060C1 (en) Core, fuel assembly, and fuel element of water- moderated power reactor
RU2242810C2 (en) Fuel assembly for water-moderated water-cooled reactor
Meneley et al. Coolability of severely degraded CANDU cores
He et al. Preliminary prediction for survival time of fuel rod under critical heat flux
RU2248629C2 (en) Water-moderated water cooled-reactor core
RU2248630C2 (en) Fuel assembly of water-moderated water-cooled reactor
RU2236712C2 (en) Control fuel assembly of pressurized water reactors
RU2126180C1 (en) Water-moderated power reactor core
Pon Candu-Blw-250
RU2241265C2 (en) Fuel rod primarily designed for canned fuel assemblies of water-moderated power reactors
RU2143144C1 (en) Fuel assembly of water-cooled power reactor
Grasso et al. The core of the LFR-AS-200: robustness for safety
RU2143141C1 (en) Fuel rod of water-cooled power reactor
RU2143142C1 (en) Fuel rod of water-cooled power reactor
Kaliatka et al. Development and testing of RBMK-1500 model for BDBA analysis employing RELAP/SCDAPSIM code
Karahan Possible design improvements and a high power density fuel design for integral type small modular pressurized water reactors