RU2408941C1 - Fuel element of nuclear reactor - Google Patents

Fuel element of nuclear reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2408941C1
RU2408941C1 RU2009147970/07A RU2009147970A RU2408941C1 RU 2408941 C1 RU2408941 C1 RU 2408941C1 RU 2009147970/07 A RU2009147970/07 A RU 2009147970/07A RU 2009147970 A RU2009147970 A RU 2009147970A RU 2408941 C1 RU2408941 C1 RU 2408941C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel element
insert
fissile material
tablets
shell
Prior art date
Application number
RU2009147970/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Васильевич Попов (RU)
Вячеслав Васильевич Попов
Юрий Васильевич Потапов (RU)
Юрий Васильевич Потапов
Вадим Михайлович Рябый (RU)
Вадим Михайлович Рябый
Александр Семенович Скворцов (RU)
Александр Семенович Скворцов
Александр Петрович Ковров (RU)
Александр Петрович Ковров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского"
Priority to RU2009147970/07A priority Critical patent/RU2408941C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2408941C1 publication Critical patent/RU2408941C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: fuel element of nuclear reactor consists of cover (1) with end parts. Inside cover (1) there are located pellets (2) made from fissile material and compensation volume in its upper part. In the gap between inner surface of cover (1) and side surface of pellets (2) made from fissile material there placed is insert (4) oriented along the axis of fuel element.
EFFECT: improving operating reliability of fuel element.
9 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к активной зоне ядерного реактора.The invention relates to nuclear energy, in particular to the core of a nuclear reactor.

Известен тепловыделяющий элемент ядерного реактора, содержащий таблетки из делящегося материала, помещенные в металлическую оболочку, концевые детали и компенсационный объем, заполненный инертным газом [А.С.Монахов. Атомные электрические станции и их технологическое оборудование, М.: Энергоиздат, 1986, с.89].Known fuel element of a nuclear reactor containing tablets of fissile material placed in a metal shell, end parts and a compensation volume filled with an inert gas [A.S. Monakhov. Nuclear power plants and their technological equipment, M .: Energoizdat, 1986, p. 89].

Недостатками такого тепловыделяющего элемента являются радиальная неравномерность теплового потока от осевого смещения таблеток делящегося материала и прямой контакт таблеток с внутренней поверхностью оболочки.The disadvantages of this fuel element are the radial unevenness of the heat flow from the axial displacement of the pellets of fissile material and the direct contact of the pellets with the inner surface of the shell.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является тепловыделяющий элемент ядерного реактора атомной электростанции, который представляет собой оболочку с размещенными в ней таблетками из делящегося материала. Оболочка с обоих концов герметично заглушена концевыми деталями [Г.Н.Ушаков. Технологические каналы и тепловыделяющие элементы энергетических ядерных реакторов. М.: Энергоиздат, 1981, с.29, рис.1.6].The closest in technical essence to the proposed device is a fuel element of a nuclear reactor of a nuclear power plant, which is a shell with tablets made of fissile material placed in it. The shell at both ends is hermetically sealed with end parts [G.N. Ushakov. Technological channels and fuel elements of nuclear power reactors. M .: Energoizdat, 1981, p.29, fig. 1.6].

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- относительно высокая вероятность попадания частиц топливных таблеток в зазор между оболочкой и делящимся материалом в результате растрескивания таблеток из делящегося материала под действием температурных напряжений, появляющихся в процессе облучения;- a relatively high probability of particles of fuel pellets falling into the gap between the shell and fissile material as a result of cracking of the pellets from fissile material under the influence of thermal stresses arising during irradiation;

- прямой контакт боковой поверхности таблеток из делящегося материала с внутренней поверхностью оболочки тепловыделяющего элемента;- direct contact of the side surface of the tablets of fissile material with the inner surface of the shell of the fuel element;

- невозможность обеспечения при изготовлении и в процессе эксплуатации равномерности зазора между боковой поверхностью таблетки и внутренней поверхностью оболочки тепловыделяющего элемента.- the inability to ensure during manufacture and during operation of the uniformity of the gap between the side surface of the tablet and the inner surface of the shell of the fuel element.

Для исключения указанных недостатков в тепловыделяющем элементе ядерного реактора, состоящем из металлической оболочки с концевыми деталями, внутри которой размещены таблетки из делящегося материала, имеющем компенсационный объем, предлагается в зазоре между внутренней поверхностью металлической оболочки и боковой поверхностью таблеток из делящегося материала разместить вставку из высокотемпературного материала и ориентировать ее вдоль оси тепловыделяющего элемента.To eliminate these drawbacks, it is proposed to place an insert of high-temperature material in the gap between the inner surface of the metal shell and the side surface of the pellets of fissile material in a fuel element of a nuclear reactor consisting of a metal shell with end parts, inside of which there are tablets of fissile material having a compensation volume and orient it along the axis of the fuel element.

В частных случаях выполнения тепловыделяющего элемента предлагается:In special cases, the implementation of the fuel element is proposed:

- вставку выполнить с тремя гофрами;- insert with three corrugations;

- каждый гофр вставки выполнить в виде равносторонней трапеции с отношением сторон 1:2;- each corrugation insert to perform in the form of an equilateral trapezoid with an aspect ratio of 1: 2;

- вставку выполнить в виде фольги толщиной от 5 до 20 мкм;- the insert is made in the form of foil with a thickness of 5 to 20 microns;

- вставку выполнить из металла высокотемпературной группы, например молибдена, тантала, вольфрама;- the insert is made of metal of a high temperature group, for example, molybdenum, tantalum, tungsten;

- поверхности меньшего основания гофров вставки установить с касанием боковой поверхности таблеток из делящегося материала или внутренней поверхности оболочки;- set the surfaces of the smaller base of the corrugations of the insert with the touch of the side surface of the tablets of fissile material or the inner surface of the shell;

- поверхности меньшего или большего основания гофров вставки установить с упором в соответствующие наружные поверхности таблеток из делящегося материала и внутреннюю поверхность оболочки;- install the surfaces of the smaller or larger base of the corrugations of the insert with emphasis on the corresponding outer surfaces of the tablets of fissile material and the inner surface of the shell;

- высоту гофров вставки выполнить равной суммарной высоте таблеток из делящегося вещества;- the height of the corrugations of the insert is equal to the total height of the tablets from the fissile material;

- высоту гофров вставки выполнить равной суммарной высоте таблеток из делящегося материала и высоте компенсационного объема.- the height of the corrugations of the insert is equal to the total height of the tablets from the fissile material and the height of the compensation volume.

Использование изобретения позволяет:Using the invention allows:

- исключить попадание осколков деления под оболочку в процессе облучения;- exclude hit of fission fragments under the shell during irradiation;

- исключить непосредственный контакт внутренней поверхности оболочки и боковой поверхности таблеток из делящегося материала;- to exclude direct contact of the inner surface of the shell and the side surface of the tablets from fissile material;

- обеспечить при изготовлении и в процессе эксплуатации равномерность зазора между боковой поверхностью таблеток из делящегося материала и внутренней поверхностью оболочки.- to ensure during manufacture and during operation, the uniformity of the gap between the lateral surface of the tablets of fissile material and the inner surface of the shell.

Предлагаемый тепловыделяющий элемент ядерного реактора показан в виде поперечных сечений на фиг.1 и фиг.2, где приняты следующие обозначения: 1 -оболочка; 2 - таблетка из делящегося материала; 3 - зазор; 4 - вставка; 5 - гофр.The proposed fuel element of a nuclear reactor is shown in the form of cross sections in figure 1 and figure 2, where the following notation: 1-shell; 2 - tablet of fissile material; 3 - clearance; 4 - insert; 5 - corrugation.

Тепловыделяющий элемент ядерного реактора содержит оболочку 1, таблетки 2 из делящегося материала, компенсационный объем, пружину и концевые детали.The fuel element of a nuclear reactor contains a shell 1, tablets 2 of fissile material, a compensation volume, a spring and end parts.

В зазоре 3 между внутренней поверхностью оболочки 1 и боковой поверхностью таблеток 2 из делящегося материала размещена вставка 4.In the gap 3 between the inner surface of the shell 1 and the side surface of the tablets 2 of fissile material, an insert 4 is placed.

Вставка 4 ориентирована вдоль оси тепловыделяющего элемента.The insert 4 is oriented along the axis of the fuel element.

В качестве таблеток 2 из делящего материала используют: оксид плутония, карбид плутония, нитрид плутония, оксид урана, карбид урана, нитрид урана.As tablets 2 of fissile material, plutonium oxide, plutonium carbide, plutonium nitride, uranium oxide, uranium carbide, uranium nitride are used.

В частных случаях реализации устройства предусмотрено следующее.In special cases, the implementation of the device provides the following.

Вставка 4 имеет не менее трех гофр 5.Box 4 has at least three corrugations 5.

Каждый гофр 5 вставки 4 выполнен в виде равносторонней трапеции с отношением сторон 1:2.Each corrugation 5 of insert 4 is made in the form of an equilateral trapezoid with an aspect ratio of 1: 2.

Вставка 4 выполнена в виде фольги толщиной от 5 до 20 мкм.Insert 4 is made in the form of foil with a thickness of 5 to 20 μm.

Вставка 4 выполнена из материала высокотемпературной группы: молибдена, тантала, вольфрама.Box 4 is made of material of the high temperature group: molybdenum, tantalum, tungsten.

Поверхности меньшего основания гофров 5 вставки 4 установлены с касанием боковой поверхности таблеток 2 из делящегося материала 2 или внутренней поверхности оболочки 1.The surface of the smaller base of the corrugations 5 of the insert 4 is installed with the touch of the side surface of the tablets 2 of fissile material 2 or the inner surface of the shell 1.

Поверхности меньшего и большего основания гофров 5 вставки 4 установлены с упором в соответствующие наружные поверхности таблеток 2 из делящегося материала и внутренней поверхности оболочки 1,The surface of the smaller and larger base corrugations 5 of the insert 4 are installed with emphasis in the corresponding outer surfaces of the tablets 2 of fissile material and the inner surface of the shell 1,

Высота гофров 5 вставки 4 соответствует суммарной высоте таблеток 2 из делящегося материала.The height of the corrugations 5 of the insert 4 corresponds to the total height of the tablets 2 of fissile material.

Высота гофров 5 вставки 4 соответствует суммарной высоте таблеток 2 из делящегося материала и высоте компенсационного объема.The height of the corrugations 5 of the insert 4 corresponds to the total height of the tablets 2 of fissile material and the height of the compensation volume.

Такое выполнение тепловыделяющего элемента позволяет повысить надежность его работы.This embodiment of the fuel element can improve the reliability of its operation.

Пример конкретного выполнения тепловыделяющего элемента.An example of a specific implementation of the fuel element.

Оболочка 1 выполнена из стали ЭП-823 в виде трубки длиной 850 мм, наружным диаметром 12,0 мм и толщиной стенки 0,4 мм и заполнена таблетками 2 из делящегося материала диаметром 10,9 мм и высотой 10-12 мм, например, оксида урана, образуя сердечник в 700 мм и компенсационный объем. В кольцевом зазоре между наружной поверхностью таблеток 2 из делящегося материала и внутренней поверхностью оболочки 1 установлена полоса фольги толщиной 20 мкм с шестью продольными гофрами 5 вставки 4 в виде равносторонней трапеции с шириной оснований 1 и 2 мм и высотой гофра 0,2 мм из молибдена.The shell 1 is made of EP-823 steel in the form of a tube with a length of 850 mm, an external diameter of 12.0 mm and a wall thickness of 0.4 mm and filled with tablets 2 of fissile material with a diameter of 10.9 mm and a height of 10-12 mm, for example, oxide uranium, forming a core of 700 mm and a compensation volume. In the annular gap between the outer surface of the tablets 2 of fissile material and the inner surface of the shell 1 there is a foil strip with a thickness of 20 μm with six longitudinal corrugations 5 of insert 4 in the form of an equilateral trapezoid with a base width of 1 and 2 mm and a corrugation height of 0.2 mm from molybdenum.

В процессе эксплуатации реактора фольга обеспечивает дистанционирование таблеток 2 из делящегося материала от внутренней стенки тепловыделяющего элемента, защищает оболочку 1 от прямого контакта с осколками деления, служит буфером, снижая механическую нагрузку на оболочку 1 со стороны таблеток 2 из делящегося материала.During the operation of the reactor, the foil ensures the separation of the tablets 2 from the fissile material from the inner wall of the fuel element, protects the shell 1 from direct contact with fission fragments, serves as a buffer, reducing the mechanical load on the shell 1 from the side of the tablets 2 from fissile material.

Claims (9)

1. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора, содержащий оболочку, таблетки из делящегося материала, компенсационный объем, пружину и концевые детали, отличающийся тем, что в зазоре между внутренней поверхностью оболочки и боковой поверхностью таблеток из делящегося материала размещена вставка, которая ориентирована вдоль оси тепловыделяющего элемента.1. A fuel element of a nuclear reactor containing a shell, tablets of fissile material, a compensation volume, a spring and end parts, characterized in that an insert is located in the gap between the inner surface of the shell and the side surface of the tablets of fissile material, which is oriented along the axis of the fuel element. 2. Тепловыделяющий элемент по п.1, отличающийся тем, что вставка в нем имеет не менее трех гофр.2. The fuel element according to claim 1, characterized in that the insert in it has at least three corrugations. 3. Тепловыделяющий элемент по п.1, отличающийся тем, что каждый гофр выполнен в виде равносторонней трапеции с отношением сторон 1:2.3. The fuel element according to claim 1, characterized in that each corrugation is made in the form of an equilateral trapezoid with an aspect ratio of 1: 2. 4. Тепловыделяющий элемент по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена в виде фольги толщиной от 5 до 20 мкм.4. The fuel element according to claim 1, characterized in that the insert is made in the form of a foil with a thickness of 5 to 20 microns. 5. Тепловыделяющий элемент по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена из металла высокотемпературной группы, например молибдена, тантала, вольфрама.5. The fuel element according to claim 1, characterized in that the insert is made of metal of a high temperature group, for example, molybdenum, tantalum, tungsten. 6. Тепловыделяющий элемент по п.1, отличающийся тем, что поверхности меньшего основания гофров вставки установлены с касанием боковой поверхности таблеток из делящегося материала или внутренней поверхности оболочки.6. The fuel element according to claim 1, characterized in that the surface of the smaller base of the corrugations of the insert is installed by touching the side surface of the tablets from fissile material or the inner surface of the shell. 7. Тепловыделяющий элемент по п.1, отличающийся тем, что поверхности меньшего или большего основания гофров вставки установлены с упором в соответствующие наружные поверхности таблеток из делящегося материала и внутреннюю поверхность оболочки.7. The fuel element according to claim 1, characterized in that the surface of the smaller or larger base of the corrugations of the insert is installed with emphasis in the respective outer surfaces of the tablets of fissile material and the inner surface of the shell. 8. Тепловыделяющий элемент по п.1, отличающийся тем, что высота гофров вставки соответствует суммарной высоте таблеток из делящегося вещества.8. The fuel element according to claim 1, characterized in that the height of the corrugations of the insert corresponds to the total height of the tablets from the fissile material. 9. Тепловыделяющий элемент по п.1, отличающийся тем, что высота гофров вставки соответствует суммарной высоте таблеток из делящегося материала и высоте компенсационного объема. 9. The fuel element according to claim 1, characterized in that the height of the corrugations of the insert corresponds to the total height of the tablets from the fissile material and the height of the compensation volume.
RU2009147970/07A 2009-12-23 2009-12-23 Fuel element of nuclear reactor RU2408941C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009147970/07A RU2408941C1 (en) 2009-12-23 2009-12-23 Fuel element of nuclear reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009147970/07A RU2408941C1 (en) 2009-12-23 2009-12-23 Fuel element of nuclear reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2408941C1 true RU2408941C1 (en) 2011-01-10

Family

ID=44054735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009147970/07A RU2408941C1 (en) 2009-12-23 2009-12-23 Fuel element of nuclear reactor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2408941C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485611C2 (en) * 2012-06-05 2013-06-20 Потапов Юрий Васильевич Method to equip fuel element shell with foil and device for its realisation
RU2525195C1 (en) * 2013-07-16 2014-08-10 Юрий Васильевич Потапов Apparatus for foiling fuel element cladding
RU2548008C2 (en) * 2014-02-03 2015-04-10 Юрий Васильевич Потапов Apparatus for foiling of fuel element cladding

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ФРОСТ Б. ТВЭЛы ядерных реакторов. - М.: Энергоатомиздат, с.112. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485611C2 (en) * 2012-06-05 2013-06-20 Потапов Юрий Васильевич Method to equip fuel element shell with foil and device for its realisation
RU2525195C1 (en) * 2013-07-16 2014-08-10 Юрий Васильевич Потапов Apparatus for foiling fuel element cladding
RU2548008C2 (en) * 2014-02-03 2015-04-10 Юрий Васильевич Потапов Apparatus for foiling of fuel element cladding

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4200492A (en) Nuclear fuel element
US20130010915A1 (en) Reactor fuel elements and related methods
KR101218774B1 (en) Nuclear fuel rod for fast reactor
US11862351B2 (en) Zirconium-coated silicon carbide fuel cladding for accident tolerant fuel application
RU2648687C2 (en) Fuel assembly
TWI731219B (en) A nuclear fuel pellet, a fuel rod, and a fuel assembly
RU2408941C1 (en) Fuel element of nuclear reactor
JP2021507234A (en) Cyclic metal nuclear fuel and its manufacturing method
EP2564392B1 (en) A fuel channel arranged to be comprised by a fuel element for a fission reactor
SU841066A1 (en) Heat insulating element of power-generating nuclear reactor
JP6325525B2 (en) Fuel bundles for liquid metal cooled reactors
KR20130102766A (en) Nuclear fuel using multi-coated particle
GB2183893A (en) Breeder reactor fuel elements
GB1569078A (en) Nuclear fuel element
RU2453004C1 (en) Absorbing element of water-cooled nuclear vessel reactor
WO2016053609A2 (en) Nuclear fuel element corrugated plenum holddown device
US20050135547A1 (en) Control element for a nuclear reactor
US20140307845A1 (en) Composite Fuel Rod Cladding
KR20090025399A (en) An annular nuclear fuel rod comprising annular-structure fuel pellets with axial incisions
RU2263981C1 (en) Nuclear reactor fuel element
TWI810737B (en) High energy nuclear fuel, fuel assembly, and refueling method
US20220406477A1 (en) Methods and devices to improve performances of rcca and cea to mitigate clad strain in the high fluence region
RU112483U1 (en) Nuclear reactor fuel rod
JPS63298194A (en) Control rod assembly
JP2015148617A (en) reactor component

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20160315