RU2496164C1 - Method to form fuel core of fuel rod - Google Patents
Method to form fuel core of fuel rod Download PDFInfo
- Publication number
- RU2496164C1 RU2496164C1 RU2012131715/07A RU2012131715A RU2496164C1 RU 2496164 C1 RU2496164 C1 RU 2496164C1 RU 2012131715/07 A RU2012131715/07 A RU 2012131715/07A RU 2012131715 A RU2012131715 A RU 2012131715A RU 2496164 C1 RU2496164 C1 RU 2496164C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- density
- tablets
- core
- groups
- Prior art date
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
Description
Изобретение относится к ядерной энергетике, к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для ядерных реакторов, и может найти применение в исследовательских реакторах небольшой мощности.The invention relates to nuclear energy, to the technology of manufacturing fuel elements (fuel elements) for nuclear reactors, and may find application in research reactors of low power.
Известен способ снаряжения таблетками оболочек стержневых тепловыделяющих элементов, согласно которому формирование столба топливных таблеток осуществляют в виде неполного столба, набор топливных таблеток в ячейки барабана осуществляют из очередной партии таблеток с помощью вакуума, автоматически измеряют длину каждой таблетки с присвоением ей номера, формируют в электронно-вычислительной машине банк данных по длине каждой таблетки, а после измерения длины неполного столба топливных таблеток в оболочке с помощью ЭВМ осуществляют номерное формирование недостающей части до заданной длины столба, используя при этом весь банк данных по таблеткам, и доснаряжают недостающую часть топливных таблеток в оболочку с максимально возможной точностью до заданной длины столба (патент RU №2156508, МПК G21C 21/08, опубл. 20.09.2000).A known method of equipping tablets with the shells of the rod fuel elements, according to which the formation of a column of fuel tablets is carried out in the form of an incomplete column, a set of fuel tablets in the drum cells is carried out from the next batch of tablets using vacuum, the length of each tablet is automatically measured by assigning it a number, formed in electronic a computer, a databank on the length of each tablet, and after measuring the length of an incomplete column of fuel tablets in a shell using a computer, measuring the missing part to the specified column length, using the entire database of tablets, and equip the missing part of the fuel tablets in the shell with the greatest possible accuracy to the specified column length (patent RU No. 2156508, IPC
Недостаток известного способа заключается в том, что размещение топливных таблеток по длине топливного сердечника осуществляется без учета их плотности. Поскольку топливные таблетки имеют значительный разброс по плотности (содержание UO2), то формирование топливного сердечника сопровождается неравномерностью распределения UO2 по длине ТВЭЛа и, вследствие этого приводит к неравномерному распределению температуры по объему ТВЭЛа. Локальные перепады температур Д? приводят к деформации, как оболочки, так и топливного сердечника ТВЭЛа. Перепад температур сопровождается локальными напряжениями на разных участках ТВЭЛа
Наиболее близким известным техническим решением по решаемой задаче и достигаемому техническому результату, принятому за прототип, является способ формирования топливного сердечника стержневого тепловыделяющего элемента, который реализуется на автоматической линии изготовления стержневого тепловыделяющего элемента (патент RU №2216797, МПК G21C 3/10, G21C 21/00, опубл. 20.04.2003). В данном техническом решении, предназначенном для серийного производства длинномерных ТВЭЛов (более 3 м) для мощных реакторов, предусмотрено распределение топливных элементов по длине топливного сердечника с большей степенью обогащения в более протяженной средней части и с меньшей степенью обогащения на концевых участках ТВЭЛа.The closest known technical solution to the problem and the technical result achieved, adopted as a prototype, is a method of forming a fuel core of a rod fuel element, which is implemented on an automatic production line of a rod fuel element (patent RU No. 2216797, IPC G21C 3/10, G21C 21 / 00, published April 20, 2003). This technical solution, designed for serial production of long fuel elements (more than 3 m) for high-power reactors, provides for the distribution of fuel elements along the length of the fuel core with a greater degree of enrichment in a longer middle part and with a lesser degree of enrichment at the end sections of a fuel element.
Однако данное техническое решение также не свободно от недостатков. Топливные элементы (таблетки) с одной степенью обогащения также имеют разброс, который может составлять более 5% от среднего значения, что при произвольной укладке таблеток приводит к неравномерности распределения топлива по длине ТВЭЛа как в средней части, так и на его концах. Это приводит к локальным перепадам температуры в радиальном и осевом направлениях. Причем наибольший перепад будет в местах сопряжения средней части с концевыми частями. Для исследовательских реакторов малой мощности при небольших размерах ТВЭЛов (от 0,5 м до 1 м) экономически выгодней использовать малые партии топливных таблеток (экспериментального состава), добиваясь при этом равномерного распределения топлива по энерговыделению (содержание урана 235) по активному объему ТВЭЛа.However, this technical solution is also not free from disadvantages. Fuel cells (tablets) with one degree of enrichment also have a spread, which can be more than 5% of the average value, which with arbitrary stacking of tablets leads to uneven distribution of fuel along the length of the fuel rod both in the middle part and at its ends. This leads to local temperature differences in the radial and axial directions. Moreover, the greatest difference will be at the interface between the middle part and the end parts. For research reactors of low power with small sizes of fuel rods (from 0.5 m to 1 m) it is economically more profitable to use small batches of fuel pellets (experimental composition), while achieving a uniform distribution of fuel by energy release (uranium content 235) over the active volume of a fuel rod.
Задача настоящего изобретения заключалась в обеспечении равномерности распределения температурного поля за счет равномерного распределения плотности по длине сердечников ТВЭЛов, в особенности, в исследовательских реакторах небольшой мощности.The objective of the present invention was to ensure uniform distribution of the temperature field due to the uniform distribution of density along the length of the cores of the fuel rods, especially in research reactors of low power.
Поставленная задача и технический результат достигаются в способе формирования топливного сердечника стержневого тепловыделяющего элемента, включающем укладку по длине сердечника топливных таблеток отличающихся по плотности на концевых частях и в средней части тепловыделяющего элемента, в котором согласно изобретению осуществляют автоматическое определение плотности каждой таблетки с присвоением ей номера, формируют автоматизированную базу данных, на основе которой таблетки подбирают группами таким образом, чтобы каждая группа таблеток имела минимальное отклонение от среднего значения плотности всей партии таблеток для одного тепловыделяющего элемента, после чего осуществляют укладку подобранных групп таблеток по длине сердечника, при этом группы с общей большей плотностью располагают ближе к концевым частям тепловыделяющего элемента, а с меньшей плотностью - в его средней части.The problem and the technical result are achieved in a method of forming a fuel core of a rod fuel element, including laying along the length of the core of fuel pellets differing in density at the end parts and in the middle part of the fuel element, in which according to the invention the density of each tablet is automatically determined by assigning it a number, form an automated database on the basis of which tablets are selected in groups so that each group the abletka had a minimum deviation from the average density of the entire batch of tablets for one fuel element, after which the selected groups of tablets are stacked along the length of the core, with groups with an overall higher density being placed closer to the end parts of the fuel element, and with a lower density - in its average parts.
Каждая группа таблеток может представлять собой пару. Данное количество таблеток в группе оптимально с точки зрения достижения технического результата.Each group of tablets may be a pair. This number of tablets in the group is optimal in terms of achieving a technical result.
Таблетки в группе подбирают по максимальной и минимальной плотности.Tablets in the group are selected according to the maximum and minimum density.
Определение параметров топливных таблеток и их расположения в топливном столбе осуществляют посредством устройства, которое включает съемный бункер для топливных таблеток, связанный посредством механизма транспортировки с приборами измерения размера и веса таблеток, а также с анализатором данных, определяющим распределение групп таблеток по длине тепловыделяющего элемента от концевых частей к его середине.The determination of the parameters of the fuel pellets and their location in the fuel column is carried out by means of a device that includes a removable hopper for fuel pellets connected via a transport mechanism with measuring devices for the size and weight of the pellets, as well as with a data analyzer that determines the distribution of the groups of pellets along the length of the fuel element from the end parts to its middle.
Сущность данного технического решения, а также достигаемый технический результат иллюстрируются таблицей и фигурами графических изображений.The essence of this technical solution, as well as the technical result achieved, are illustrated by the table and figures of graphic images.
В таблице представлены результаты обработки партии таблеток, предназначенной для одного ТВЭЛа.The table shows the results of processing a batch of tablets intended for one fuel rod.
На фиг.1 приведена схема устройства, используемого при реализации способа формирования топливного сердечника стержневого ТВЭЛа.Figure 1 shows a diagram of a device used in the implementation of the method of forming the fuel core of a rod fuel rod.
На фиг.2 приведен график распределения плотностей групп таблеток при случайном формировании топливного сердечника.Figure 2 shows a graph of the distribution of densities of groups of tablets in case of random formation of the fuel core.
На фиг.3 приведен график распределения плотностей групп таблеток, размещенных по мере возрастания плотности, при формировании топливного сердечника.Figure 3 shows a graph of the distribution of densities of groups of tablets placed as the density increases, with the formation of the fuel core.
На фиг.4 показан график распределения плотностей групп таблеток, размещенных по мере возрастания плотности от центра столба к его краям, при формировании топливного сердечника.Figure 4 shows a graph of the distribution of densities of groups of tablets placed with increasing density from the center of the column to its edges, when forming the fuel core.
Использование устройства (см. фиг.1) позволяет ускорить и облегчить подготовку таблеток для формирования сердечников ТВЭЛов. Устройство содержит: съемный бункер 1 для топливных таблеток, механизм транспортировки 2 с приводом, электрически связанные между собой, прибор измерения размеров 3, прибор измерения веса 4, лоток 5, анализатор данных 6 (ЭВМ). В процессе контроля таблетки из бункера 1 перемещаются механизмом транспортировки на измерительные позиции 2 и 3 и затем на лоток 5. Анализатор данных 6 по определенной программе определяет плотность и дает последовательность укладки групп таблеток сердечника по мере возрастания плотности от середины ТВЭЛа к его концевым частям.Using the device (see figure 1) allows you to speed up and facilitate the preparation of tablets for the formation of the cores of the fuel elements. The device comprises: a
Наличие сменного бункера 1 позволяет сократить время при проведении высокотемпературной термообработки таблеток в самом бункере и исключить операции по загрузке и выгрузке таблеток.The presence of a
Пример конкретного осуществленияCase Study
Согласно предлагаемому способу для формирования сердечника ТВЭЛа определенной длины, например 500 мм, предварительно термообработанные в съемном бункере 1 таблетки проходят размерный и весовой анализ (контроль) на приборах 3 и 4, после чего данные поступают на анализатор данных 6 устройства, изображенного на фиг.1.According to the proposed method for forming a fuel rod core of a certain length, for example, 500 mm, preliminarily heat-treated tablets in a
Результаты обработки партии таблеток приведены в таблице.The results of processing a batch of tablets are shown in the table.
Для формирования сердечника ТВЭЛа длиной 500 мм использована партия таблеток из 38 штук высотой 14,7 мм, что на 2 штуки больше, чем необходимо для данной длины ТВЭЛа. Из этой партии выбрано 18 групп (пар - по максимальному и минимальному значению плотности), одна пара с максимальным отклонением от среднего не используется в данном столбе. Парные таблетки с наибольшей плотностью последовательно укладывают по краям ТВЭЛа, что иллюстрируется в таблице и на фигурах 2-4. В таблице в графе 1 приведены исходные номера, а в графе 2 - соответствующие им значения плотностей. Таблетки последовательно разбивают на группы, суммарная плотность которых приведена в графе 3. График распределения плотностей групп изображен на фиг.2, где виден случайный разброс плотности. В графе 4 приведена нумерация, а в графе 5 плотность исходных таблеток, но сформированная по мере возрастания плотности. В графе 6 группам таблеток, размещенным по мере возрастания плотности, присвоен номер, а плотность этих групп представлена в графе 7. График зависимости групп таблеток от их номера (или от их положения в топливном столбе) показан на фиг.3. В графе 8 приведены номера групп таблеток в соответствии с нумерацией, принятой в графе 6, расположенные по мере возрастания плотности от центра столба к его концевым частям, а в графе 9 соответствующие им плотности. На фиг.4 показан график зависимости плотности групп таблеток, сформированных по этому признаку.For the formation of the core of a fuel rod with a length of 500 mm, a batch of tablets of 38 pieces with a height of 14.7 mm was used, which is 2 pieces more than is necessary for a given length of a fuel rod. 18 groups were selected from this batch (pairs - according to the maximum and minimum density values), one pair with a maximum deviation from the average is not used in this column. Paired tablets with the highest density are sequentially stacked along the edges of the fuel rod, which is illustrated in the table and in figures 2-4. The table in
На фиг.2 приведен график линейной аппроксимации, имеющий заметный наклон, и величина ее достоверности, превышающая 5%. Как видно из графика на фиг.4 наклон графика линейной аппроксимации практически отсутствует, а величина ее достоверности не превышает 0,2%.Figure 2 shows a graph of linear approximation having a noticeable slope, and the value of its reliability in excess of 5%. As can be seen from the graph in Fig. 4, the slope of the linear approximation graph is practically absent, and the value of its reliability does not exceed 0.2%.
Таким образом, из графиков, изображенных на фиг.2-4, видно, что локальный разброс по плотности таблеток при случайном формировании топливного сердечника (фиг.2) больше, чем при формировании по предложенному способу (фиг.3, 4).Thus, from the graphs depicted in figure 2-4, it is seen that the local dispersion in the density of the tablets with the random formation of the fuel core (figure 2) is greater than when forming by the proposed method (figure 3, 4).
В сердечнике ТВЭЛа, сформированного в соответствии с изложенным способом (фиг.4), наибольшие значения плотности оказываются на его концевых частях, где отток тепла будет больше, а распределение температуры окажется более равномерным.In the core of the fuel rod, formed in accordance with the above method (figure 4), the highest density values are on its end parts, where the heat outflow will be greater and the temperature distribution will be more uniform.
Благодаря предложенному способу формирования сердечников ТВЭЛов отклонение плотности столба таблеток от среднего значения не превышает 1,5-2%, что было подтверждено измерениями распределения содержания урана 235 по длине ТВЭЛа на установке ПНК СУТ-1 производства НИИТФА (Руководство по эксплуатации еИ1.550.194 РЭ). Тогда как при случайном расположении таблеток в сердечнике отклонение плотности от среднего значения и распределения урана-235 может быть более 5%. Данным способом была сформирована партия сердечников для ТВЭЛов, распределение урана-235 в которой не превысило 2-3%.Thanks to the proposed method of forming fuel rod cores, the deviation of the pillar column density from the average value does not exceed 1.5–2%, which was confirmed by measuring the distribution of 235 uranium content along the fuel rod length at the PNT SUT-1 installation manufactured by NIITFA (Operation Manual eI1.550.194 RE) . Whereas with a random arrangement of tablets in the core, the deviation of the density from the average value and distribution of uranium-235 can be more than 5%. In this way, a batch of cores for fuel elements was formed, the distribution of uranium-235 in which did not exceed 2-3%.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012131715/07A RU2496164C1 (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Method to form fuel core of fuel rod |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012131715/07A RU2496164C1 (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Method to form fuel core of fuel rod |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2496164C1 true RU2496164C1 (en) | 2013-10-20 |
Family
ID=49357289
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012131715/07A RU2496164C1 (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Method to form fuel core of fuel rod |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2496164C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0948794A1 (en) * | 1996-09-09 | 1999-10-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Nuclear reactor fuel element with high burn-up and method of producing the same |
US6639961B2 (en) * | 2000-05-22 | 2003-10-28 | Framatome Cogema Fuel Co. | Nuclear fuel pellet loading method and machine for same |
RU2216797C2 (en) * | 2001-09-05 | 2003-11-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Process line for fuel rod manufacture and nuclear power reactor fuel rod |
RU2008130771A (en) * | 2008-07-24 | 2010-01-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (RU) | METHOD FOR PRODUCING NUCLEAR REACTOR HEAT FUEL ELEMENTS |
-
2012
- 2012-07-24 RU RU2012131715/07A patent/RU2496164C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0948794A1 (en) * | 1996-09-09 | 1999-10-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Nuclear reactor fuel element with high burn-up and method of producing the same |
US6639961B2 (en) * | 2000-05-22 | 2003-10-28 | Framatome Cogema Fuel Co. | Nuclear fuel pellet loading method and machine for same |
RU2216797C2 (en) * | 2001-09-05 | 2003-11-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Process line for fuel rod manufacture and nuclear power reactor fuel rod |
RU2008130771A (en) * | 2008-07-24 | 2010-01-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (RU) | METHOD FOR PRODUCING NUCLEAR REACTOR HEAT FUEL ELEMENTS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Walker et al. | On the thermal conductivity of UO2 nuclear fuel at a high burn-up of around 100 MWd/kgHM | |
Demkowicz et al. | Preliminary results of post-irradiation examination of the AGR-1 TRISO fuel compacts | |
Hunn et al. | Fabrication and characterization of driver-fuel particles, designed-to-fail fuel particles, and fuel compacts for the US AGR-3/4 irradiation test | |
RU2496164C1 (en) | Method to form fuel core of fuel rod | |
Ledergerber et al. | Characterization of high burnup fuel for safety related fuel testing | |
Symington et al. | Defect segregation facilitates oxygen transport at fluorite UO2 grain boundaries | |
RU2414760C2 (en) | Device for pelletising of nuclear fuel and method to manufacture nuclear fuel pellets with application of this device | |
CN110211710A (en) | A kind of more illuminated target material irradiations test core structure and arrangement and operation method | |
Verfondern | High-quality Thorium TRISO fuel performance in HTGRs | |
RU2648680C2 (en) | Invention relates to a device for visual inspection of fuel pellets for manufacturing a nuclear fuel rod | |
Zhai et al. | Finite-Element Analysis of Transverse Compressive and Thermal Loads on Nb 3 Sn Wires With Voids | |
Cozzo et al. | Thermal diffusivity of homogeneous SBR MOX fuel with a burn-up of 35 MWd/kgHM | |
JP5907583B2 (en) | Recycling method of reactor control rod | |
Sasahara et al. | Post-irradiation examinations focused on fuel integrity of spent BWR-MOX and PWR-UO2 fuels stored for 20 years | |
Hunn et al. | PIE on Five Irradiated AGR-1 Compacts | |
Lassmann et al. | On the diffusion coefficient of caesium in UO2 fuel | |
Sawa et al. | Integrity confirmation tests and post-irradiation test plan of the HTTR first-loading fuel | |
Maul et al. | Cracking in nuclear graphite | |
Setiawan et al. | Capability of Indonesian hot cell towards pebble bed post irradiation examination | |
CN109724903A (en) | A kind of MOX mixing evaluation of result method | |
Rozzia et al. | Predictability of Fuel Failure due to Pellet Cladding Interaction Based on PWR Over Ramp Experimental Programme | |
RU2513663C1 (en) | Method of processing optical image of spherical particles of fuel column of cermet rod | |
Chechetkina et al. | Swelling behavior of SM reactor fuel elements under irradiation conditions with elevated parameters | |
Kitamura et al. | Present status of initial core fuel fabrication for the HTTR | |
RU2391723C1 (en) | Method of evaluating quality and behaviour of fuel pellets under various modes of nuclear reactor operation |