RU2576024C2

RU2576024C2 - Fuel assembly

Info

Publication number: RU2576024C2
Application number: RU2014112921/07A
Authority: RU
Inventors: Николай Дмитриевич Васильев; Лев Михайлович Слепов
Original assignee: Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро машиностроения" (АО "ЦКБМ")
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2016-02-27
Also published as: RU2014112921A

Abstract

FIELD: atomic physics.

SUBSTANCE: invention relates to nuclear engineering and can be used in heavy liquid metal cooled reactors. The fuel assembly comprises a tail, a head, a canning tube and fuel cells, wherein the said tail, head and canning tube are made of materials which are denser than the coolant and which prevent the fuel assembly from floating in the said coolant. The volume of the tail, except the central channel for pumping the coolant, is filled with a material which is denser than the coolant, for example, tungsten, platinum or uranium. The fuel used in the fuel cells is, for example, uranium carbides and nitrides.

EFFECT: preventing floating of the fuel assembly in the heavy liquid metal coolant of nuclear reactors.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерных технологий и может быть использовано в ядерных реакторах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем.The invention relates to the field of nuclear technology and can be used in nuclear reactors with a heavy liquid metal coolant.

Наиболее распространенными тяжелыми теплоносителями являются свинец и эвтектика свинец-висмут, которые при рабочей температуре первого контура обладают плотностью выше чем у марок сталей и других конструкционных материалов, из которых изготовлены элементы тепловыделяющей сборки (ТВС) (хвостовики, центральные стержни, оболочки и т.п.), элементы тепловыделяющих элементов (твэл) (оболочки и пр.) и элементы перегрузочного оборудования. Таким образом, при эксплуатации и перегрузке ядерного реактора на ТВС и элементы перегрузочного оборудования полностью или частично погруженные в тяжелый жидкометаллический теплоноситель постоянно действует выталкивающая сила, превышающая их вес и, следовательно, обеспечивающее их всплытие, описанное в статье "Сравнительный анализ двух перспективных реакторных технологий - быстрых реакторов со свинцовым и газовым теплоносителем" (Журнал "Атомный эксперт" (приложение к журналу "Атомная энергия"), опубл. 2013 г, №12. С. 38).The most common heavy heat carriers are lead and lead-bismuth eutectic, which at a primary circuit operating temperature have a density higher than that of steel grades and other structural materials from which fuel assembly elements (fuel assemblies) are made (shanks, central rods, shells, etc. .), elements of fuel elements (fuel elements) (shells, etc.) and elements of reloading equipment. Thus, during operation and overloading of a nuclear reactor on fuel assemblies and elements of refueling equipment completely or partially immersed in a heavy liquid metal coolant, a buoyant force constantly exceeds their weight and, therefore, ensures their ascent, described in the article "Comparative analysis of two promising reactor technologies - fast reactors with lead and gas coolant "(Journal" Atomic expert "(supplement to the journal" Atomic energy "), publ. 2013, No. 12. P. 38).

ТВС является основным элементом ядерного реактора, предназначенным для получения тепловой энергии за счет осуществления контролируемой ядерной реакции в реакторе.A fuel assembly is the main element of a nuclear reactor designed to generate thermal energy through the implementation of a controlled nuclear reaction in a reactor.

Для удержания ТВС от всплытия из активной зоны реактора при наличии тяжелого жидкометаллического теплоносителя в конструкцию хвостовика ТВС приходится вводить специальный удерживающий замок, а для управления им - тягу, проходящую через всю ТВС от хвостовика до головки. Кроме того, в гнездах нижней решетки реактора приходится предусматривать элементы, удерживающие хвостовик.To keep the fuel assemblies from floating up from the reactor core in the presence of a heavy liquid metal coolant, a special retaining lock has to be introduced into the design of the fuel assembly shank, and to control it, the thrust passing through the entire fuel assembly from the shank to the head. In addition, in the nests of the lower lattice of the reactor it is necessary to provide elements that hold the shank.

Для загрузки и перегрузки ТВС в ядерном реакторе используется дистанционно-управляемое оборудование.To load and reload fuel assemblies in a nuclear reactor, remotely controlled equipment is used.

Для решения задач по перегрузке ТВС с помощью дистанционно-управляемого оборудования при наличии тяжелого жидкометаллического теплоносителя в реакторе приходится создавать сложные механизмы (захваты, комбинированные цепи, телескопические направляющие и т.п.), которые позволяют удерживать ТВС от всплытия при воздействии выталкивающей силы.To solve the problems of reloading fuel assemblies using remotely controlled equipment in the presence of a heavy liquid metal coolant in the reactor, it is necessary to create complex mechanisms (grips, combined circuits, telescopic guides, etc.) that make it possible to keep fuel assemblies from ascent when exposed to a buoyancy force.

Создание усложненных дистанционно-управляемых механизмов требует разработки дополнительных дублирующих механизмов, обеспечивающих безопасность перегрузки ТВС, при этом вероятность отказа из-за увеличенного количества кинематических и механических элементов повышается, а стоимость оборудования растет.The creation of sophisticated remote-controlled mechanisms requires the development of additional backup mechanisms to ensure the safety of fuel assemblies overload, while the probability of failure due to the increased number of kinematic and mechanical elements increases, and the cost of equipment increases.

Кроме того, для ликвидации аварийной ситуации, например всплытие ТВС, требуется дополнительное оборудование или еще большие усложнения перегрузочного оборудования.In addition, to eliminate an emergency, for example, ascent of fuel assemblies, additional equipment or even greater complications of reloading equipment is required.

Задачей изобретения является создание конструкции ТВС, исключающей ее всплытие в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе.The objective of the invention is the creation of a fuel assembly design, excluding its ascent in a heavy liquid metal coolant.

Для решения задачи по исключению всплытия ТВС и упрощения конструкции элементов ТВС, реактора и перегрузочного оборудования предлагается хвостовики, головки, наружные оболочки ТВС и неактивные части твэлов выполнять из материалов с плотностью, большей чем у теплоносителя. В качестве конструкционных материалов могут использоваться, например, вольфрам, платина и пр.To solve the problem of eliminating the ascent of fuel assemblies and simplifying the design of fuel assembly elements, reactor and loading equipment, it is proposed that shanks, heads, outer shells of fuel assemblies and inactive parts of fuel elements be made of materials with a density higher than that of the coolant. As structural materials can be used, for example, tungsten, platinum, etc.

В качестве топлива в твэлах могут быть использованы, например, карбиды и нитриды урана.Uranium carbides and nitrides, for example, can be used as fuel in fuel elements.

Свободное пространство твэлов может быть заполнено гетерами, снижающими давление газообразных продуктов деления.The free space of the fuel elements can be filled with getters, which reduce the pressure of the gaseous fission products.

Технический результат от предлагаемой ТВС, которая не всплывает в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе, заключается в существенном упрощении работы с данными ТВС как при загрузке их в реактор, так и при перегрузке реактора в процессе компании, а также в значительном упрощении конструкции оборудования, которое будет при этом использоваться.The technical result of the proposed fuel assembly, which does not emerge in a heavy liquid metal coolant, is to significantly simplify the work with fuel assembly data both when loading it into the reactor and when the reactor is overloaded in the process of the company, as well as to significantly simplify the design of the equipment, which will be be used.

Кроме того, исключается возможность возникновения аварийной ситуации, связанной со всплытием ТВС при разрушении хвостовика.In addition, it eliminates the possibility of an emergency associated with the emergence of fuel assemblies during the destruction of the shank.

Заявленное изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-2:The claimed invention is illustrated by the drawings shown in figures 1-2:

Фиг.1 - схема ТВС;Figure 1 - diagram of the fuel assembly;

Фиг.2 - сечение А-А (фиг.1).Figure 2 - section aa (figure 1).

Тепловыделяющая сборка состоит из головки 1, центральной части 2 и хвостовика 3 (фиг. 1, 2).The fuel assembly consists of a head 1, a central part 2 and a shank 3 (Fig. 1, 2).

Головка 1 предназначена для сцепления с устройствами системы перегрузки при загрузке и выгрузке.The head 1 is designed for coupling with devices of the overload system during loading and unloading.

Центральная часть 2 состоит из очехловывающей трубы, например шестигранной, с пучком твэлов, установленным внутри нее, при этом в качестве топлива в твэлах могут быть использованы, например, карбиды и нитриды урана, а свободное пространство твэлов может быть заполнено гетерами, снижающими давление газообразных продуктов деления.The central part 2 consists of a casing pipe, for example, a hexagonal one, with a bundle of fuel rods installed inside it, while uranium carbides and nitrides can be used as fuel in the fuel rods, for example, and the free space of the fuel rods can be filled with getters that reduce the pressure of gaseous products divisions.

Хвостовик 3 обеспечивает установку и удержание ТВС в реакторе, а также определенный расход теплоносителя через центральное отверстие и окна, выполненные в месте соединения центральной части 2 с хвостовиком 3 ТВС.The shank 3 provides the installation and retention of fuel assemblies in the reactor, as well as a certain flow rate of the coolant through the central hole and windows made at the junction of the central part 2 with the shank 3 of the fuel assembly.

Хвостовик 3, головка 1, очехловывающая труба центральной части 2 выполнены из материалов, имеющих плотность, большую чем у теплоносителя, что исключает плавучесть тепловыделяющей сборки в данном теплоносителе.Shank 3, head 1, casing pipe of the central part 2 are made of materials having a density greater than that of the coolant, which eliminates the buoyancy of the fuel assembly in this coolant.

Полость хвостовика 3 кроме центрального канала прокачки теплоносителя заполнена материалом 4, например вольфрамом, платиной, ураном, с удельным весом, большим чем у теплоносителя.The cavity of the shank 3 except the central channel for pumping the coolant is filled with material 4, for example, tungsten, platinum, uranium, with a specific gravity greater than that of the coolant.

Claims

1. The fuel assembly of the active zone of a fast nuclear reactor cooled by a heavy liquid metal coolant, comprising a shank, a head, an annealing pipe and fuel rods, characterized in that the said shank, head, annealing pipe are made of materials having a density greater than that of the coolant, and excluding buoyancy of the fuel assembly in this coolant.

2. The fuel assembly according to claim 1, characterized in that the volume of the shank, with the exception of the central channel for pumping the coolant, is filled with a material having a density greater than that of the coolant, for example, tungsten, platinum, uranium.