SE429271B

SE429271B - FUEL PATTERN WITH ABSORBATOR STARS

Info

Publication number: SE429271B
Application number: SE8107817A
Authority: SE
Inventors: J Lindner
Original assignee: Asea Atom Ab
Priority date: 1981-12-29
Filing date: 1981-12-29
Publication date: 1983-08-22
Also published as: SE8107817L; FR2519178A1; BE895472A; DE3247544A1

Description

15 20 25 30 55 8107817-2 En bränslepatron enligt uppfinningen är i synnerhet fördelaktig i en reak- tor som är försedd med fingerstyrstavar, varvid ett flertal 'bränslepatronerﬁ vanligtvis mindre än 50 9% av det totala antalet bränslepatroner i reaktor- härden, är anordnade att kunna mottaga styrstavsfingrar, och försedda med. ledrör för dessa. Varje spridare är då utförd med ett flertal öppningar eller vertikala kanaler, i vilka ledrör för styrstavsfingrarna. är anordnade. A fuel assembly according to the invention is particularly advantageous in a reactor provided with finger control rods, a plurality of 'fuel assemblies ﬁ usually less than 50 9% of the total number of fuel assemblies in the reactor core being arranged. to be able to receive control rod fingers, and provided with. guide tubes for these. Each spreader is then made with a plurality of openings or vertical channels, in which guide tubes for the guide rod fingers. are arranged.

Spridarna är fästade vid ledrören och därigenom fixerade i vertikal led. Led- rören är vid sina övre respektive nedre ändar styvt fästade vid en topp- ' platta respektive bottenplatta. När man vid en dylik reaktor använder bräns- lepatroner enligt uppfinningen, kan man hos ett flertal bränslepatroner som ej är avsedda att kunna mottaga styrstavsfingrar utelämna några eller samt- liga styrrör och använda den därvid frigjorda spridararean för ett flertal, i huvudsak av fertilt material bestående absorbatorstavar. Reaktorazﬂägg- ningen är vanligtvis försedd med en lyftanordning ooh ett gripdon för ur- dragning och insättning av ett flertal i sina övre ändar förenade tillslut- ningsstavar med hjälp av vilka ledrör hos ovannämnda med ledrör försedda bränslepatroner tillslutes under driftsintervall då. dessa bränslepatroner I icke är placerade i styrstavspositioner. När ett flertal bränslepatroner enligt uppfinningen ingår i härden hos en reaktor av ovan beskriven typ an- passas den i patentkravet 1 specificerade, av topplattan uppburna hållaren med fördel efter ovannämnda gripdon. Därvid kan hållaren gripas av detta gripdon, varvid de vid hållaren fästade absorbatorstavarna kan urdragas eller insättas i bränslepatronen med hjälp .av ovannämnda lyftanordning.The diffusers are attached to the guide tubes and thereby fixed in vertical joints. The guide tubes are rigidly attached at their upper and lower ends to a top plate and bottom plate, respectively. When using a fuel cartridge according to the invention in such a reactor, a plurality of fuel assemblies which are not intended to be able to receive control rod fingers can omit some or all of the control tubes and use the thereby released spreader area for a plurality, mainly of fertile material. absorber rods. The reactor shaft is usually provided with a lifting device and a gripper for pulling out and inserting a plurality of closing rods connected at its upper ends by means of which articulated tubes of the above-mentioned articulated fuel cartridges are closed during operating intervals then. these fuel assemblies I are not located in control rod positions. When a plurality of fuel assemblies according to the invention are included in the core of a reactor of the type described above, the holder specified in claim 1, supported by the top plate, is advantageously adapted to the above-mentioned gripper. The holder can then be gripped by this gripper, whereby the absorber rods attached to the holder can be pulled out or inserted into the fuel assembly by means of the above-mentioned lifting device.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas under hänvisning till bifogade sohematiska ritningar, där fig 1 visar en första utföringsform av en bränsle- patron enligt uppfinningen - ei-:rklusive absorbatorstavar - i horisontell vy, medan fig 2 visar samma bränslepatron i horisontalsnitt längs II-II på fig 1.The invention will be described in the following with reference to the accompanying sohematic drawings, in which Fig. 1 shows a first embodiment of a fuel assembly according to the invention - including absorber rods - in horizontal view, while Fig. 2 shows the same fuel assembly in horizontal section along II-II in Fig. 1.

Vidare visar fig 5 i sidovy en sats absorbatorstavar avsedd att inskjutas i den på fig 1 och 2 visade konstruktionen och tillsammans med denna bilda en bränslepatron enligt uppfinningen. Fig 4 visar en vy vinkelrätt mot pla- net IV-IV på fig 3. Fig 5 och 6 visar en andra utföringsform av en bränsle- patron enligt uppfinningen i sidovy respektive horisontalsnitt längs VI-VI på. fig 5. ' Den i samband med fig 1, 2, 5 och 4 beskrivna bränslepatronen innehåller 264 bränslestavar 1 och 1' av anrikat uran. Bränslestavarna 1', som utgör cirka 10 73' av det totala antalet bränslestavar, är utförda med större total- längd än de övriga, men med ungefär samma aktiva längd som dessa. I syfte 10 15 20 25 30 55 8107817-2 att förenkla ritningen är endast fyra bränslestavar 1' visade på. fig 1.Furthermore, Fig. 5 shows in side view a set of absorber rods intended to be inserted into the construction shown in Figs. 1 and 2 and together with this form a fuel cartridge according to the invention. Fig. 4 shows a view perpendicular to the plane IV-IV in Fig. 3. Figs. 5 and 6 show a second embodiment of a fuel assembly according to the invention in side view and horizontal section along VI-VI, respectively. Fig. 5. The fuel assembly described in connection with Figs. 1, 2, 5 and 4 contains 264 enriched uranium fuel rods 1 and 1 '. The fuel rods 1 ', which constitute about 10 73' of the total number of fuel rods, are made with a greater total length than the others, but with approximately the same active length as these. In order to simplify the drawing, only four fuel rods 1 'are shown. fig 1.

Bränslestavarna 1' har vid sina övre ändar var sin ändplugg som är förd genom ett motsvarande hål i den nedre delen 2' hos ett toppgallerorgan 2, som även innehåller en övre del 2" som är styvt förbunden med den nedre de- len 2' . Varje övre ändplugg har en ringformig anliggxzingsyta som ligger an mot undersidan av toppgallerdelen 2" och är försedd med en mutter 3. Bränsle- stavarna 1' är vid sina nedre ändar försedda med var sin nedre ändplugg som är förd genom en nedre ändgallerplatta 4 och fästad vid denna med hjälp av en mutter 5'. Bränslestavarna 1 och 1' är positionerade med hjälp av två i rostfritt stål utförda ändspridare 5 och ett flertal mellanliggande, i en zirkoniumlegering utförda spridare 6.The fuel rods 1 'each have at their upper ends an end plug which is passed through a corresponding hole in the lower part 2' of a top grid member 2, which also contains an upper part 2 "which is rigidly connected to the lower part 2 '. Each upper end plug has an annular abutment surface which abuts the underside of the top grille part 2 "and is provided with a nut 3. The fuel rods 1 'are provided at their lower ends with their respective lower end plug which is passed through a lower end grid plate 4 and fastened at this by means of a nut 5 '. The fuel rods 1 and 1 'are positioned by means of two end diffusers 5 made of stainless steel and a plurality of intermediate spreaders 6 made of a zirconium alloy.

Samtliga bärande bränslestavar 1', eller några av dem, är utförda med ra- diella utsprång som är anordnade på. sådant sätt i förhållande till spri- darna att dessas rörelsefrihet i förhållande till bränslestavarne. blir starkt begränsad i axiell led. Alternativt kan ett eller ett flertal, vid topplattan 2 och bottenplattan 4 fästade rör eller stavar, som icke inne- håller bränsle, användas för fixering av spridarna. På. fig 2 visas endast några av bränslestavarna, och endast en del av en spridare 6.All bearing fuel rods 1 ', or some of them, are made with radial projections arranged on. in such a way in relation to the diffusers that their freedom of movement in relation to the fuel rods. becomes severely limited in the axial joint. Alternatively, one or a plurality of tubes or rods attached to the top plate 2 and the bottom plate 4, which do not contain fuel, can be used for fixing the diffusers. On. Fig. 2 shows only some of the fuel rods, and only a part of a diffuser 6.

Bränslepatronen omfattar förutom den på fig 1 visade delen ett urdragbart anordnat absorbatordon 7, som innehåller ett flertal med en gemensam hållare 8 försedda absorbatorstavar 9. Varje absorbatorstav är spetsig i den nedre änden och har ett höljerör som är utfört i ett metalliskt material, t ex en zirkoniumlegering. I-Iöljeröret är tillslutet i båda ändarna och till största delen fyllt med absorbatormaterial i form av ett fertilt material.The fuel assembly comprises, in addition to the part shown in Fig. 1, a pull-out arranged absorber device 7, which contains a plurality of absorber rods 9 provided with a common holder 8. Each absorber rod is pointed at the lower end and has a casing made of a metallic material, e.g. and zirconium alloy. The oil pipe is closed at both ends and is mostly filled with absorbent material in the form of a fertile material.

Det fertila materialet kan vara naturligt uran eller torium, eller uran eller torium vars innehåll av fissilt material är mindre än hos naturligt uran respektive torium. Hållaren 8 innehåller en gallerplatta 10, vid vilken ett centralt anordnat, ihålig-t) skaft 11 är fastsvetsat. Ett handtag 12 är anordnat med begränsad axiell rörlighet på skaftet 11. Handtaget 12 trycks uppåt med hjälp av en fjäder 15.The fertile material can be natural uranium or thorium, or uranium or thorium whose content of fissile material is less than that of natural uranium and thorium, respectively. The holder 8 contains a grid plate 10, to which a centrally arranged, hollow shaft 11 is welded. A handle 12 is arranged with limited axial movement on the shaft 11. The handle 12 is pushed upwards by means of a spring 15.

Hos den i samband med fig 1; 2, 5 och 4 beskrivna bränslepatronen är det på fig 1 visade bränslestavlmippet förenat med det på, fig 3 visade absorbe- tordonet 7, genom att de i naturligt uran utförda abaorbatorstavarna 9 är införda i bränslestavlulippet genom motsvarande hål 9' och 9" i toppgaller- plattans 2 övre respektive nedre del. Varje absorbatorstav 9 är fästad vid hållaren 10 via genomgående, med en mutter 14 försedd ändtapp 14' . Nedåt 10 115 20 25 šO 35 s1@vaf?-2_ vettande ytor hes källaren 10 vilar mot uppåt vettande ytor hos toppgaller- plattans 2 övre del 2". Samtliga absorbatorstavar 9, eller ett övervägande ' antal av dessa, går genom samtliga spridare 6 och 6', eller genom ett över- vägande antal av dessa., Varje spridare är företrädesvis utförd med ett fler- tal vid spridaren fixerade, för var sin absorbatorstav 9 avsedda styr-hylsor 15, varvid varje styrhylsa 15 ryms inom en spridararea som 'alrllika med den maximala, individuella tvärsnittsarean hos ett flertal spridaroeller.In the case of Fig. 1; 2, 5 and 4, the fuel rod tip shown in Fig. 1 is connected to the absorber device 7 shown in Fig. 3, in that the absorber rods 9 made of natural uranium are inserted into the fuel rod outlet through corresponding holes 9 'and 9 "in top grids. The upper and lower part of the plate 2, respectively. Each absorber rod 9 is attached to the holder 10 via a continuous end pin 14 'provided with a nut 14. Downwards 10 115 20 25 šO 35 s1 @ vaf? -2_ facing surfaces hes the basement 10 rests towards upwardly facing surfaces of the upper part 2 "of the top grid plate 2". All absorber rods 9, or a predominant number of them, pass through all the diffusers 6 and 6 ', or through a predominant number of these. Each diffuser is preferably made with a plurality fixed to the diffuser, for each absorber rod 9, each guide sleeve 15 being contained within a spreader area which is equal to the maximum individual cross-sectional area of a plurality of spreader grooves.

Alternativt kan man i stället för de visade absorbatorstavarna 9 med bibe- hållet absorbatormaterial använda absorbatorstavar som är mindre till anta- let, men tjockare än de på fig 2 visade, t ex så. tjocka att erforderlig spri- dararea per absorbatorstav motsvarar fyra för bränslestavar avsedda spridar- celler.Alternatively, instead of the absorbent rods 9 shown with retained absorbent material, absorbent rods which are smaller in number but thicker than those shown in Fig. 2 can be used, e.g. thick that the required spreader area per absorber rod corresponds to four spreader cells intended for fuel rods.

Det på. fig 5 och 6 visade bränslestavknippet skiljer sig från det på fig 1, 2, 3 och 4 visade endast genom att samtliga bränslestavar är utförda och anordnade på samma sätt som de på fig 1 och 2 visade 'bränslestavarna 1, var- vid övre och nedre gallerplattan styvt förbundna med varandra medelst ett flertal vertikala, företrädesvis i en zirkoniumlegering utförda skenor 16 och 16' . Åtminstone några av dessa är fixerade vid spridarna 5 och 6.On the. Figures 5 and 6 show the fuel rod bundle differs from that shown in Figures 1, 2, 3 and 4 only in that all fuel rods are designed and arranged in the same way as the fuel rods 1 shown in Figures 1 and 2, the upper and lower the grid plate rigidly connected to each other by means of a plurality of vertical rails 16 and 16 ', preferably made of a zirconium alloy. At least some of these are fixed to the spreaders 5 and 6.

Sifferhänvisningar, som även är använda vid ovanstående beskrivning av den på. fig 1, 2, 5 ooh 4 visade utföringsformen, har - i samband med den på. fig 5 och 6 visade utföringsformen - samma betydelse. En bränslepatron enligt sistnämnda utföringsform innehåller ett absorbatordon av lila-nande eller precis samma konstruktion som det på fig 5 och 4 visade donet. I vissa fall kan skenorna 16' utelämnas.Numerical references, which are also used in the above description of it on. Figs. 1, 2, 5 and 4 show the embodiment shown, has - in connection with it on. Figures 5 and 6 show the embodiment - same meaning. A fuel assembly according to the latter embodiment contains an absorber device of purple or exactly the same construction as the device shown in Figs. 5 and 4. In some cases, the rails 16 'may be omitted.

IDe på. ritningarna visade brënslepatronerna är avsedda för tryckvattenreak- torer.. 'bränslepatron enligt uppfinningen kan med fördel användas även i kokvattenreaktorer. En dylik 'för en ilcokvatterzreaktór avsedd bränslepatron kan t ex åstadkommas genom att den på fig 1, 2, 3 och 4 visade bränslepatro- nen omslutes av ett höljerör, som i sin nedre ände är försett med inlopps- öppning för kylvatten.IDe on. The fuel assemblies shown in the drawings are intended for pressurized water reactors. The fuel assembly according to the invention can advantageously also be used in boiling water reactors. Such a fuel assembly intended for an ilco water reactor can be achieved, for example, by enclosing the fuel assembly shown in Figs. 1, 2, 3 and 4 by a casing tube, which is provided at its lower end with an inlet opening for cooling water.

Vid användning av de ovan beskrivna bränslepatronema urdrages och avlägs- nas absorbatordonet 7 när en sådan urbränningsgrad är uppnådd att absor- batorer kan undvaras. Samma absorbatordon kan sedan användas en eller flera gånger som absorbator i andra nyinsatta bränslestavknippen vid senare bränsle- byten. Slutligen kan absorbatordonet, eller några av dess absorbatorstavar,When using the fuel cartridges described above, the absorber device 7 is pulled out and removed when such a degree of burn-out has been achieved that absorbers can be dispensed with. The same absorber device can then be used one or more times as an absorber in other newly inserted fuel rod bundles at later fuel changes. Finally, the absorber device, or some of its absorber rods,

Claims

8107817-2 is used as an additional fuel in almost burnt-out fuel assemblies, whereby a significant increase in their service life is achieved, since the originally fertile material in the absorber rod shaft has been enriched under the influence of neutron radiation and substantially converted to fissile material. PATENT REQUIREMENTS

A fuel assembly arranged in a nuclear reactor and containing a plurality of braai levers (1, v; 1) which are parallel to a vertical center line (cc) of the fuel assembly, a plurality of vertically arranged one after the other diffusers (5, 6) at one of the fuel rods lower end (4) and a top plate (2) arranged at the upper ends of the fuel rods, and means (5, T) for fixing said plates relative to each other, while said diffuser (5, 6) is arranged to position said fuel rods, while said fuel assembly further contains a plurality of absorber rods (9), which are positioned by means of said diffusers (5, 6), each absorber rod (9) comprising a closed casing tube, the interior of which is predominantly filled with a neutron-absorbing material of the fertile type, characterized in that said absorber rods (9) are passed through a plurality of holes (sf, 9 ") in said blanket (2) one also attached to a joint, holder (10) supported by the top plate, said absorber rods (9) being arranged to be pullable out of the fuel cartridge otherwise by means of an upwardly directed, said holder (10) applied traction.

Fuel assembly according to claim 1, characterized in that said plates (2, 4) are fixed relative to each other by means of a plurality of vertical rails (16, 16 '), each rail being attached with its upper end to said top plate. and with its lower end at said bottom plate, said rails (16, 16 ') being arranged radially outside said spreader (5, 6).

A fuel assembly according to claim 1, characterized in that said neutron absorbing material is uranium, which consists essentially of Uwe, while the percentage of U235 is equal to or less than the corresponding proportion of Hass in natural uranium. 81Û7817-2

4. A fuel assembly according to claim 1, characterized in that the fuel assembly has a substantially square cross-section and in that the closer absorber rods (9) are arranged in such a way that their average distance from said vertical center (cc) is less than 40 ø of the average width of the fuel assembly.