SE439396B - Brenslepatron for en vattenkyld och vattenmodererad kernreaktor - Google Patents

Description

8003661-9 Dazär möjligt att utjämna denna gradient i bränsle- patronens tvärriktning och härigenom uppnå dels att bränslet utnyttjas effektivare, dels att uppkomst av lokala effekt- toppar undviks. Detta kan ske genom en ökning av neutronernas modererande inverkan i bränslepatronens centrala delar. För detta ändamål kan en eller flera av de inre bränslestavarna -bytas ut_mot vattenrör, genom vilka relativt kallt vatten leds uppåt. En dylik anordning finns beskriven exempelvis i Us 3 802 995._ i Om man önskar ökadenneutronmodererande verkan i bränslepatronens inre, ligger det alltså närmast till hands att öka antalet sådana vattenrör därstädes. Denna lösning på problemet medför emellertid den nackdelen att,eftersom tillkomst av varje ytterligare vattenrör medför bortfall av en bränslestav, bränsleelementets totala bränslekapacitet minskas. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en ök- ning av den neutronmodererande verkan i en bränslepatrons inre delar utan att detta måste ske genom ökning av antalet vatten- rör. I stället använder man ett eller flera vattenrör med större.diameter än bränslestavarnas. För att sådana grövre vattenrör skall kunna inplaceras i bränsleknippet utan att detta måste helt omkonstrueras, modifieras enligt upp-I finningen de ovannämnda distansorganen. Detta sker närmare bestämt så, att i de celler hos bränslepatronen där sådana vattenrör skall befinna sig anordnas W~formade fjäderorgan, vilka har ett mindre utrymmesbehov än de V-formade fjädrar som de ersätter men likväl kan utöva.väsentligen samma fjäderkraft.

En utföringsform av uppfinningen beskrivs nedan med hänvisning till ritningen.

Fig. l visar en vertikalsektion genom en bränsle- patron, som innehåller ett vattenrör.

Fig. 2 visar en horisontalvy av ett distansorgan för'bränslepatronen. 8003661-9 Fig. 3 visar en vertikalvy av en typ av fjäderpaket.

Fig. 4 visar i vertikalvy ett fjäderpaket.enligt en annan utföringsform.

Den i fig. l illustrerade bränslepatronen 20 inne- håller ett flertal bränslestavar 21, fasthållna mellan en övre stödplatta 22 och en undre sådan 23. Bränslestavarna 21 passerar genom ett flertal distansorgan 24, vilka utmed deras längd stöder dem, så att sidoavståndet mellan dem bibehålls och så att de skyddas från att försättas i vibration i hori- sontalriktningen.

Varje bränslestav 21 består av en långsträckt kapsel, som omsluter klyvbart bränsle och andra material, exempelvis fertilt bränsle, ett brännbart reaktorgift, ett inert materi~ al eller dylikt. Vid sina ändar är kapseln tillsluten av pluggar 26 och 27. De undre ändpluggarna 27 har utsprång, vilka skjuter ned i hâlrum 29 i den undre stödplattan 23.

De övre ändpluggarna 26 har utsprång 28, vilka samverkar med motsvarande hålrum 31 i den övre stödplattan 22.

Några av hålrummen 29 i den undre stödplattan 23 är gängade för mottagning av bränslestavar med gängförsedda utsprång 27'. På motsvarande sätt har dessa bränslestavars övre ändpluggar 26' utsprång 28', vilka är utformade såsom skruvar, passerar upp genom den övre stödplattan 22 och ovanför denna har fasthållningsmuttrar 32. På detta sätt bildar de båda stödplattorna och bränslestavarna mellan dem en stel enhet.

Denna enhet är i sidled omsluten av en mantel 33, som har väsentligen kvadratisk profil och med glidpassning omger stödplattorna 22 och 23 liksom distansorganen 24, så att densamma lätt kan monteras och demonteras. Upptill har manteln 33 en inåtriktad fläns 34, medelst vilken manteln fasthålls vid bränslepatronen i övrigt, nämligen med hjälp av skruvar 37, förenade med ståndare 36.

Den undre stödplattan 23 har en nedåt avsmalnande del 38, avsedd att mottas i en fördjupning hos en stödplatta PÛ OR QUALITY' 8003661-9 inuti reaktorns tryckkärl. Intill sin undre ände har denna del av bränslepatronen öppningar 39, genom vilka det tryck- satta kylmedlet kan strömma uppåt in mellan bränslestavarna.

Såsom framgår av fig. l, har en (eller flera) av bränslestavarna 21 i bränsleknippets innerdel ersatts av ett vattenrör 41. Detta är utfört på samma sätt som en bränslestav med undantag för att det inte innehåller något bränsle samt har öppningar 42 och 43, varjämte även dess ändpluggar har passager 44 och 46 för att tillåta vatten- genomströmning. V Enligt uppfinningens huvudkännetecken har flödet genom detta rör 41 ökats genom att röret givits större diameter än bränslestavarna 21. Dess ytterdiamter kan exempelvis vara l5 mm, medan bränslestavarna 21 har en ytter- diameter av ca. 12 mm.

Distansorganen 24 utförs lämpligen principiellt en- ligt US 3 654 077. Enligt uppfinningen modifieras de emeller- tid delvis för att bereda plats åt de grövre vattenrören 41.

Ett på så sätt delvis omkonstruerat distansorgan 24 har visats i fig. 2. Det består av ett band 50, format till en kvadrat och fasthållande en gallerliknande enhet. Gallerrutorna av- , gränsas av skenor 5l, 52 och 53. Dessa rutor 49 benämns fortsättningsvis passager eller celler. Bränslestavar 21 sträcker sig som synes genom cellerna 49, medan cellerna 49' genomgås av vattenrör 41; Vid några hörn hos cellerna be- finner sig fjäderpaket 54, som har utåtriktade, V-formade fjäderorgan, vilka var och en skjuter in i en av cellerna 49 för fasthållning av bränslestaven i denna cell. Staven lägesfixeras härvid genom att den tvingas till anliggning mot stödklackar 72.

Detaljutförandet hos ett fjäderpaket 54 framgår av fig. 3. Det har som synes fyra utåtriktade fjäderorgan 56, som sträcker sig mellan fjäderpaketets övre och undre ändar 57 resp. 58. De båda i tvärsektion kvadratiska ändpartierna hos fjäderpaketet har på varje sida en halvsfärisk utbukt- ning 59, som i princip ger punktkontakt med närliggande 8003661-9 bränslestav.

När man bestämt sig för att i bränslepatronen använda grövre vattenrör 4l och således insett att fjäderpaketen måste omkonstrueras för att bereda plats åt dessa grövre rör, ligger det närmast till hands att göra fjäderpaketen smalare och att härvid även avlägsna de halvsfäriska utbuktningarna 59. Vidare förefaller det naturligt att också reducera tvärmåttet hos stödklackarna 72 i de celler 49' där dessa grövre vattenrör skall monteras. En sådan omkonstruktion har gjorts, varvid fjäderorganen 56 dock var oförändrade.

Vid försök med ett enligt ovan modifierat bränsle- knippe visade det sig emellertid att införandet av de över- dimensionerade vattenrören krävde mycket höga krafter, högre än vad som erfordras för att trycka in bränslestavarna. Detta ledde till att det sidoriktade trycket på bränslestavarna blev för högt. De höga krafterna visade sig vara resultatet av att fjädrarna 56 deformerades, så att de kom till anligg- ning mot närliggande skenor i distansorganet, varigenom den effektiva fjäderlängden minskades och följaktligen fjäderns styvhet ökades. Därutöver konstaterades, att en sådan beröring mellan fjädrar och skenor ledde till att hela fjäderpaketet försköts i riktning bort från bränslestaven i en diagonalt intilliggande cell, varigenom alltså fjäderkraften på denna bränslestav minskades. Kontaktproblemet kunde lösas genom minskning av fjädrarnas 56 breddmått i cellerna 49!. Denna lösning var emellertid icke acceptabel, eftersom den medförde en sådan minskning av fjäderkonstanten, att fjädern icke läng- re förmâdde utöva erforderligt tryck mot vattenröret.

De ovannämnda problemen löstes enligt uppfinningen genom konstruktion av en fjäderenhet 54' enligt fig. 4.

En sådan fjäderenhet kräver ingen omkonstruktion av distans- organen men kan likväl utöva erforderligt fjädertryck mot såväl vattenrören som mot de angränsande bränslestavarna, varvid dessa tryck dessutom blir väsentligen lika stora.

En fjäderenhet 54' enligt fig. 4 skiljer sig i följ- ande avseenden från den kända enheten 54 i fig. 3. Änd- POOR QUÃLIT 8ÜÛ566lf9 partierna 57' och 58] har mindre tvärmått, genom att de sido- 'ytor hos dem vilka vetter mot celler 49' innehållande vatten- rör förflyttas närmare in mot fjäderpaketets centrum, varjämte dessa sidoytor icke har några halvsfäriska utsprång 59. Den andra huvudskillnaden är att de V-formade fjädrarna 56 på denna sida byts ut mot en W~formad fjäder 56'. Genom denna utform- ning av fjädern 56' blev det möjligt att säkerställa väsent- ligen samma fjädertryck gentemot vattenrören som det vilket de V-formade fjädrarna 56 utövar mot bränslestavarna. Båda fjädertyperna blir alltså lika mycket belastade, vilket inne- bär att man icke behöver befara att de under reaktorns drift mattas i olika utsträckning. Tack vare W-formen hålls fjädern på avstånd från distansorganen och kan följaktligen ej komma i kontakt med dessa. Visserligen medför W-formen hos fjädern 56' att denna får tvâ i stället för ett kontaktställen med vattenröret och vidare medför det minskade breddmåttet hos stödklackarna 72 att vattenrören där kommer att bli belägna närmare distansorganets skenor. Uppfinningen baserar sig emellertid delvis på insikten, att ett sådant mindre avstånd icke innebär någon olägenhet då det gäller vattenrör, medan man däremot ej skulle kunna tolerera det för en värmeut- I vecklande bränslestav, där kontaktarean med distansorganet och sidoavståndet till detta måste vara så vald att skydd ~ mot uppkomst av s.k. "hot spots" säkerställs.

Fjäderpaketen 54 och 54' kan tillverkas av exempel- vis den för användning i kärnreaktorer lämpliga legeringen INCONEL X-750. I övrigt kan distansorganen 24 lämpligen be- stå av ett material med litet infångningstvärsnitt för neutroner, exempelvis en zirkonlegering.

Claims (5)

80-03661-9 Patentkrav

1. l." Bränslepatron för en vattenkyld och vattenmodererad kärnreaktor, innefattande dels ett antal långsträckta bränslestavar, dels ett antal centralt i patronen anbragta rör (41), vilka genomströmmas av vatten, varvid stavarna (21) och rören (41) hålls lägesfixerade av distansorgan (24), vilka är uppdelade i celler (49, 49'), varvid fjäder- organ stöder bränslestavarna (21) och vattenrören (41) i cellerna, k ä n n e t e c k n a d av att vattenrören (41) har större ytterdiameter än bränslestavarna (21) och av att vartdera av de fjäderorgan (54') vilka stöder ett vattenrör (41) anligger mot detta med en W-formad fjäder (56').

2. Bränslepatron enligt krav 1, varvid distansorganens (24) celler bildas av varandra korsande skenor (51-53), k ä n n e t e c k n a d av att fjäderorganen sträcker sig diagonalt in_i cellerna (49, 49') från fjäderpaket (54'), anbragta vid skenornas korsningspunkter och av att de fjäderorgan (56) vilka sträcker sig in i celler (49), genomgângna av bränslestavar (21), är V-formade.

3. Bränslepatron enligt krav l eller 2, k ä n n e- t e c k n a d av att de W-formade fjädrarna (56') är så dimensionerade, att de mot rören (41) utövar väsentligen samma fjäderkraft som de V-formade fjädrarna (56) utövar mot bränslestavarna (21)._

4. _ Bränslepatron enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att varje fjäderpaket (54') har fyrkantig tvärsektion, varvid de sidoytor hos fjäderpaketets övre och undre ändpartier (57', 58') mellan vilka en W- formad fjäder (56') sträcker sig befinner sig närmare pa- ketets längsgående mittaxel än sidoytor mellan vilka V-formade fjädrar (56) sträcker sig.

5. Bränslepatron enligt krav 4, k ä n n e t e c k- n a d av att varje fjäderpaket (54') på de sidoytor av sina ändpartier (57', 58') till vilka V-formade fjädrar (56) är anslutna är försedda med halvsfäriska utbuktningar (59) för anliggning mot bränslestavar (21).