SE450177B - Kernbrenslepatron - Google Patents

Description

450 177 2 för vatten som är belägen mellan två angränsande delknippen ligger i de levererade bränslepatronerna som högst vid 5,3 mm 0Ch S0m lägst Vid U mm- I den svenska patentskriften 82OÄ269-8 (publ nr N33 986) föreslås använd- ning av ett större antal bränslestavar än Uxü i varje delknippe med bibe- hållande av bränslepatronens yttre dimensioner för att därigenom minska den linjära stavbelastningen, dvs effekten per längdenhet av staven, och därmed risken för att kapslingsröret skall skadas vid av bränslekutsarna under reaktorns drift orsakade påkänningar. I patentskriften rekommenderas användning av ca 80 bränslestavar i bränslepatronen och beskrives olika geometrier för positioner hos bränslestavarna i bränslepatronen och dess delknippen. Bl avisasbränslepatroner i vilka ett delknippe med 5x5 bränsle- stavar ingår. Det sägs också i patentskriften att det inte anses fördel- aktigt att öka antalet bränslepatroner så mycket att det totala antalet bränslestavar i patronen blir 100 (med fyra delknippen med 5x5 stavar) i stället för 6N. De svårigheter, som föreligger vid användning av ett totalt antal bränslestavar av 100 i patronen består i att uppnå en godtagbar reak- tivitet utan att tryckfallet i patronen blir för stort. Enligt den före- liggande uppfinningen har det visat sig möjligt att övervinna svårigheterna genom att utforma bränslestavarnas kapslingsrör med en väggtjocklek av 0,50-0,70 mm och med en ytterdiameter av 8.5-10,3 mm. Genom dessa åtgärder är det möjligt att inkorporera en för en godtagbar reaktivitet erforderlig kvantitet bränsle i bränslestavarna och samtidigt åstadkomma en för ett godtagbart tryckfall erforderlig strömningsarea i bränslepatronen. Att det på detta sätt är möjligt att minska kapslingsrörets tjocklek samman- hänger med att det visat sig möjligt att bringa gastrycket i bränslesta- ven att bli lägre än i de tidigare levererade patronerna på grund av att fissionsgasavgången i bränslet kan undertryckas som en följd av att bräns- lets temperatur kan hållas lägre.

Vad som kännetecknar den föreliggande uppfinningen framgår av patentkraven.

Bränslckutsarna i bränslestavarna har företrädesvis en diameter av 7,U-8,8 mm. Denna diameter är företrädesvis O,1H-0,20 mm mindre än kapslingsrörens innerdiameter. Avståndet mellan mantelytorna på två bränslestavar belägna i samma rad av bränslestavar i ett delknippe utgör företrädesvis 2,U-3,9 mm och avståndet mellan en intill en sidovägg i höljeröret belägen bränsle- stav och nämnda sidovägg, liksom avståndet mellan en intill en vägg i kana- len för vatten belägen bränslestav och nämnda vägg i kanalen uppgår före- 3 450 177 trädesvis till 2,0-U,O mm. Bredden hos den del av kanalen för vatten som är belägen mellan två angränsande delknippen ligger företrädesvis vid 3,0-8,0 mm. I vissa fall föredrages en bredd av 6,0-8,0 mm. Avståndet mellan spridarna i ett delknippe kan med fördel uppgå till H00-600 mm.

I en bränslepatron enligt den föreliggande uppfinningen uppnås en låg intern formfaktor på grund av förekomsten av vattenkanalen med det kors- formiga tvärsnittet. Det ger utrymme för en större axiell formfaktor, vilket kan utnyttjas för bränslebesparing genom att bränslestavarna vid sina ändar anordnas med kutsar av oxid av natururan.

Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen användes centrumstaven i varje delknippe på 5x5 stavar som bärande stav för delknippet. Centrum- staven kan därvid vara bränslebärande. Den kan emellertid också användas som bärande stav i form av en vattenfylld stav. I båda fallen kan man uppnå en eftersträvad symmetrisk mekanisk belastning med utnyttjande av en enda stav i delknippet. Nämnda eentrumstav kan med fördel antingen den är bränslebärande eller vattenfylld även utnyttjas som spridarhållarstav.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utförings- exempel under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 visar en utföringsform av en bränslepatron enligt uppfinningen i vertikalsnitt genom linjen I-I i fig 2, fig 2 samma bränslepatron i vy vinkelrätt mot ett horisontalplan genom linjen II-II i fig 1, fig 3 ett horisontalsnitt genom linjen III-III i fig 1, fig H en bränslestav i bränslepatronen i vertikalsnitt och fig 5 samma bränslestav i ett mot symmetriakeln vinkel- rätt snitt i förstorad skala.

På ritningarna 1-3 betecknar 1 ett höljerör med i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. Höljeröret 1 omsluter utan nämnvärt spel ett övre, kvadratiskt parti hos en bottendel 2 med en cirkulär, nedåt vettande inloppsöppning 3 för kylvatten och moderatorvatten. Bottendelen 2 uppbär förutom höljeröret 1 en bärplatta Ä. Höljeröret 1 har nederst ett relativt tjockt väggpartí som är fixerat vid bottendelen 2 och bärplattan U medelst ett flertal hori- sontella bultar, antydda medelst streck-prickade linjer 5. Höljeröret är uppdelat i fyra vertikala delrör 6 medelst ett ihåligt, med korsformigt tvärsnitt utformat kanalbildande organ 7 som är fastsvetsat vid höljerörets fYFfi Väßåfif Ta, lb, 1G Och 10- Det kanalbildande organet 7 har fyra ihåliga 450 177 ” flyglar 8. Det kanalbildande organet 7 är nederst förbundet med ett inlopps- rör 9 för moderatorvatten. Delrören 6 innehåller var sitt delknippe 25 om tjugofem bränslestavar 10. Stavarna är anordnade i ett symmetriskt gitter i fem rader vardera innehållande 5 stavar. Varje stav ingår i två mot var- andra vinkelräta rader. Avståndet mellan två närbelägna stavar är detsamma i båda raderna. Varje delknippe är anordnat med en gallerliknande botten- platta 11, en gallerlíknande topplatta 12 och ett flertal spridare 13. Hölje- rör 1, kanalbildande organ 7 och spridare 13 är alla av en zirkoniumlegering såsom Zircaloy Ä. De fyra bottenplattorna 11 uppbärs av bärplattan N och är delvis införda i var sitt kvadratiskt hål 1H hos denna. I varje delknippe är minst en av bränslestavarna utförd med relativt långa, gängade ändpluggar, varvid nedre ändpluggen är förd genom bottenplattan 11 och försedd med en mutter 15, medan övre ändpluggen är förd genom topplattan 12 och försedd med en mutter 16. I den visade utföringsformen är centrumstaven 26 utformad på detta sätt- Denn: stav tjänstgör även som spridarhållarstav.

Ett övre ändparti av höljeröret 1 omsluter en korsformig lyftplatta 17 med fyra horisontella armar 18, 19, 20 och 21, vilka utgår från ett gemen- samt centralparti. Varje arm har vid ytteränden ett pilspetsliknande parti 22 som vid var sitt hörn hos höljeröret 1 ligger an mot höljerörets inre vëggyta. Ett lyfthandtag 23 är fixerat vid armarna 20 och 21. Lyftplattan 17 och handtaget 23 bildar tillsammans ett helgjutet lyftorgan av stål.

Iyftplattan 17 är fixerad vid kanalen 7 genom att fyra vertikala skenor 28 är införda i var sin flygel 8 hos kanalen 7 och fastsvetsade vid denna, Varje skena 28 har överst ett vertikalt, bultliknande parti 29 som med spel är fört genom ett motsvarande hål i lyftplattans mittparti och för- sett med en mutter 30. Höljeröret 1 är såsom framgår av figurerna försett med i längsriktningen intermittent anordnade inpressningar 31 mot vilka kanalen 7 är insvetsad.

Avståndet a (fig 3) mellan två bränslestavar belägna intill varandra i samma rad är i det exemplifierade fallet 3,0 mm. Detta gäller för båda de mot varandra vinkelräta rader i vilken varje bränslestav ingår. Av- ståndet b mellan en intill en vägg i höljeröret 1 belägen bränslestav och nämnda vägg uppgår till 2,8 mm, liksom avståndet c mellan en intill en vägg i kanalen för vatten belägen bränslestav och nämnda vägg i kanalen.

Bredden d på den del 8 av kanalen för vatten som är belägen mellan två angränsande delknippen 25 är i det exemplifierade fallet 6 mm. f;

Claims (7)

5 450 177 I varje bränslestav 10 ingår såsom framgår av fíg U och 5 ett kapslingsrör H1, vilket är av en zirkoniumlegering, såsom Zircaloy 2. Kapslingsröret är ca U m långt och i det är omkring 300 oirkulärcylindriska kutsar H2 staplade på varandra i rörets axelriktning. Kutsarna har en höjd av 11 mm och en dia- meterav-8,0 mm. Utom de närmast varje ända av bränslestavarna belägna kut- sarna, som består av oxid av natururan, består kutsarna på konventionellt sätt av urandioxid anrikad med avseende på U 235. Den understa kutsen vilar stumt på en i stavens nedre ände insvetsad ängplugg H3 och den översta kut- sen tryckes nedåt med en spiralfjäder UU som är inspänd mot en i rörets övre ände insvetsad ändplugg 45. Kutsarna är slipade så att ett spel H6 uppstår mellan mantelytan på kutsen och kapslingsrörets innervägg. Kaps- lingsrörets tjocklek uppgår i det exemplifierade fallet till 0,60 mm och dess ytterdiameter till 9,U mm. Bränslestaven är fylld med helium med ett tryck av H MPa. I det visade utföringsexemplet kan centrumstaven 26 i stället för att utgöra en bärande bränslestav och spridarhållarstav vara utformad som en vatten- fylld bärande stav och/eller spridarhållarstav. Även enstaka av övriga sta- var i varje delkníppe kan vara utformade som vattenfyllda stavar i stället för som bränslestavar. PATENTKRAV

1. Kärnbränslepatron innehållande ett flertal vertikala bränslestavar (10) och eventuellt enstaka vertikala vattenfyllda stavar, vilka är omslutna av ett med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt utformat höljerör (1) och vilka medelst en vertikal kanal (7, 8) för vatten med i huvudsak korsformígt tvär- snitt är uppdelade i fyra grupper, delknippen (25), varvid varje bränsle- stav innehåller en i ett kapslingsrör (H1) anordnad stapel av kutsar (U2) av ett kärnbränsle, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje delkníppe består av tillsammans 25 brânslestavar och eventuellt förekommande vatten- fyllda stavar, anordnade i ett gitter av 5x5 stavar samt att bränslesta- varnas kapslingsrör har en väggtjocklek av 0,50-0,70 mm och en ytterdia- meter av 8,5-10,3 mm.

2. Kärnbränslepatron enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att kutsarna (H2) av kärnbränslet har en diameter av 7,4-8,8 mm. 450 177 6

3. Kärnbränslepatron enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att diametern hos kungarna (H2) är O,1U-0,20 mm mindre än innerdia- metern på kapslingsröret (H1).

4. U. Kärnbränslepatron enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d därav, att avståndet mellan mantelytorna på två bränslestavar (l0), belägna intill varandra i samma rad av bränslestavar i ett delknippe (25) uppgår till 2,H-3,9 mm.

5. - Kärnbränslepatron enligt något av patentkraven 1~U, k ä n n e t e c k - n a d därav, att avståndet mellan en intill en vägg i höljeröret (1) belägen bränslestav (10) och nämnda vägg, liksom avståndet mellan en intill en vägg i kanalen (7, 8) för vatten belägen bränslestav och nämnda vägg i kanalen uppgår till 2,0-U,0 mm.

6. Kärnbränslepatron enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att bredden på den del (8) av kanalen för vatten med korsfor- migt tvärsnitt som är belägen mellan två angränsande delknippen (25) uppgår till 3,0~8,0 mm.

7. - Kärnbränslepatron enligt något av patentkraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d därav, att åtminstone en del av bränslestavarna (10) vid sina ändar är anordnade med kutsar av oxid av natururan. B. Kärnbränslepatron enligt något av patentkraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d därav, att den i centrum av varje delknippe (25) belägna staven (26) i form av en bränslestav eller vattenfylld stav utnyttjas som bärande stav i delknippet. \ 9- Kärnbränslepatron enligt något av patentkraven I-8, k ä n n e t e c k n a d därav, att den i centrum av varje delknippe (25) belägna staven (26) i form av en bränslestav eller vattenfylld stav utnyttjas som spridarhållar- stav i delknippet. fi» I: