SE470076B - Bränslepatron för en kärnreaktor av kokarvattentyp - Google Patents

Description

4-70 076 Det som kännetecknar den föreliggande uppfinningen är att hos åtminstone huvuddelen av bränslestavarna är varje bränslestav anordnad att avge en väsentligt lägre effekt i de delar av bränslestaven, som är belägna omedel- bart under spridarna i åtminstone den översta tredjedelen av bränslestavens aktiva längd, än i bränslestavens aktiva längd i övrigt. Med bränslestavens aktiva längd avses i denna patentansökning den axiella del av bränslestaven som innehåller kärnbränslematerial.

Var och en av de delar av en bränslestav, som är anordnad att avge en väsentligt lägre effekt, har lämpligen en längd av 2-10 cm och är lämpligen anordnad att avge en effekt, som är högst en tredjedel av den effekt, som bränslestaven är anordnad att genomsnittligt avge i övriga delar av dess aktiva längd. Företrädesvis har nämnda del en längd av 3-8 cm och är den anordnad att avge en effekt av högst en fjärdedel av den effekt, som bränslestaven är anordnad att genomsnittligt avge i övriga delar av dess aktiva längd.

Den lägre effekten i den angivna delen av en bränslestav kan åstadkommas genom användning av ett kärnbränslematerial i denna del, t ex av samma slag som i bränslestaven i övrigt men försatt med ett brännbart gift, t ex Gd203. Den kan bland annat också åstadkommas genom användning av ett icke fissilt material med låg neutronabsorption, t ex zirkonium eller en. zirkoniumlegering såsom Zircaloy.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utförings- exempel under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 i vertikal- snitt genom linjen I-I i fig 2 visar en utföringsform av en sammansatt bränslepatron uppbyggd av fyra bränslepatroner enligt uppfinningen, fig 2 samma sammansatta 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 4 en bränslestav i bränslepatronen i vertikalsnitt, fig 5 samma bränslestav i ett mot symmetriaxeln vinkelrätt snitt i förstorad skala samt fig 6 en schematisk bild av enbart den vertikala höljedelen av en hel bränslepatron med samtliga spridare i bränslepatronen men med endast en av bränslestavarna för att göra bilden tydlig.

I fig 1-3 betecknar 1 ett höljerör med i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt.

Höljeröret omsluter utan nämnvärt spel ett övre, kvadratiskt parti hos en bottendel 2 med en cirkulär, nedåt vettande inloppsöppning 3 för kylvatten , 3 470 076 och moderatorvatten. Bottendelen 2 uppbär förutom höljeröret 1 en bärplatta 4. Höljeröret 1 har nederst ett relativt tjockt väggparti som är fixerat vid bottendelen 2 och bärplattan H medelst ett flertal horisontella bultar, antydda medelst streck-prickade linjer 5. Höljeröret 1 är med ett ihåligt, med korsformat tvärsnitt utformat stödorgan 7 indelat i fyra vertikala rör- formade delar 6 med åtminstone i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. Stödorga- net 7 är fastsvetsat vid höljerörets fyra väggar la, lb, lc och ld och har fyra ihåliga flyglar 8. Den av stödorganet bildade korsformiga kanalen är betecknad 32 och är nederst förbundet med ett inloppsrör 9 för moderator- vatten. Varje rörformade del 6 innehåller ett knippe 25 om tjugofem bränslestavar 10. Stavarna är anordnade i ett symmetriskt gitter i fem rader innehållande vardera fem stavar. Varje stav ingår i två mot varandra vinkelräta rader. Varje knippe är anordnat med en bottenplatta 11, en topp- platta 12 och ett flertal spridare 13. Ett bränslestavknippe 25 med botten- platta 11, topplatta 12, spridare 13 och höljedel 6 bildar en enhet som i denna ansökan benämnes bränslepatron, medan den i fig 1-3 illustrerade anordningen omfattande fyra sådana bränslepatroner benämnes sammansatt bränslepatron. De fyra bottenplattorna 11 uppbäres i den sammansatta bränslepatronen av bärplattan 4 och är delvis införda i var sitt kvadra- tiska hål 14 i denna. I varje bränslepatron är minst en av bränslestavarna utförd med relativt långa, gängade ändpluggar 33 och 3ü av massivt kaps- lingsmaterial, varvid nedre ändpluggen 33 är förd genom bottenplattan 11 och försedd med en mutter 15 medan den övre ändpluggen 3H är förd genom topplattan 12 och försedd med en mutter 16. I den visade utföringsformen är centrumstaven 26 utformad på detta sätt. Denna 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 gemensamt centralparti. Varje arm har vid ytteränden ett pilspets- liknande parti 22 som vid var sitt hörn hos höljeröret 1 ligger an mot höljerörets 1 inre väggyta. Ett lyfthandtag 23 är fixerat vid armarna 20 och 21. Lyftplattan 17 och handtaget 23 bildar tillsammans ett helgjutet lyftorgan av stål. Lyftplattan 17 är fixerad vid stödorganet 7 genom att fyra vertikala skenor 28 är införda i var sin flygel 8 hos stödorganet 7 och fastsvetsade vid detta. Varje skena 28 har överst ett vertikalt, bult- liknande parti 29 som med spel är fört genom ett motsvarande hål i lyft- plattans 17 mittparti och försett med en mutter 30. Höljeröret 1 är såsom framgår av figurerna försett med i längsriktningen intermittent anordnade inpressningar 31 mot vilka stödorganet 7 är insvetsat. 470 076 _ I varje bränslestav 10 ingår såsom framgår av fig 4 och 5 ett kapslingsrör 41, vilket är av en zirkoniumlegering, såsom Zircaloy 2. Kapslingsröret är ca 4 m långt och i det är omkring 300 cirkulärcylindriska kutsar 42 stapla- de på varandra i rörets axelriktning. Kutsarna har en höjd av 11 mm och en diameter av 8,0 mm. Utom de närmast varje ända av bränslestavarna belägna kutsarna, som består av oxid av natururan, och utom de närmast under de översta spridarna belägna kutsarna 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 ändplugg 43 och den översta' kutsen tryckes nedåt med en spiralfjäder 44 som är inspänd mot en i rörets övre ände insvetsad ändplugg 45. Kutsarna är slipade så att ett spel 46 uppstår mellan mantelytan på kutsen och kapslingsrörets innervägg. Bränsle-a staven är fylld med helium under tryck. I det visade utföringsexemplet kanj centrumstaven 26 i stället för att utgöra en bärande bränslestav och ' spridarhållarstav vara utformad som en vattenfylld bärande stav och/eller spridarhållarstav. Även enstaka av övriga stavar i varje delknippe kan vara utformade som vattenfyllda stavar i stället för som bränslestavar.

Den i fig 6 schematiskt visade bränslepatronen har i det exemplifierade fallet sex spridare 13a-f. I enlighet med den föreliggande uppfinningen är var och en av åtminstone huvuddelen av bränslestavarna 10 och företrädesvis av alla bränslestavarna anordnad att avge en väsentligt lägre effekt i de delar lOa och 10b, som är belägna omedelbart under spridarna 13a och 13b i den översta tredjedelen av bränslestavens aktiva längd än i övriga delar av bränslestavens aktiva längd. I det exemplifierade fallet har delarna l0a och 10b en längd av 6 cm och är anordnade att avge en effekt av ca 4 kW/m. 0Den effekt som avges av övriga delar av bränslestavens aktiva längd uppgår genomsnittligt till ca 20 kW/m. Medan kutsarna 42 (fig 4) i bränslestaven, utom i delarna 10a och l0b i det exemplifierade fallet, utgöres av uran- dioxid med en medelanrikning av 3,5 X U235 av begynnelsevikten uran i bränslet utgöres kärnbränslematerialet i delarna 10a och l0b av urandioxid med en anrikning av 0,35 Z U 235 uppblandad med 5 viktprocent brännbart gift i form av Gd2O3. I stället för att i delarna 10a och 10b använda en blandning av ett fissilt material och brännbart gift är det möjligt att använda ett material med låg neutronabsorption, t ex Zircaloy. Det är dock en fördel att använda en blandning av det nämnda slaget, varvid halten brännbart gift företrädesvis avpassas så att det är förbrukat efter de första cyklerna med mellanliggande partiell omladdning av reaktorhärden. .vf 47a sve Det fissila materialet kan sedan tillgodogöras till fullo under den drifts- tid, som återstår, tills bränslepatronen avlägsnas ur härden, eftersom någon risk för dryout inte föreligger efter de nämnda första cyklerna.

Under vissa förhållanden kan det vara fördelaktigt att även i delen lOc under spridaren 130 anordna ett material av samma slag som i delarna lOa och lOb. Delen 10c är anordnad i övre hälften av bränslestavens aktiva längd.

Om delarna lOa, lOb resp delarna lOa, lOb och 10c är anordnade att avge ingen eller mycket låg effekt kan det vara lämpligt att anordna kärn- bränslematerialet närmast utanför dessa delar, på båda sidor, att avge en något lägre effekt än kärnbränslematerialet i övrigt utanför delarna. Däri- genom kan man säkerställa att en effektpik inte uppträder vid övergång från ett kärnbränslematerial med ingen eller låg effekt till ett kärnbränsle- material med avsevärt högre effekt.

Claims (5)

473 076 PATENTKRAV

1. Bränslepatron för en kärnreaktor av kokarvattentyp, innehållande ett flertal vertikala bränslestavar (10), vilka är anordnade mellan en botten- platta (11) och en topplatta (12) i en omslutande vertikal höljedel (6) och vilka sträcker sig genom ett antal pà inbördes avstånd i höjdled anordnade spridare (13) som tillsammans med bottenlattan och topplattan håller bränslestavarna på inbördes avstånd i sidled, varvid varje bränslestav omfattar ett kapslingsrör (41), innehållande ett kärnbränslematerial (H2), och varvid bränslepatronen är utformad med ett inlopp (3) för vatten för ledning av vatten in genom bottenplattan, genom utrymmet mellan bränsle- stavarna i den vertikala höljedelen och ut genom topplattan, k ä n n e - t e c k n a d av att hos åtminstone huvuddelen av bränslestavarna är varje bränslestav anordnad att avge en väsentligt lägre effekt i de delar (lOa, lOb, 10c) av bränslestaven som är belägna omedelbart under spridarna (lßa, 13b, l3c) i åtminstone den översta tredjedelen av bränslestavens aktiva längd än i övriga delar av bränslestavens aktiva längd.

2. Bränslepatron enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att en del (lOa, 10b, 10c) av en bränslestav (10), som är anordnad att avge en lägre effekt, har en längd av 2-10 cm.

3. Bränslepatron enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att en del (lOa, lOb, 10c) av en bränslestav (10), som är anordnad att avge en lägre effekt, är anordnad att avge en effekt som är högst en tredjedel av den effekt, som bränslestaven är anordnad att genomsnittligt avge i övriga delar av dess aktiva längd.

4. Bränslepatron enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d av att en del (lOa, lOb, 10c) av en bränslestav (10), som är anord- nad att avge en lägre effekt, är anordnad att omfatta ett av en motsvarande del av kapslingsröret (41) omgivet kärnbränslematerial innehållande ett brännbart gift.

5. Bränslepatron enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d av att en del (lOa, lOb, 10c) av en bränslestav (10), som är anordnad att avge en lägre effekt, är anordnad att omfatta ett av en motsvarande del av kapslingsröret (4) omgivet, icke fissilt material med låg neutronabsorption. .vy