SE505363C2 - Bränslepatron för kärnreaktor - Google Patents

Description

505 363 2 Av ovannämnda skäl tenderar hos kokvattenreaktorer utbränningen att fördröjas i härdens övre parti, och så- lunda blir koncentrationen av U-235 relativt sett högre där än i andra partier av härden. Eftersom en fissil nuk- lid som Pu-239 relativt sett alstras i högre grad, i här- dens övre parti på grund av spektrumförhårdning orsakad av högre voidhalt jämfört med härdens undre parti, är det dessutom svårt att upprätthålla reaktorhärdens avställ- ningsmarginal i dess övre parti. På sistone har därutöver mycket arbete lagts ner på att förlänga reaktorns drift- cykel och att öka bränslets utbränning för att möta de ekonomiska kraven. Man är i så fall emellertid tvungen att öka bränslets anrikning, varför underkriticiteten i reak- torhärdens övre parti minskas ytterligare och upprätt- hàllandet av reaktorns avställningsmarginal görs ännu svårare. Dessa tekniska nackdelar har medfört svårigheter att uppnå långa driftscykler för reaktorhärdar av kon- ventionell typ. För att öka underkriticiteten under reak- torns avställningsperiod i syfte att säkerställa en upp- rätthållen reaktoravställningsmarginal, är det dessutom lämpligt att minska den skillnad som erhålles genom subt- rahering av den oändlika multiplikationskonstanten under effektdriftsperioden från den under kalldriftsperioden, dvs skillnaden mellan reaktiviteten under dessa drifts- perioder. Av ovannämnda anledning kan t ex ett förfarande användas för förbättring av reaktorns avställningsmargi- nal, vilket förfarande innefattar minskning av anrikningen i bränslestavarna i ett första skikt av bränslepatronen (dvs i de bränslestavar som är anordnade utmed kanalboxens innerväg), vilket beskrivs i den japanska patentansök- ningen nr 49946/1987.

Med ovannämnda konventionella förfarande tas emeller- tid ingen hänsyn till betydelsen av styrstavarna eller -bladen, som förs in i reaktorhärden vid reaktoravställ- ning, och förfarandet är därför inte tillräckligt för för- bättring av reaktoravställningsmarginalen. . w . ,| | 505 363 SAMMANDRAG AV UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att väsentligen undan- röja nackdelarna och bristerna hos ovannämnda teknik och att åstadkomma en förbättrad bränslepatron, som är avsedd för reaktorhärden av en kokvattenreaktor och förmår att säkerställa en upprätthållen reaktoravställningsmarginal även vid ökad bränsleanrikning och i synnerhet förmår förbättra den axiella uteffektfördelningen.

Detta ändamål kan enligt föreliggande uppfinning uppnås med hjälp av en bränslepatron för en kokvatten- reaktor, i vilken intill varandra belägna bränslepatroner bildar en härdcell med en korsformig vattenspalt, i vil- ken en korsformig styrstav är införbar, varvid varje bränslepatron innefattar ett flertal bränslestavar, som är regelbundet anordnade i en kanalbox, och varvid atom- nummerdensiteten för det klyvbara materialet i bränsle- stavarna utmed kanalboxens innervägg är reducerad jämfört med alla bränslestavars medelvärde, vilken bränslepatron kännetecknas av att atomnummerdensiteten för det klyvbara materialet i de bränslestavar som är belägna utmed kanal- boxens innervägg, som inte är belägen intill styrstaven, är mindre än atomnummerdensiteten för det klyvbara mate- rialet i de bränslestavar som är belägna utmed bränsle- boxens innervägg, som är belägen intill styrstaven.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen har dessutom bränslestavarna utmed kanalboxens innervägg, som inte är belägen intill styrstaven, var och en i en rörformig kapsel ett mellanliggande element, i vilket anrikningen av fissil nuklid är reducerad i förhållande till bränslestavens kärnbränsle, varvid det mellanliggan- de elementets axiella längd är lika med eller större än en termisk neutrons diffusionslängd under reaktorns effektdriftperiod, och varvid det mellanliggande elemen- tet är anordnat på en nivå ovanför halva längden för bränslestavens värmealstringsområde.

I ITW ~v1~| 505 l0 3 6.3 4 Hos ovan nämnda bränslepatroner för kärnreaktorer ökas den relativa uteffekten av de bränslestavar som är vända mot styrstaven och kan således styrstavsvärdet för- bättras. Följaktligen minskar den genomsnittliga uteffek- ten från bränslestavarna intill vattenspalten. Reaktorav- ställningsmarginalen förbättras genom minskning av reak- tivitetsskillnaden mellan effektdriftsperioden och (varm) kalldriftsperioden. Anordningen av bränslestavar med mel- lanliggande element i ett förutbestämt läge i bränsle- patronen ökar storleken på vattenspalten mellan intill varandra belägna bränslepatroner i reaktorhärden. Dess- utom minskas multiplikationskonstanten under reaktorns avställningsperiod och kan minskningen av multiplika- tionskonstanten återhämtas under varmdriftsperioden.

I det följande beskrivs föredragna utföringsformer av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig lA är en planvy av den första utföringsformen enligt uppfinningen.

Fig lB är en tabell som visar anrikningen i respek- tive bränslestav i fig 1A.

Fig 2-4 är diagram, som visar värdet av styrstavarna under kalldriftsperioden enligt föreliggande uppfinning och enligt teknikens ståndpunkt, reaktivitetsskillnaden under effektdriftsperioden (varm) och kalldriftsperioden och reaktivitetsskillnaden under effektdriftsperioden (kall).

Fig 5 är en planvy av den andra utföringsformen (varm) och avställningsperioden enligt uppfinningen.

Fig 6-8 är diagram som visar värdet av styrstaven med avseende pà utföringsformen i fig 5 under kalldrifts- perioden, reaktivitetsskillnaden under effektdriftsperio- den (varm) och kalldriftsperioden respektive reaktivi- och av- tetsskillnaden under effektdriftsperioden (varm) ställningsperioden (kall). 1 -TW vyl' 505 363 Fig 9A är en längdsektion genom den tredje utförings- formen enligt uppfinningen.

Fig 9B är en planvy av den tredje utföringsformen.

Fig lOA är en schematisk längdsektion genom en reak- torhärd av en kokvattenreaktor, som innefattar bränslepat- ronen enligt den tredje utföringsformen.

Fig lOB är ett diagram som visar förhållandet mellan voidhalten i axialriktningen av reaktorhärden i fig lOA och underkriticitetens fördelning.

Fig ll-29 är planvyer av den fjärde till den tjugo- andra utföringsformen enligt föreliggande uppfinning.

Fig 30A-3OD är längdsektioner genom bränslestavar av olika typ enligt uppfinningen.

Fig 31 är en planvy enligt den tjugotredje utförings- formen av uppfinningen.

Fig 32 och 33 är dellängdsektioner genom bränslesta- var enligt uppfinningen.

Fig 34-38 är planvyer av den tjugofjärde till den tjugoàttonde utföringsformen enligt uppfinningen.

Fig 39A och 398 är en längdsektionsvy och en planvy av en bränslepatron, som innefattar en kanalbox som har mindre tjocklek i sitt övre parti för ökning av vatten- mängden i bränslepatronen.

Fig 40A är en planvy som visar ett exempel på en kon- ventionell bränslepatron.

Fig 40B är en tabell bränslestavar som visas i fig 40A.

BESKRIVNING AV DE FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMERNA Fig lA är en planvy enligt den första utföringsformen som visar anrikningen i de av uppfinningen, varvid hänvisningssiffrorna l-14 avser bränslestavar, som har från varandra avvikande anrikning, och anrikningen i respektive bränslestav l-14 framgår av den det fler i fig lB visade tabellen. Bränslestavarna är regelbun- anordnade i en kanalbox 13 (åtta rader och åtta kolum- i den visade utföringsformen). Såsom framgår av tabel- len i fig lB, är den genomsnittliga anrikningen i bränsle- stavarna (6, 7, 8, 9, 10, ll, 12, 13, 14) i det första |||-| 505 363 6 skiktet, som är anordnat intill en vattenspalt, mindre än i bränslestavarna som helhet, men den genomsnittliga an- rikningen i bränslestavarna (6, 7, 8, 9) i det första skiktet på den sida där en vattenspalt är belägen, i vil- ken en styrstav R förs in, är högre än den i bränsle- stavarna (lO, ll, 12, 14) på den sida där en vattenspalt är belägen, i vilken ingen styrstav förs in.

Fig 2-4 är diagram som visar de med hjälp av den första utföringsformen enligt uppfinningen uppnådda effek- terna och anger resultaten för jämförelsen mellan denna utföringsform och teknikens ståndpunkt avseende värdet av styrstaven under kalldriftsperioden, reaktivitetsskill- naden mellan effektdriftsperioden och kalldriftsperioden och reaktivitetsskillnaden mellan effektdriftsperioden och kallavställningsperioden med avseende på fall l-4 i tabel- len i fig lB. Som teknikens ståndpunkt används vid denna jämförelse det i fig 40 visade exemplet, som beskrivs i nämnda japanska patentansökning nr 49946/1987 som en före- dragen utföringsform.

I fig 2 visas närmare bestämt resultatet för jämfö- relsen av styrstavsvärdet under kalldriftsperioden. Såsom framgår av fig 2, där den heldragna linjen avser före- liggande utföringsform, åstadkommes för fall l och 2 ökning av styrstavsvärdet i förhållande till referens- exemplet, medan det av den heldragna linjen angivna värdet minskar något i förhållande till referensen för fall 3 och 4. Detta beror på att i denna utföringsform anrikningen i bränslestavarna mittför styrstaven R har minskats avsevärt (i fig 3 till 60%; i fall 4 till ca 40%) jämfört med refe- rensexemplet med ökande fallnummer. Hos det med streckad linje angivna exemplet enligt teknikens ståndpunkt ökar däremot styrstavsvärdet jämfört med referensexemplet helt enkelt med ökning av fallnumren.

I fig 3 visas ett diagram för jämförelse av reaktivi- tetsskillnaden under kalldriftsperioden och effektdrifts- perioden, och kurvans värde definieras som den oändliga multiplikationskonstanten för den kalla härden minus den | 'TW «,|| 505 363 7 för den varma härden. Av fig 3 framgår att skillnaden minskar systematiskt för föreliggande utföringsform jäm- fört med det konventionella exemplet, och att föreliggande utföringsform också är överlägsen med avseende pà reakti- vitetsskillnaden mellan kalldriftsperioden och effekts- driftsperioden jämfört med det konventionella exemplet.

I fig 4 visas en jämförelse mellan reaktivitetsskill- naden under effektdriftsperioden och kallavställningsperi- oden. Ökningen av värdet för denna skillnad innebär för- bättring av reaktoravställningsmarginalen, och värdet de- finieras som oändliga multiplikationskonstanten för härden i varmt driftstillstànd minus den för härden i kallt av- ställningstillstånd. Det framgår att föreliggande utfö- ringsform effektivare förbättrar reaktoravställningsmar- ginalen än det konventionella exemplet.

Fig 5 är en planvy som visar en annan utföringsform enligt uppfinningen, varvid bränslestavarna P, som visas snedstreckade, är utformade som ihåliga bränslestavar med liten packningstäthet.

I denna utföringsform har i bränslestavarna P, som är belägna mittför vattenspalten pà den sida där styrstaven R inte förs in, borrats hål, i vilka ett kemiskt stabilt ämne, som har litet neutrontvärsnitt, såsom Al2O3 eller ZrO2, har inrymts för att minska atomnummerdensiteten (atomic number density) av det klyvbara materialet i bränslestavarna till ett mindre värde än för bränsle- stavarna i det andra området.

Fig 6-8 är diagram som anger värdet av styrstaven un- der den kalla perioden, reaktivitetsskillnaden under ef- fektdriftsperioden och kalldriftsperioden respektive reak- tivitetsskillnaden under effektdriftsperioden och kallav- ställningsperioden vid varierande atomnummerdensitet för den andra utföringsformen. I diagrammen utgör atomnummer- densiteten 1,0 ett värde motsvarande "referensen" i fig 40.

| 'TW vy|| 505 363 8 Såsom framgår av diagrammen kan reaktorns avställ- ningsmarginal effektivt förbättras genom minskning av atomnummerdensiteten av det klyvbara materialet i de bränslestavar som är anordnade i ett parti mittför vat- tenspalten, i vilken styrstaven R inte förs in.

I fig 9 visas en tredje utföringsform av en bränsle- patron enligt uppfinningen, varvid fig 9A visar en längd- sektion genom bränslepatronen och fig 9B en planvy därav.

Hos denna tredje utföringsform används en av sökanden utvecklad teknik, som beskrivs i de japanska patentansök- ningarna nr 72990/1987 och 85748/1987 (japanska publice- ringsnummer 241381/1988 och 252292/1988) och i US-patent- ansökningen nr 173 786, enligt vilka multiplikationskon- stanten under kalldriftsperioden minskas, varvid reaktor- avställningsmarginalen (underkriticiteten) förbättras ge- nom införing av ett element, som har en förutbestämd längd och en kraftigt reducerad fissil nukliddensitet, i en rör- formig metallkapsel.

Närmare bestämt innefattar bränslepatronen enligt den tredje utföringsformen en vattenstav 12, som har kvadra- tisk tvärsektion och är belägen väsentligen i bränslepat- ronens centrala parti, och, förutom i det centrala parti- et, bränslestavar 10 och ll, som är anordnade på ett re- gelbundet sätt i nio rader och nio kolumner. Bränslesta- varna 10 och ll omges av kanalboxen 13 och deras övre och undre ändar är fästa vid en topplatta 14 respektive en bottenplatta 15.

Bränslestavarna ll är utformade som bränslestavar P, i vilka mellanliggande element 16 har förts in. Företrä- desvis är den lämpliga vertikala längden 0 av vartdera mellanliggande element 16 mindre än en tredjedel (1/3) av längden på bränslets effektiva vertikala längd H, i denna utföringsform t ex 15 till 60 cm. Det centrala partiet av det mellanliggande elementet 16 är anordnat i ett parti, som är beläget på ett avstånd av 3/4H från den undre änden av den verksamma bränslelängden. Skälet för placering av det mellanliggande elementet 16 i detta läge är att reak- .mv 1,|\| 505 363 9 torhärdens underkriticitet är speciellt låg kring detta parti på ungefär 3/4H från botten av det effektiva bräns- leområdet och inom ett område med en vertikal längd på ungefär l/4H. Det mellanliggande elementet 16 beskrivs närmare nedan, men som typiska exempel för det mellan- liggande elementets material kan nämnas ett ihåligt rör, grafit, kutsar av ZrH2 eller vatten.

Ett element 16a för dämpning av uteffekttoppar (out- put power spike), vilket beskrivs närmare i det följande, är anordnad intill det mellanliggande elementet 16 för att förhindring av sådana effekttoppar.

Såsom framgår av fig 9A förs hos kokvattenreaktorer den korsformiga styrstaven R in i respektive ut ur vatten- spalten mellan intill varandra belägna bränslepatroner.

Införingen av styrstaven R gör det möjligt att nedbringa bränslestavarnas neutronmultiplikationskonstant, men detta sker inte enhetlig utmed hela bränslepatronen, eftersom neutronmultiplikationskonstanten nedbringas kraftigt på den sida av bränslepatronen som är belägen mittför styr- staven R och nedbringas mindre på den sida som är belägen mittför vattenspalten, i vilken styrstaven R inte förs in i eller förs ut ur. Detta är enligt uppfinningen signifi- kant, och för att huvudsakligen utnyttja bränslestavarnas P underkriticitetsökande verkan under reaktoravställnings- perioden pà den sida där styrstaven R inte förs in, är bränslestavarna ll (av P-typ) anordnade vid sidan om vat- tenspalten, i vilken styrstaven R inte förs in, för att effektivt öka vattenspalten mot de intilliggande, ej visade bränslepatronerna. Eftersom den effektiva storleken av vattenspalten enligt denna utföringsform ökas avsevärt jämfört med den befintliga vattenspalten tack vare arran- gemanget av bränslestavarna (P), minskas neutronmultipli- kationskonstanten väsentligen under kallavställnings- perioden (dvs ökas underkriticiteten) och àterhämtas den under högtemperaturdriftsperioden, och de lämpliga mode- reringsegenskaperna uppnås automatiskt tack vare minsk- ningen av vattendensiteten. 1 'fw 505 363 Tre bränslestavar 11 (av P-typ) är anordnade i hörn- partierna av bränslepatronen enligt denna utföringsform, och de är belägna mittemot den centrala axeln av den kors- formiga styrstaven, eftersom hörnpartierna i relativt stor grad bidrar till minskningen av multiplikationskonstanten under reaktoravställningsperioden och till ökning av mul- tiplikationskonstanten under reaktorhögtemperaturdrifts- perioden.

Bränslepatronen enligt denna i fig 9B visade utfö- ringsform innefattar tjugotvå bränslestavar ll av P-typ.

En typisk (eller standard-) bränslestav 10 har en effektiv längd (värmealstringslängd) pà ca 3,6-3,7 m. Vid drift av kokvattenreaktorns härd utförs utbränningsövervakningen genom att den effektiva längden av bränslestaven till lika delar delas i 24 delar, varför för enkelhets skull en tjugofjärdedel (1/24) av längden pà 3,6-3,7 m i allmänhet används som enhetslängd för det mellanliggande elementet (dvs ca 15 cm, allmänt kallat en nod). Detta är givetvis ingen väsentlig faktor.

Antag nu att ett mellanliggande element, som har en längd av tre noder (ca 45 cm), förs in i bränslestaven 10.

Denna längd motsvarar väsentligen längden I' av en gaskammare (plenum), som är anordnad i det övre partiet av en typisk bränslestav 10, så att gaskammaren, om den inte anordnas i bränslepatronens (P) övre parti utan istället i det läge där det mellanliggande elementet förts in, helt upptar dess plats. Detta är tänkbart för bränslepatronen i fig 9A, där diametern i det övre partiet l6c av bränsle- staven har minskats effektivt. Minskningen av diametern medför ökning av kylmedelsflödesarean och bidrar till minskning av tryckfallet hos kylmedlet, så att kanalens stabilitet förbättras och cirkulationspumpens kapacitet effektivt minskas och därmed en ekonomisk förbättring uppnås.

Såsom framgår av ovanstående innefattar bränslepatro- nen enligt denna utföringsform tjugotvà bränslestavar ll av P-typ, och under förutsättning att alla dessa bränsle- | 'fw 1,|~|' 505 363 ll stavar ll innefattar sektioner med mellanliggande element, som har en längd av tre noder, kan uraninnehàllet minskas med en mängd motsvarande 2,75 bränslestavar (22 x 3/24).

Dessutom minskas enligt denna utföringsform uraninnehållet med en mängd motsvarande fem bränslestavar på grund av den vattenstav som är anordnad i bränslepatronens centrala parti, varför bränsleinnehàllet sammanlagt minskas med en mängd motsvarande 7,75 bränslestavar. Hos en bränslepatron av 9x9 typ (nio rader och nio kolumner), liksom denna ut- föringsform, har en minskning på nio bränslestavar genom- förts p g a användning av en vattenstav. Jämfört därmed har föreliggande utföringsform ett uraninnehåll som om- fattar 1,25 fler bränslestavar än ovannämnda, praktiska utföringsform. Detta innebär i synnerhet att värmealst- ringen per enhetsarea av kärnreaktorn kan ökas eller effektdensiteten effektivt kan minskas i motsvarande grad för att bidra till förbättring av betingelserna för bräns- lestavarna.

Fig 10A är en vy som visar användning av den uppfin- ningsenliga bränslepatronen i fig 9 i en kokvattenreaktor, och fig lOB är ett diagram som visar förhållandet mellan voidhalten i axialriktningen av en reaktorhärd och under- kriticitetsfördelningen. De mellanliggande elementen 16 är anordnade i de snedstreckade lägena i fig lOA, och deras höjd är lämpligen anpassad till nivån av de mellanliggande elementen l6 i respektive bränslestav. Även om den axiella längden av varje mellanliggande element kan variera bero- ende på antalet bränslestavar med mellanliggande element och sättet de anordnas pà, är axiallängden vanligtvis 15- 90 cm. Under 15 cm kan ingen stor verkan förväntas, medan verkan över 90 cm relativt sett inte är proportionell mot minskningen av mängden laddat värmealstringsmaterial.

Eftersom de mellanliggande elementen är anordnade i par- tier av bränslepatronen där underkriticiteten är som minst, kan denna utföringsform av uppfinningen drivas ef- fektivt. 1 'IW 1 | I -| 505 lO 363 12 Fig 11 är en planvy av den fjärde utföringsformen en- ligt uppfinningen, varvid den korsformiga styrstaven R förs in i eller dras ut ur reaktorhärden i ett parti som är vänt mot det vänstra övre hörnet av den visade bränsle- patronen. Bränslestavarna P, P1 och P2 med de mellan- liggande elementen har lämpligen valts bland de i fig 30A- 30D visade, men arrangemanget därav i bränslepatronen är olika, varför de har olika beteckningar (vilket även gäl- ler nedan beskrivna utföringsformer). Samma hänvisnings- beteckningar används för de partier eller element som mot- svarar dem hos den tredje utföringsformen (vilket även gäller de nedan beskrivna utföringsformerna).

Hos den i fig ll visade utföringsformen bidrar det perifera partiet av den stora kvadratiska vattenstaven 12 till förbättring av reaktorns avställningsmarginal, och följaktligen har fyra bränslestavar P2 med mellanliggande element anordnats istället för de vanliga fyra bränslesta- varna 10 vid vattenstavens l2 periferi.

Dessa fyra bränslestavar P2 med mellanliggande ele- ment tjänar till effektiv ökning av multiplikations- konstanten Keff under högtemperaturdriftsperioden (varm) av reaktorhärden (eftersom den stora vattenstaven 12 för- ses med en tillräcklig mängd vatten och effekten kan alst- ras). Av denna anledning har bränslepatronen enligt denna utföringsform det visade stavarrangemanget för effektiv utnyttjning av det beskrivna fenomenet. Arrangemanget av bränslestavarna P2 ökar effektivt dimensionen av vatten- staven för ökning av underkriticiteten av reaktorhärden under kallavställningsperioden. För att undvika minskning av uraninnehållet, kan utformning av bränslestavarna P1 som vanliga bränslestavar utan mellanliggande element övervägas. Hos bränslestavarna kan nämnda ändamål uppnås utan alstring av en effekttopp genom införing av en bränn- bar absorbator (t ex Gd) endast i det radiellt centrala partiet i en sådan mängd att absorptionseffekten upphör mot slutet (slutskedet) av driftscykeln. .-1'ßr~ |,|~|“ 505 363 13 Fig 12 är en planvy av den femte utföringsformen en- ligt uppfinningen, varvid bränslestavarna P2 med de mel- lanliggande elementen istället för bränslestavarna P hos den föregående utföringsformen är anordnade korsformigt i förlängningen av diagonalerna av den kvadratiska vatten- staven 12, som är anordnad i bränslepatronens centrala parti. Dessutom innefattar bränslepatronen enligt förelig- gande uppfinning tjugoàtta bränslestavar P med mellanlig- gande element och fyrtioåtta typiska bränslestavar 10. bränslepatron, Fig 13 är en planvy av den sjätte utföringsformen en- ligt uppfinningen och är anpassad till en konventionell i vilken två tunna vattenstavar 17 är an- ordnade istället för den stora vattenstaven. Följaktligen innefattar bränslepatronen enligt denna utföringsform fem- ton bränslestavar P med mellanliggande element och fyrtio- sju typiska bränslestavar 10. Under förutsättning att de eller 45 cm, mellanliggande elementen har en axiell längd på 30 cm har uraninnehàllet minskats med en mängd mot- svarande 1,25 eller 1,88 bränslestavar.

Fig 14 är en planvy av den sjunde utföringsformen en- ligt uppfinningen och är avsedd för användning i en kon- ventionell bränslepatron av ovannämnda typ, som innefattar två tunna vattenstavar 17. Bränslepatronen enligt denna utföringsform innefattar bränslestavar P, lanliggande element och dessutom är anordnade nära styr- som har ett mel- stavens centrala axel, och följaktligen ingår i denna ut- föringsform fjorton bränslestavar P och fyrtioåtta typiska bränslestavar 10. Om det mellanliggande elementet har en axiell längd av 30 cm eller 45 cm, har uraninnehållet minskats med en mängd motsvarande l,l7 eller l,75 bränsle- stavar, men själva bränslepatronen har väsentligen samma 17, funktion som den enligt sjätte utföringsformen i fig 13.

Fig 15 är en planvy av den åttonde utföringsformen enligt uppfinningen och utnyttjar tvà tunna vattenstavar innefattar bränslestavar P, såsom beskrevs med avseende på utföringsformerna i fig 13 och 14. Bränslepatronen enligt denna utföringsform I 'TW som har mellanliggande element |||-| 505 363 14 och dessutom är anordnade koncentrerat kring bränsle- patronens centrala parti, och omfattar följaktligen tjugoen bränslestavar P och fyrtioen typiska bränslestavar . Under förutsättning att det mellanliggande elementet har en längd pà 30 cm har uraninnehållet minskats med den mängd motsvarande 1,75 bränslestavar, men inuti bränsle- knippet uppstår bindnings-/separationsfenomen pà grund av variationen av vattendensiteten under den varma och den kalla driftsperioden. Bränslepatronen enligt denna utfö- ringsform kan fungera effektivare än de tidigare utfö- ringsformerna i fig 13 eller 14.

Fig 16 är en planvy av den nionde utföringsformen en- ligt uppfinningen och utnyttjar också två tunna vattensta- var liksom utföringsformerna i fig 13 eller 14. Bränsle- patronen enligt denna utföringsform innefattar bränslesta- var P, som har mellanliggande element och dessutom är sym- metriskt anordnade i partier längs hela bränslepatronens periferi, och följaktligen omfattar den sammanlagt tjugo- åtta bränslestavar P med mellanliggande element och tret- tiofyra typiska bränslestavar 10. Enligt denna utförings- form är bränslestavarna P anordnade i större antal, så att uraninnehàllet minskas med en mängd motsvarande 2,33 bränslestavar om varje mellanliggande element har en axiell längd på 30 cm. Det är därför nödvändigt att något minska längden av det mellanliggande elementet för att undvika nackdelar till följd av minskat U02-innehåll.

Bränslepatronen enligt denna utföringsform uppvisar avse- värt stor bindnings-/separationsfunktion. Jämfört med de andra bränslestavarna P förbättras, även om funktionen av bränslestavarna P mittemot styrstaven minskas under reak- toravställningsperioden, egenskaperna under högtemperatur- driftsperioden tack vare det symmetriska arrangemanget av de ytterligare bränslestavarna P.

Fig 17 är en planvy av den tionde utföringsformen en- ligt uppfinningen, varvid en stor rund vattenstav 18, som har en storlek motsvarande fyra typiska bränslestavar, är anordnad väsentligen i bränslepatronens centrala parti.

I 'TW 505 363 Bränslepatronen enligt denna utföringsform innefattar sex- ton bränslestavar P med mellanliggande element och fyrtio- fyra typiska bränslestavar 10. Om vart och ett av de mel- lanliggande elementen har en axiell längd på 30 cm, mins- kas uraninnehållet med en mängd motsvarande 1,33 bränsle- stavar 10. Bränslepatronen enligt denna utföringsform upp- visar funktioner eller effekter motsvarande dem som uppnås med utföringsformerna i fig 13 och 14.

Fig 18 är en planvy av den elfte utföringsformen en- ligt uppfinningen. Bränslepatronen enligt denna utförings- form innefattar en stor kvadratisk vattenstav 19, som har en storlek motsvarande fyra typiska bränslestavar och är anordnad i bränslepatronens centrala parti, och sexton bränslestavar P med mellanliggande element och fyrtiofyra bränslestavar 10. Om vart och ett av de mellanliggande elementen har en axiell längd på 30 cm, minskas uraninne- hållet med en mängd motsvarande 1,33 typiska bränslesta- var. Bränslepatronen enligt denna utföringsform uppvisar väsentligen samma funktioner och effekter som de som upp- nås med utföringsformen i fig 17.

Fig 19 är en planvy av den tolfte utföringsformen en- ligt uppfinningen. Bränslepatronen innefattar llxll (elva rader och elva kolumner) bränsleceller och en stor vatten- stav 20, som har en storlek motsvarande nio typiska bräns- lestavar och är anordnad i bränslepatronens centrala par- ti. Tjugoen bränslestavar P, som var och en har ett mel- lanliggande element, är anordnade utmed den innervägg av kanalboxen som inte är belägen mittemot den korsformiga styrstaven, och en bränslestav P är också anordnad i det hörnparti av bränsleknippet som är vänt mot den centrala axeln av styrstaven. Bränslepatronen innefattar dessutom nittio typiska bränslestavar 10. Om vart och ett av de mellanliggande elementen har en axiell längd på 30 cm, minskas uraninnehållet med en mängd motsvarande 1,83 bränslestavar.

|Ifw 505 363 16 Fig 20 är en planvy av den trettonde utföringsformen enligt uppfinningen och är ett modifierat exempel av den h tolfte utföringsformen i fig 19, i vilken bränslecellerna innefattar llxll (elva rader och elva kolumner) bränsle- stavar, och en stor kvadratisk vattenstav 21, som har en storlek motsvarande nio bränsleceller, är anordnad i brän- slepatronens centrala parti. Bränslepatronen innefattar dessutom tjugotvå bränslestavar P med mellanliggande ele- ment och nittio bränslestavar 10 och uppvisar väsentligen samma funktioner och effekter som de med hjälp av den ti- digare utföringsformen i fig 19 uppnådda.

Fig 21 är en planvy av den fjortonde utföringsformen enligt uppfinningen, varvid en stor kvadratisk vattenstav 22, som har en storlek motsvarande fem bränsleceller, är anordnad i bränslepatronens centrala parti med en lutning, sett i planvy, pà 45° med avseende på bränsleknippet.

Bränslepatronen enligt denna utföringsform innefattar fem- ton bränslestavar P med mellanliggande element, tio bräns- lestavar Pl med mellanliggande element och en bränslestav P2 också med mellanliggande element. Bränslestavarna Pl är anordnade korsformigt för att indela bränsleknippet i fyra sektioner, dvs fyra delknippen, och bränslestavarna P är anordnade utmed de innerväggar av kanalboxen som inte är belägna mittför den korsformiga styrstaven. Bränslepat- ronen innefattar dessutom fyrtioåtta typiska bränslestavar lO. Hos bränslepatronen enligt denna utföringsform kan, som tillskott till bränslestavarnas P funktioner, avstån- det mellan delområdena i nivå med placeringen av de mel- lanliggande elementen i bränslestavarna Pl, som är cent- ralt korsformigt anordnade, göras större, så att den effektiva multiplikationskonstanten vid höga temperaturer (varm Keff) kan ökas och den effektiva multiplikations- konstanten vid låg temperatur (kall Keff) kan minskas av- sevärt, så att den stora reaktoravställningsmarginalen kan upprätthållas. Även om de för införing i var och en av bränslestavarna P, P1 och P2 avsedda elementen görs rela- tivt korta, kommer ändå en avsevärd positiv effekt att , ,fw 1 *fw 505 363 17 erhållas. Om det mellanliggande elementet har en axiell längd på 30 cm, minskas uraninnehållet med en mängd mot- svarande 2,33 bränslestavar.

Fig 22 är en planvy av den femtonde utföringsformen enligt uppfinningen, varvid en kvadratisk vattenstav 12, som har en storlek motsvarande fem typiska bränslestavar, är anordnad i bränslepatronens centrala parti med en lut- ning på 45° med avseende på bränsleknippet sett i planvy.

Hela bränslepatronen är indelad i nio delknippen 23 me- delst något bredare spalter 24. Femton bränslestavar P och en bränslestav P2 alla med mellanliggande element, är an- ordnade utmed de innerväggar av kanalboxen som inte är vända mot styrstaven liksom i ett hörnparti, som är belä- get mittför styrstavens centrala axel. Bränslepatronen en- ligt denna utföringsform innefattar dessutom sextio typis- ka bränslestavar 10. Om de mellanliggande elementen har en axiell längd på 30 cm, minskas uraninnehållet motsvarande 1,33 bränslestavar. Med hjälp av denna utföringsform kan effekterna med ökning av den effektiva multiplikations- konstanten vid höga temperaturer (varm Keff) och minskning av den effektiva multiplikationskonstanten vid låga tempe- raturer (kall Keff) (uppfätthållande av den stora avställ- ningsmarginalen) uppnås, men effekterna är mindre än hos den tidigare i fig 21 visade utföringsformen.

Fig 23 är en planvy av den sextonde utföringsformen enligt uppfinningen och utgör ett modifierat exempel av den tidigare i fig 22 visade utföringsformen. I bränsle- patronen enligt denna utföringsform är en kvadratisk vat- tenstav 25 anordnad, som är något större än den tidigare med 12 betecknade, och respektive bränslestavar 10 är dessutom anordnade i partier mittför den kvadratiska vat- tenstavens 25 sidor. Följaktligen innefattar bränslepat- ronen enligt denna utföringsform sjutton bränslestavar P med mellanliggande element, en bränslestav P2 med mellan- liggande element och femtioåtta typiska bränslestavar lO.

Eftersom den centralt anordnade kvadratiska vattenstaven är större än i den tidigare utföringsformen, kan reak- 505 363 18 toravställningsmarginalen upprätthållas i tillräckligt hög grad jämfört med föregående utföringsform.

Fig 24 är en planvy av den sjuttonde utföringsformen enligt uppfinningen, vilken utgör ett modifierat exempel av den i fig 21 visade utföringsformen och i vilken en stor rund vattenstav 26 och en bred korsformig vattenspalt 27 är förskjutet anordnade med avseende på bränsleknippet.

Bränslepatronen av denna typ är användbar för en reaktor- härd av BWR-D-gittertyp, i vilken storleken av vattenspal- terna i ytterperiferin av bränslepatronen är olika. Hos reaktorhärdar av denna typ anordnas den korsformiga styr- staven R företrädesvis så att den centrala bärande bräns- lestaven är belägen i det vänstra övre partiet av figuren.

Ett stort antal bränslestavar är anordnade i ett område med en stor vattenspalt. Bränslepatronen enligt denna ut- föringsform innefattar sjutton bränslestavar P och en bränslestav P2, som alla har mellanliggande element, och femtionio typiska bränslestavar 10.

Fig 25 är en planvy av den artonde utföringsformen enligt uppfinningen och innefattar fyra delknippen 28, som skiljs åt medelst en korsformig spalt 29 i form av ett icke-kokande moderatorvattenområde. Femton bränslestavar av P-typ är anordnade i partier, som är vända mot vatten- spalten, som inte är belägen vid styrstaven R, och en bränslestav P2 är anordnad i ett hörnparti mittför styr- stavens R centrala axel. Bränslepatronen innefattar dess- utom fyrtioåtta typiska bränslestavar 10. Med hjälp av denna utföringsform uppnås fördelaktiga effekter med ök- ning av den effektiva multiplikationskonstanten vid höga temperaturer och minskning av den effektiva multiplika- tionskonstanten vid låga temperaturer, dvs för upprätt- hållande av reaktoravställningsmarginalen.

Fig 26 är en planvy av den nittonde utföringsformen enligt uppfinningen och innefattar nio delknippen 30, som skiljs åt av breda spalter 31 och vardera innefattar nio bränslestavar 10. Sjutton bränslestavar av P-typ är anord- nade vända mot det parti av vattenspalten där styrstaven R 505 363 19 inte är belägen, och en bränslestav P2 med mellanliggande element är anordnad i ett hörnparti, som är vänt mot styr- stavens R centrala axel. Det centrala delknippet innefat- tar bränslestavar av Pl-typ, och följaktligen innefattar bränslepatronen enligt denna utföringsform sjutton bräns- lestavar P, nio bränslestavar Pl, en bränslestav P2 och fyrtiofyra typiska bränslestavar 10. Bränslepatronen en- ligt denna utföringsform ger samma fördelaktiga effekter med ökning av den effektiva multiplikationskonstanten vid höga temperaturer och minskning av den effektiva multipli- kationskonstanten vid làga temperaturer, dvs upprätthål- lande av en hög reaktoravställningsmarginal.

Fig 27 är en planvy av den tjugonde utföringsformen enligt uppfiningen och innefattar nio delknippen och en stor vattenstav 33, som har en storlek motsvarande nio ty- piska bränslestavar och är anordnad i ett centralt parti av bränslepatronen. De för anordning i respektive hörnpar- tier av bränsleknippet avsedda bränslestavarna har avlägs- nats och kanalboxens hörnytor är avfasade. Bränslestavarna lO är istället anordnade i spalterna 34 mellan den runda vattenstavens 33 ytteromkrets och delknippena 32. Tack vare arrangemanget hos denna utföringsform kan påkänning- ar, som uppstàr i kanalboxen, minskas effektivt, så att kanalboxens tjocklek kan minskas. Följaktligen kan den ef- fektiva multiplikationskonstanten under högtemperatur- driftsperioden ökas, och under kalldriftsperioden före- ligger ett överskott av vatten, så att reaktorns avställ- ningsmarginal kan förbättras. Bränslepatronen enligt denna utföringsform innefattar fjorton bränslestavar P med mel- lanliggande element, och om varje mellanliggande element har en axiell längd på 30 cm, minskas uraninnehållet med en mängd motsvarande l,l7 bränslestavar, och om varje mel- lanliggande element har en axiell längd på 45 cm, minskas uraninnehållet med en mängd motsvarande 1,75 bränslesta- var. I sistnämnda fall motsvarar innehàllsminskningen 6,75 bränslestavar, eftersom vattenstaven upptar en plats mot- svarande fem bränslestavar. Bränslepatronen av 9x9 typ |r¶w 505 363 ger emellertid, även om en vattenstav anordnas, som har en storlek motsvarande nio bränslestavar, en innehállsökning motsvarande 2,25 bränslestavar.

Fig 28 är en planvy av den tjugoförsta utföringsfor- men enligt uppfinningen. Bränslepatronen enligt denna ut- föringsform innefattar bränslestavar 10 med ett arrange- mang, som i grunden motsvarar det i fig 21 visade, men i denna utföringsform har som synes två stora runda vatten- stavar 35A och 35B anordnats, mellan vilka fem bränsle- stavar Pl med mellanliggande element har placerats. Följ- aktligen innefattar bränslepatronen enligt denna utfö- ringsform sjutton bränslestavar Pl och en bränslestav P2, som alla har mellanliggande element. Spalter 26 är anord- nade mellan respektive delknippen 37, liksom i fig 22 och 23. Ett stort, bränslefritt vattenomràde bildas av vatten- stavarna 35A och 35B och av bränslestavarna Pl på den nivå där de mellanliggande elementen är anordnade, så att en stor reaktoravställningsmarginal kan uppnås.

Fig 29 är en planvy av den tjugoandra utföringsformen enligt uppfinningen och är avsedd för en reaktorhärd av en PWR (tryckvattenreaktor). Bränslepatronen innefattar bränslestavar i ett 17x17 (sjutton rader och sjutton ko- lumner) arrangemang, dvs tvåhundrasextiofyra bränslestavar och ll och tjugofem vattenstavar 17, varvid sextiofyra bränslestavar ll är anordnade utmed dess ytteromkrets i form av bränslestavar av P-typ med mellanliggande element.

Eftersom ingen vattenspalt föreligger mellan bränsle- patronerna hos tryckvattenreaktorn, bildar två rader av bränslestavar av P-typ, som är uppradade sida vid sida i respektive bränslepatron, bränslefria områden i de partier där de mellanliggande elementen är belägna. Under reaktor- avställninsperioden tjänar vattnet i dessa partier till att separera respektive bränslestavar, och under högtempe- raturdriftsperioden förbättras bindningseffekten genom minskningen av vattendensiteten (65-70% under kalldrifts- avställningsperioden). Hos tryckvattenreaktorer alstras inga ångblåsor och således blir bindningseffekten, om det 505 363 21 bränslefria området är stort, otillräcklig även under hög- temperaturdriftsperioden. Detta sker dock endast i en ut- sträckning som är lämplig för denna utföringsform. Raderna av bränslestavar P kan vara anordnade inuti bränslepatro- nen. Den axiella nivån av det mellanliggande området där de mellanliggande elementen är placerade är inte densamma som hos kokvattenreaktorerna, däremot kan det vara lämp- ligt att anordna det mellanliggande området i det axiellt centrala partiet av bränslestavarna eller något ovanför det centrala partiet med tanke på den effektdämpande in- verkan i det övre partiet pà grund av införingen av styr- staven. Om var och en av de sextionfyra bränslestavarna P har ett mellanliggande element med en axiell längd på 30 cm, minskas UO2-innehållet med en mängd motsvarande 5,33 bränslestavar. Detta motsvarar en 2%-ig minskning av bränslestavarna i bränslepatronen med 264 bränslestavar, men denna minskning kan àterhämtas genom ökning av den relativa anrikningen i bränslestavarna med 2%, t ex från 3,5 vikt% till 3,57 vikt%.

Fig 30A-3OD visar längdsektioner genom bränslestavar av P-typ med mellanliggande element.

Bränslestaven i fig 30A innefattar ett område med en rörformig kapsel 40, i vilken inget bränsle föreligger, och det bränslefria området har en axiell längd av 15-90 cm och har fyllts med grafit 41. Grafiten 41 har överlägs- na högtemperaturegenskaper och absorberar färre termiska neutroner, vilket gör den lämplig för användning som mode- Al O eller ZrO 2 3 2 rial) har sämre modereringsverkan men utmärkt värmetålig- rator. med låg densitet, dvs poröst mate- het, varför även sådana material med sämre neutronabsorp- tionsförmàga kan användas. Ihålig grafit, ihålig Al2O3, i- hålig ZrO ihåligt naturligt uran och ihåligt utarmat uran kan šckså användas istället för solid grafit, och om sådant ihåligt material används, utnyttjas det ihåliga partiet som gaskammare. Om solitt naturligt uran eller ut- armat uran används tenderar de karakteristiska egenskaper- na av föreliggande uppfinning till att försämras något.

I Vf* 505 363 22 Avgörande för de karakteristiska egenskaperna, som erfordras i detta område, är att den termiska neutronab- sorptionskvoten vid slutet av reaktordriftscykeln (slut- skedet) är mindre än i de bränsleomràden som är belägna på båda axiella sidor om detta bränsleområde. Av bränsle- materialet intill den införda grafiten 41 bildas effekt- toppar (spikes) inom ett område av ca 2 cm (som mest cm), vilket är till nackdel för bränslets beskaffenhet.

Följaktligen har två bränslekutsar 42 anordnats, som var- dera har en längd av ca 2 cm och innehåller brännbara ab- sorbatorer, som anordnats blott i partier nära dess längd- axel. Dessa kutsar 42 saknar brännbara absorbatorer i sina yttre omkretspartier och ger en uteffekt med relativt liten variation under reaktorns hela driftscykel. Det är önskvärt att utforma bränslestavarna så att absorptions- egenskapen av denna absorbator upphör när reaktordrifts- cykeln närmar sig slutskedet och uteffekten i detta område långsamt ökar.

Neutronernas växelverkan (bindningseffekt) i det horisontella bränsleomràdet intill ett mellanliggande om- råde minskas, och detta medför att underkriticiteten av reaktorn kan göras ännu större under avställningsperioden.

Skillnaden mellan bränslestaven i fig 30A och den i fig 3OB ligger i att ett rör 44 av zircaloy, som har litet neutrontvärsnitt, har förts in i bränslestaven i fig 3OB istället för grafit 41, och för denna utföringsform är många modifikationer tänkbara, t ex: (l) när det används som en gaskammare, utformas röret som ett otätat rör. Med en sådan konstruktion kan gaskam- maren i bränslestavens övre parti utelämnas eller avkor- tas, så att dess diameter kan minskas för ökning av kyl- medelsflödesarean och därmed minskning av tryckfallet. (2) Om ZrH2 (zirkoniumhydrid) med hög koncentration anordnas, innesluts lämpligen ZrH2 - närmare bestämt skulle ZrH2 betecknas ZrHx (O ligen har x ett stort värde vid tillämpning av uppfin- ningen, eftersom Zrfix blir skört om värdet av x blir . »fw 505 365 23 stort. En relativt liten spalt är anordnad i röret och utnyttjas som gaskammare för H2-gas, som avges i ringa mängder av ZrH2. _ (3) Be och BeO, som är giftiga, kan företrädesvis an- ordnas i röret, och eftersom He-gas alstras vid reaktionen mellan Be och neutronerna, anordnas en liten kammare för He-gas i röret.

Mellan zircaloyröret 44 och bränslekutsen 43 har förts in eller laddats termiska isoleringskutsar 45 av A1 o zroz, Yb o -Hfo 2 3' 2 3 2' förbättring av bränslets beskaffenhet. utarmad uran eller liknande för Företrädesvis har de termiska isoleringskutsarna 45 ringa termiska neutron- absorptionsegenskaper mot slutet av reaktordriftscykeln (slutskedet), och följaktligen används i en föredragen utföringsform brännbar absorbator innehållande Al2O3- Gd O 2 3 kutsar. Lämpligen anordnas bränslekutsarna intill zirca- -kutsar eller utarmat uran innehållande UO2-Gd2O3- loyröret 44, vilka kutsar 42 innehåller den brännbara ab- sorbatorn, på ett avstånd av ungefär 2 cm (som mest 5 cm) från rörets ändparti. Även om i utföringsformen i fig 3OB kutsar 42 visas, kan Gd vara helt uppblandat i kutsarna 42. Detta gäller även i vilka Gd-kutsar med liten diameter har förts in, bränslestavarna i fig 30A och 3OC.

Skillnaden mellan bränslestaven i fig 3OB och den i fig 3OC är att vatten förs in i bränslestaven i fig 3OC.

Närmare bestämt är i bränslestaven i fig 3OC vattenhål 46 anordnade i det övre och det undre partiet av den rörfor- miga kapseln 40 där zircaloyröret är beläget, och en mel- lanliggande plugg 47 och en termisk isoleringskuts 45 är anordnade i det övre och det undre partiet med respektive vattenhål 46. Bränslekutsarna 42, i vilka brännbar absor- bator är innesluten, är placerade vid det övre och det undre partiet av de mellanliggande pluggarna 47 och de termiska isoleringskutsarna 45, och bränslekutsarna 43 är placerade i partier ovanför och under dessa bränslekutsar 42 i den rörformiga kapseln, såsom framgår av fig 3OC. r I 505 363 ,|^W( 24 Skillnaden mellan bränslestaven i fig 3OD och den i fig 30A ligger i att bränslestaven i fig 30D har ett mel- lanliggande skikt 78, i vilket en brännbar absorbator har Al O -ZrO2). En- 2 3 ligt denna utföringsform tillförs bränslet ingen brännbar fogats till grafiten (eller Al2O3, ZrO2, absorbator, vilket underlättar tillverkningen av bränsle- stavarna.

Fig 31 är en planvy av den tjugotredje utföringsfor- men enligt uppfinningen. I denna utföringsform är korta bränslestavar 51 anordnade, som har ett avlägsnat övre parti och således kortare axiell längd (nedan kallade "bränslestavar av Q-typ"), liksom bränslestavar 52 av T-typ, de vanliga standardbränslestavarna 10. Bränslestavarna av som visas i fig 32 och 33, i kanalboxen 13 förutom T-typ innefattar, såsom framgår av fig 32, en övre halva 53A, en undre halva 538, som har större diameter än den övre halvan 53A, och ett förbindningselement 56, som för- binder den övre och den undre halvan av bränslestaven.

Termiska isoleringskutsar 57 (avsedda för dämpning av effekttoppar) är anordnade vid det undre ändpartiet av bränslekutsarna 58 i den övre halvan av bränslestaven 53A resp vid det övre ändpartiet av bränslekutsarna 58 av den undre halvan av bränslestaven 53B. Bränslestaven av T-typ, som visas i fig 33, har ett grafitinnehállande område 59 vid det övre partiet av den termiska isoleringskutsen 57, som är belägen vid den övre änden av den undre halvan 53B av bränslestaven. Förbindningselementet 56 är anordnat nära distansstycken 60. Anordningen av de termiska isole- ringskutsarna 57 och av området med ihålig grafit 59 i bränsleområdet med det mellanliggande förbindningselemen- tet 56 är avsett för förhindring av effekttoppar (spikes), och av detta skäl är området 59, som innehåller grafit, har högtemperaturegenskaper, mindre termisk neutronabsorp- tion och kraftiga modereringsegenskaper, anordnat nära det centrala förbindningsområdet, eller alternativt är den termiska isoleringskutsen 57 (avsedd för dämpning av effekttoppar), som framställts av ett material med hög x- 505 363 såsom Al2O3, Yb2O3-HfO2 eller Al anordnad nära det centrala förbindningsomràdet. värmetàlighet, O -Gd 2 3 2 3' Bränslestaven 52 av T-typ är anordnad på den sida där den vattenspalt är belägen i vilken styrstaven R inte förs in, medan bränslestavarna 51 av Q-typ är anordnade nära hörnpartiet, som är vänt mot styrstaven R.

Fig 34 är en planvy av den tjugofjärde utföringsfor- men enligt uppfinningen, varvid bränslestavarna 51 av Q-typ är korsformigt anordnade kring en centralt anordnad vattenstav 12.

Fig 35 och 36 är planvyer av den tjugofemte och den tjugosjätte utföringsformen enligt uppfinningen, och i dessa utföringsformer är bränslestavar 53 av F-typ som bärande bränslestavar anordnade förutom bränslestavarna 52 (T-typ) och 51 (Q-typ), också delvis anordnade pà den sida av vattenspalten där och bränslestavarna 53 (F-tYP) är styrstaven R förs in istället för bränslestavarna 52 (T-tYP)- Fig 37 och 38 är planvyer av den tjugosjunde och den tjugoåttonde utföringsformen enligt uppfinningen, varvid vattenspalterna 54 och 55 är anordnade mellan respektive delknippen och avståndet mellan bränslestavarna, som är vända mot vattenspalten 54 eller 55, är något större än mellan de andra bränslestavarna. Med hjälp av denna utfö- ringsform uppnås enastående egenskaper avseende resonans- passagefaktorn och den termiska nyttofaktorn beroende på vattendensiteten, och bränslepatronens oändliga multipli- kationskonstant kan fås att vara liten under reaktorns av- ställningsperiod och göras större under reaktorns drifts- period.

Fig 39A och 39B visar ett exempel på en bränslepatron för förbättring av reaktorns avställningsmarginal genom ökning av mängden vatten inuti kanalboxen 13. Bränslepat- ronen enligt detta exempel innefattar en kvadratisk vat- tenstav 12, som är centralt anordnad, och bränslestavar 10 och korta bränslestavar 51 (Q-typ) är anordnade på regel- bundet sätt förutom i bränslepatronens centrala parti. 505 363 26 Bränslepatronen hålls samman av en topplatta 14, spridare (ej visade) och en bottenplatta 15 och omges av en kanal- box 13. Kanalboxen 13 har ett övre parti 13A med tunn vägg l3B och undre partier med tjock vägg, och övergången mellan dessa partier 13A och l3B är belägen vid ett parti, som är 3/4 av väggar skilt från bränslepatronens undre ände med ungefär dess längd. Det övre partiet l3A har fyra tunna eller två tunna väggar vända mot den vattenspalt i vilken ingen styrstav förs in. Dessutom kan väggtjockleken av det övre partiet 13A av kanalboxen 13 göras tunnare genom bearbetning av både dess yttre och inre ytor.

Såsom framgår av ovanstående är hos bränslepatronerna enligt uppfinningen atomnummerdensiteten av det klyvbara materialet i bränslestavarna, som huvudsakligen är vända mot den vattenspalt i vilken styrstaven inte förs in, lägre än hos bränslestavarna i de övriga områdena, så att den relativa uteffekten från de mot styrstaven vända bränslestavarna blir större, styrstavsvärdet ökas och den genomsnittliga relativa effekten från bränslestavarna intill vattenspalterna således minskas. Följaktligen kan reaktorns avställningsmarginal förbättras genom minskning av reaktivitetsskillnaden mellan effektdriftsperioden och kalldriftsperioden.

Dessutom kan hos bränslepatronerna enligt uppfinning- en neutronernas växelverkan (bindningseffekt) i bränsle- partierna, som horisontellt är belägna intill områdena (dvs de mellanliggande områdena) med låg densitet av klyv- bart material, ökas under reaktoravställningsperioden, vilket medför att reaktorns underkriticitet under avställ- ningsperioden kan ökas. Arrangemanget av bränslestavar med mellanliggande element på sidan mot vattenspalten där styrstaven inte förs in medför väsentligen ökning av vat- tenspalten mellan intill varandra belägna bränslepatroner.

Dessutom sänks multiplikationskonstanten under reaktorns avställningsperiod (dvs underkriticiteten ökar), och under högtemperaturdriftsperioden kan minskningen av multiplika- tionskonstanten återhämtas. ¿;e v I

Claims (2)

10 15 20 25 30 27 sus ses PATENTKRAV

1. Bränslepatron för en kokvattenreaktor, i vilken intill varandra belägna bränslepatroner bildar en härd- cell med en korsformig vattenspalt, i vilken en korsfor- mig styrstav (R) är införbar, varvid varje bränslepatron innefattar ett flertal bränslestavar, som är regelbundet (23), teten för det klyvbara materialet i bränslestavarna utmed anordnade i en kanalbox och varvid atomnummerdensi- kanalboxens (23) innervägg är reducerad jämfört med alla bränslestavars medelvärde, k ä n n e t e c k n a d av att atomnummerdensiteten för det klyvbara materialet i de bränslestavar (10-14, 21) som är belägna utmed kanal- boxens (23) innervägg, som inte är belägen intill styr- staven (R), är mindre än atomnummerdensiteten för det (6-9, 20) innerväëgf som är klyvbara materialet i de bränslestavar som är (23) belägen intill styrstaven (R). belägna utmed bränsleboxens

2. Bränslepatron enligt krav l, k ä n n e t e c k- (21) innervägg, som inte är belägen intill styrstaven (R), var n a d av att bränslestavarna utmed kanalboxens och en i en rörformig kapsel har ett mellanliggande element (26), i vilket anrikningen av fissil nuklid är reducerad i förhållande till bränslestavens kärnbränsle, (26) (l) är lika med eller större än en termisk neutrons varvid det mellanliggande elementets axiella längd diffusionslängd under reaktorns effektdriftperiod, och varvid det mellanliggande elementet (26) är anordnat på en nivå ovanför halva längden (H) för bränslestavens (21) värmealstringsomràde. I I