SE505976C2 - Förfarande, anordning samt bärnslepatron för reducering av en reaktortanks neutrondos - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 I isos 976 2 stapel av kutsar av ett karnbransle. Vattnet strömmar uppat genom branslepatronen varvid en del av vattnet övergar till anga. Ju högre upp i branslepatronen desto större blir andelen anga i förhallande till andelen vatten. Ånga ar en sämre moderator an vatten, vilket innebar att modereringen blir samre i branslepatronens övre del. Snabba neutroner ar neutroner som inte har bromsats ner av neutronmoderatorn och darmed fortfarande har en hög energi. För en kokarreaktor galler att andelen snabba neutroner som lacker ut fran harden ar högre i hardens övre del an i dess nedre del, pa grund av den sämre modereringen i branslepatronernas övre del.

Det ar ett valkant problem i reaktorsammanhang att materialet i reaktortanken blir sprött efter att ha utsatts för en kritisk dos av snabba neutroner, vilket medför en risk för sprick- bildning i reaktortanken. Det har ocksa noterats en viss sprick- bildning i moderatortanken, vilket ocksa kan ha sin orsak i en för hög dos av snabba neutroner. Detta ar framförallt ett problem i aldre reaktorer dar den dos av snabba neutroner som reaktortanken har utsatts för under sin livstid börjar närma sig den kritiska. Materialet i aldre reaktortankar ar ocksa mera känsligt an materialet i nyare reaktortankar. Olika försök har gjorts för att minska neutronflödet i de delar av harden som ligger narmast reaktortanken. Ett satt ar att i dessa delar av harden anvanda bransle som ar delvis utbrant. Ett annat satt är att byta ut branslestavarna i de branslepatroner som ligger närmast reaktortanken mot stavar av ett icke fissilt material, t ex rostfritt stal eller zirkonium. Dessa bada satt reducerar antalet snabba neutroner genom att minska antalet genererade neutroner i närheten av reaktortanken. I det senare fallet fas även viss neutronspridning fran stal- eller zirkoniumstavarna.

SANJMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett andamal med uppfinningen ar att anvisa ett förfarande för att minska andelen snabba neutroner som lacker ut fran rektor- harden, reaktortanken och moderatortanken. Ändamalet uppfylls med en sa och darmed minska andelen snabba neutroner som nar liten minskning av den aktiva harden, dvs den del av harden som 10 15 20 25 30 35 5GB 9"'6 u: innefattar bränsle, och med ett sa högt utnyttjande av bränslet som möjligt.

Ett annat ändamal med uppfinningen är att åstadkomma en anordning som minskar andelen änga i en bränslepatrons övre del, och därmed förbättrar neutronmodereringen i den övre delen. En bättre neutronmoderering leder till att andelen snabba neutroner som läcker ut frän bränslepatronen minskar.

Ytterligare ett ändamäl med uppfinningen är att anvisa en bränslepatron för en kokarvattenreaktor, vilken bränslepatron har en förbättrad neutronmoderering i sin övre del.

Vad som kännetecknar förfarandet, anordningen och bränsle- patronen enligt uppfinningen framgär av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en schematisk bild av en kokarvattenreaktors uppbyggnad.

Figur 2 visar ett exempel pä en känd bränslepatron i ett vertikalsnitt genom linjen C-C i figur 3.

Figur 3 visar samma bränslepatron som figur 2 i en vy vinkelrät mot ett horisontalplan genom linjen A-A i figur 2.

Figur 4 visar en schematisk bild av en bränslepatron enligt uppfinningen i ett vertikalsnitt genom linjen D-D i figur 5 och 8.

Figur 5 visar en första utföringsform av bränslepatronen i figur 4 i en vy vinkelrat mot ett horisontalplan genom linjen B-B.

Figur 6 visar en perspektivskiss av en anordning för att minska andelen änga i en bränslepatrons övre del enligt uppfinningen.

Figur 7 visar volymsandelen anga (Q) i en delkanal som funktion av avständet (1) frän bränslepatronens inloppsdel. 10 15 20 25 30 35 so5 976 4 Figur 8 visar en andra utforingsform av branslepatronen i figur 4 i en vy vinkelrat mot ett horisontalplan genom linjen B-B.

Figur 9 visar en schematisk bild av en tredje utföringsform av en bränslepatron enligt uppfinningen.

Figur 10 visar ett horisontellt snitt av en del av en reaktorhärd innefattande branslepatroner enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Den i figur l visade reaktorn innefattar en reaktorhärd l innehållande ett flertal vertikala bränslepatroner, styrstavar 2 vilka bl a används vid start och stopp av reaktorn, en moderatortank 3 som omsluter härden, ängavskiljare 4 som skiljer den änga som bildas i reaktorn fran vattnet i reaktorn. Reaktorn omges av en tryckhällande reaktortank 5. Reaktortanken är fylldv med vatten till en nivä som ligger en bit över reaktorhärden.

Den i figur 2 och 3 illustrerade bränslepatronen 6 är innesluten i ett höljeror 7 med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt.

Höljeröret är försett med ett ihäligt, med korsformat tvärsnitt utformat stodorgan 8, som är fast förbundet med höljerörets fyra väggar. Holjeroret med stodorgan omsluter fyra vertikala kanal- med ätminstone i huvudsak formade delar 9a - 9d, s k delkanaler, kvadratiskt tvärsnitt. De fyra delkanalerna innehäller var sitt bränsleknippe l5a - l5d. Varje bränsleknippe innefattar bränslestavar 10 anordnade i ett symmetriskt gitter med 4x4 stavar. Bränslestavarna halls i sina lägen med ett antal distanshällare, s k spridare ll, placerade mellan en topplatta 12 och en bottenplatta 13. En branslestav bestär av ett antal cylindriska kutsar av urandioxid staplade pä varandra och inkapslade i ett kapslingsror av Zircaloy.

Moderatorvatten och kylvatten strömmar in i bränslepatronen underifrån genom en inloppsdel 14. Utrymmena mellan bränsle- stavarna inom varje delkanal genomstrommas av vatten liksom den av stodorganet bildade korsformiga kanalen 25. Stödorganet 8 är 10 15 20 25 30 35 5 505 976 försett med ett antal axiellt fördelade öppningar 26 sä att vatten och anga kan strömma mellan delkanalerna.

Figur 4 visar ett vertikalsnitt genom linjen D-D i figur 5, som visar en första utföringsform av en bränslepatron 20a enligt uppfinningen, och figur 8, som visar en andra utföringsform av en bränslepatron 20b enligt uppfinningen. Bränslepatronen i figur 5 har fyra delkanaler 9e, 9f, 9g och 9h. För att reducera antalet genererade neutroner i branslepatronen har bränsle- knippet tagits bort frän delkanalen 9h och ersatts med en topplugg l6h. Toppluggen är anordnad i branslepatronens övre del, och har som funktion att strypa den uppàtgàende vatten- strömmen i delkanalen och istallet tvinga vattnet att strömma in i angränsande delkanaler 9e och 9g, genom de öppningar 26a, mellan den pluggade delkanalen och angränsande delkanaler, som är anordnade uppströms toppluggen.

Toppluggen är utformad sa att den blockerar de öppningar 26b, mellan den pluggade delkanalen och angränsande delkanaler, som Pa sa vis ökas vattenflödet i de övre delarna av angränsande delkanaler. Det ökade vatten- är anordnade nedströms toppluggen. flödet ger en minskad andel änga, vilket medför en ökad neutron- moderering och därmed ett minskat antal snabba neutroner.

Andelen änga ökas nagot i de undre delarna av de angränsande delkanalerna, vilket inte gör sà mycket eftersom andelen ånga är lag där. Den pluggade delkanalen 9h innehåller ingen ánga utan bara vatten och utgör darmed en god moderator för snabba neutroner som inkommer dels frän de övriga delkanalerna i bränslepatronen, och dels frän andra omgivande bränslepatroner.

Figur 6 visar toppluggen l6h. vilken innefattar en rörformig del 27 vars ena ande är försedd med en bottendel 17 och vars andra ände är öppen. Toppluggen har ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. Tvarsnittet motsvarar i huvudsak tvärsnittet av den delkanal i vilken toppluggen är anordnad. Bottendelen är försedd med ett antal öppningar 18 sa att en viss genomströmning av vatten kan ske genom toppluggen. Bottendelen fungerar som en kraftig strypning av den uppatgäende vattenströmmen i delkanalen. Den rörformiga delen har till uppgift att blockera 10 15 20 25 30 35 505 9?6 < öppningarna mellan delkanalerna nedströms bottendelen, och därmed förhindra att vatten och änga tränger in i den pluggade delkanalens övre del frän intilliggande delkanaler. Toppluggen kan utföras i t ex Zircaloy eller rostfritt stal. Pluggens längd optimeras for att uppnä bästa effekt med avseende pä reducering av änghalten. För att uppnä en battre moderering i bränslepatronens övre del bor längden pä pluggen understiga halva längden av den delkanal i vilken den är anordnad.

Figur 7 visar resultatet av beräkningar som har gjorts dels pà den opluggade bränslepatronen 6 som visas i figur 2 och 3, vilken har ett bränsleknippe i varje delkanal, och dels pà den första utföringsformen av den pluggade bränslepatronen 20a som visas i figur 4 och 5, där ett bränsleknippe är borttaget och har ersatts med en topplugg. I figur 7 visas i ett diagram hur änghalten a (andelen änga per volym) varierar med avståndet l fran bränslepatronens inloppsdel för en delkanal. Kurva F visar ánghalten som funktion av avständet frän bränslepatronens inloppsdel for de fyra delkanalerna 9a, 9b, 9c, 9d i den opluggade bränslepatronen.

Kurva E visar änghalten som funktion av den axiella längden för den delkanal 9f som ligger längst bort fran den pluggade delkanalen 9h i den pluggade branslepatronen 20a. Kurva G visar änghalten som funktion av avstandet frän bränslepatronens inloppsdel för de delkanaler, 9e och 9g, vars ena sida angränsar till den pluggade delkanalen 9h, i den pluggade bränslepatronen 20a. Diagrammet visar att änghalten minskar kraftigt i den övre delen i de delkanaler vars ena sida angränsar till den pluggade delkanalen. Ånghalten ökar nagot i den längst bort frän den pluggade delkanalen belägna delkanalen. I den pluggade delkanalen finns ingen anga, dvs änghalten är noll för alla avständ l. För fallet med tva pluggade kanaler minskar givetvis änghalten i bränslepatronens övre del annu mera.

Figur 8 visar en andra utföringsform av en bränslepatron enligt uppfinningen. Eränslepatronen har fyra delkanaler 9e, 9f, 9g och 9h. För att reducera antalet'genererade neutroner i branslepatronen har tva bränsleknippen tagits bort frän 10 15 20 25 30 35 7 505 976 delkanalerna 9h och 9e, och varje borttaget bränsleknippe har ersatts med en topplugg l6h och l6e. Toppluggen är anordnad i bränslepatronens övre del. I ytterligare en utföringsform är det möjligt att ha tre pluggade delkanaler.

Figur 9 visar en tredje utföringsform av en bränslepatron 21 enligt uppfinningen. I en eller tvä delkanaler är alla bränsle- stavarna borttagna och ätminstone vissa av dem är ersatta med stavar 22 av ett icke fissilt material, t ex rostfritt stäl eller Zircaloy. I dessa delkanaler har i den övre delen anordnats en topplugg l6i av samma slag som den i figur 6 visade. Åtminstone vissa av oppningarna l8 är sä anordnade att de ickefissila stavarna kan löpa genom dessa öppningar.

Figur 10 visar ett horisontellt snitt av en del av en reaktor- härd innefattande pluggade bränslepatroner enligt den första 20a och den andra 20b utföringsformen av uppfinningen. Ändamålet med uppfinningen är att minska dosen av snabba neutroner som reaktortanken 5 och moderatortanken 3 utsätts för. Bränsle- patroner med en eller flera pluggade delkanaler anordnas i de positioner som är belägna längst ut i härden, dvs närmast moderatortanken och trycktanken. Beroende pä delkanalernas avständ till tankväggarna anordnas bränslepatroner med en eller tvä pluggade delkanaler. Bränslepatronerna vänds sä att de pluggade delkanalerna blir vända mot moderatortanken. De pluggade delkanalerna okar mängden modererande vatten mellan bränslet och reaktortanken, Ökar modereringen i de opluggade delkanalerna, och minskar genereringen av neutroner i omedelbar närhet av reaktortanken. For vissa positioner längst ut i härden där avständet till tankväggarna är tillräckligt stort anordnas opluggade bränslepatroner 6, dvs bränslepatroner med ett bränsleknippe i varje delkanal.

De borttagna bränsleknippena kan sättas ihop sä att de utgör en hel bränslepatron och laddas in pä nägot lämpligt ställe i härden, eller sä kan de sättas ihop till en bränslepatron med tva eller tre bränsleknippen enligt uppfinningen och användas i de perifera delarna i härdën.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 505 976 CI; PATENTKRAV

1. l. Förfarande för att minska andelen snabba neutroner som läcker ut fràn en reaktorhärd vilken är omsluten av en reaktortank (5) i en kokarvattenreaktor, vilken reaktorhärd innefattar ett flertal vertikala bränsle- patroner (6) genom vilka kylmedel strömmar uppät, varvid en del av vattnet övergär till änga, och varje bränsle- patron innefattar ett flertal vertikala kanalformade delar, s k delkanaler, för inrymmande av bränsleknippen, vilka bränsleknippen var och en innefattar ett flertal mellan en bottenplatta och en toppplatta anordnade 26b) är anordnade mellan angränsande delkanaler sä att vatten och änga kan bränslestavar, och där öppningar (26a, strömma mellan delkanalerna, k ä n n e t e c k n a t a v att i ett flertal av de längst ut i härden närmast reaktortanken belägna bränsle- patronerna borttages ett eller flera bränsleknippen frán delkanaler vilka vetter mot reaktortanken, och varje borttaget bränsleknippe ersätts med en anordning (l6e, 16h) bränslepatronens övre del. för att förbättra neutronmodereringen i

2. Anordning (l6h, l6i) för att förbättra neutronmodereringen i en bränslepatrons övre del i en kokarvattenreaktor där vatten strömmar uppàt genom bränslepatronen, varvid en del av vattnet övergàr till ànga, vilken bränslepatron innefattar ett flertal vertikala kanalformade delar (9e - 9h), för inrymmande av bränsleknippen (l5e - l5g), vilka bränsleknippen var och en innefattar ett flertal mellan en bottenplatta (13) och en toppplatta (12) anordnade bränslestavar (10), (26a, 26b) är anordnade mellan angränsande delkanaler sä att vatten och s k delkanaler, och där öppningar ànga kan strömma mellan delkanalerna, 10 15 20 25 30 35 0"'/ ~ 5Û5 //0 “i k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar organ (17) för strypning av vattenströmmen i en delkanals övre del.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar organ (27) för blockering, nedströms strypningen, av öppningarna (26b) mellan angränsande delkanaler.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar en tvärplatta (17) för åstad- kommande av strypningen av vattenströmmen i delkanalens övre del, samt en rörformig del (27) för blockering av öppningarna (26b) mellan angränsande delkanaler.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att den rörformiga delen (27) till storlek och form i I åtminstone något snitt vinkelrätt mot bränslepatronens längdriktning motsvarar storlek och form hos ett motsvarande snitt av delkanalen.

6. Anordning enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d a v att tvärplattan (17) till storlek och form i ett snitt vinkelrätt mot bränslepatronens längdriktning motsvarar storlek och form hos ett snitt av delkanalen.

7. Anordning enligt krav 4, 5 eller 6 k ä n n e t e c k n a d a v att tvärplattan (17) är försedd med ett antal genomgående hål (18).

8. Anordning enligt kraven 2 - 7 k ä n n e t e c k n a d a v att anordningens utsträckning i längdriktningen understiger halva längden av delkanalen.

9. Bränslepatron (20a, 20b, 21) för en kokarvattenreaktor där kylmedel strömmar uppåt genom bränslepatronen, varvid en del av vattnet övergår till ånga, vilken bränslepatron innefattar ett flertal vertikala kanalformade delar (9e - 505 976 40 9h), s k delkanaler, för inrymmande av bränsleknippen (l5e, l5f, 15g), vilka bränsleknippen var och en innefattar ett flertal mellan en bottenplatta och toppplatta anordnade bränslestavar, och där öppningar (26a, 26b) är anordnade mellan angränsande delkanaler sà att vatten och ànga kan strömma mellan delkanalerna, k ä n n e t e c k n a d a v att i minst en delkanal är ett organ för strypning (17) av den uppátgàende vatten- strömmen anordnad i delkanalens övre del, i övriga delkanaler är bränsleknippen anordnade.

10. Bränslepatron enligt krav 9 k ä n n e t e c k n a d a v att nedströms organet (17) för strypning av vatten- strömmen är anordnat ett organ (27) för blockering av öppningarna (26b) mellan delkanalen och angränsande delkanaler.

11. ll. Bränslepatron enligt krav 10 k ä n n e t e c k n a d a v att minst en delkanal innefattar en tvärplatta (17) för àstadkommande av en strypning av vattenströmmen i delkanalens övre del, samt en rörformig del (27) för blockering av öppningarna (26b) mellan angränsande delkanaler nedströms strypningen.

12. Bränslepatron enligt krav ll k ä n n e t e c k n a d a v att den rörformiga delen (27) till storlek och form i àtminstone nàgot snitt vinkelrätt mot bränslepatronens längdriktning motsvarar storlek och form hos ett mot- svarande snitt av delkanalen.

13. Bränslepatron enligt krav ll eller 12, k ä n n e t e c k n a d a v att tvärplattan (27) till storlek och form i ett snitt vinkelrätt mot bränsle- patronens längdriktning motsvarar storlek och form hos ett snitt av delkanalen.

14. Bränslepatron enligt kraven 9 - 13, k ä n n e t e c k n a d a v att minst en delkanal innefattar stavar (22) av ett icke fissilt material M sos 976 anordnade i huvudsak parallellt med bränslepatrønens längdriktning.