SE514803C2 - Förfarande för att driva en nukleär anläggning - Google Patents

Förfarande för att driva en nukleär anläggning

Info

Publication number
SE514803C2
SE514803C2 SE9904316A SE9904316A SE514803C2 SE 514803 C2 SE514803 C2 SE 514803C2 SE 9904316 A SE9904316 A SE 9904316A SE 9904316 A SE9904316 A SE 9904316A SE 514803 C2 SE514803 C2 SE 514803C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
fuel
primary
fuel unit
determining
question
Prior art date
Application number
SE9904316A
Other languages
English (en)
Other versions
SE9904316D0 (sv
SE9904316L (sv
Inventor
Lembit Sihver
Original Assignee
Westinghouse Atom Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Atom Ab filed Critical Westinghouse Atom Ab
Priority to SE9904316A priority Critical patent/SE514803C2/sv
Publication of SE9904316D0 publication Critical patent/SE9904316D0/sv
Priority to AU19108/01A priority patent/AU1910801A/en
Priority to PCT/SE2000/002377 priority patent/WO2001039207A1/en
Publication of SE9904316L publication Critical patent/SE9904316L/sv
Publication of SE514803C2 publication Critical patent/SE514803C2/sv

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21DNUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00Control of nuclear power plant
    • G21D3/001Computer implemented control
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00Monitoring; Testing ; Maintaining
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/02Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator
    • G21C17/022Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

iåii§14_, so3 2 Under drift händer det ibland att det uppstår en skada på ett kapslingsrör. Den första skada som uppstår på kapslings- röret, exempelvis till följd av mekanisk nötning, kallas för en primärskada. Primärskadan består av ett relativt litet hål eller en relativt liten spricka, genom vilken fissions- gaser kan tränga ut. En sådan primärskada är i regel inte särskilt allvarlig i sig.
Skadorna på kapslingsrören kan ha olika orsaker. Vid alltför snabb effektökning i bränslet kan en kombination av spån- ning, på grund av kutsens termiska utvidgning, och kemisk påverkan. på kapslingsrörets insida. medföra att kapslings- (Pellet Cladding En annan primär skadetyp är en så kallad, röret spricker. Denna skadetyp kallas PCI Interaction). ”debris”-skada, dvs skräp, såsom metallspån eller liknande, som utifrån orsakar nötningsskador på kapslingsrören. Erfa- renheten har visat att det exempelvis i samband med repara- tioner och service av en kärnreaktor kan komma in sådant skräp som sedan förflyttar sig med det vatten som cirkulerar genom hården och ger upphov till en nötningsskada i form av en. primärskada. på kapslingsröret. En. ytterligare skadetyp kan ha sin grund i tillverkningsfel. Vidare skall också näm- nas torrkokning, så kallad Dry-Out, vilken innebär att den vätskefilm som normalt alltid skall finnas på kapslingsrö- rens utsida kokar bort. Detta leder till en snabb lokal tem- peraturhöjning i. bränslestaven. En sådan temperaturhöjning leder till att kapslingsröret smälter om inte reaktorns drift omedelbart avbryts. även finns andra typer av primärskador än de ovan beskrivna.
Slutligen skall noteras att det Efter en tid kan emellertid en primärskada utvecklas till en större skada, en så kallad sekundärskada, som är allvar- ligare och består av ett större hål eller en spricka som sträcker sig axiellt längs eller tvärs kapslingsrörets längdriktning. En sådan sekundärskada kan uppstå genom att vatten och ånga tränger in i bränslestaven vid primärskadan lO 514 803 - , , . , _ . en lokal kapslingsröret som så småningom spricker vid termisk eller och genom hydrering orsakar försprödning av nækanisk belastning, eller på grund av spänningar orsakade av hydriderna själva. Vid en sekundärskada avges, förutom de även andra fissionsproduk- Vid en av att tidigare nämnda fissionsgaserna, ter såsom jod och cesium. riktigt allvarlig bränsleskada, exempelvis på grund ett bränsle- kapslingsrör gär av, kan även uran och plutonium börja läcka ut i härden. För att förhindra att en allvarligare skada in- träffar är det naturligtvis viktigt att på ett tidigt sta- dium detektera en bränsleskada och anpassa eller avbryta den fortsatta driften av reaktorn.
Utvecklingen från en i sig icke allvarlig primärskada till en sekundärskada pâverkas och kan komma att páskyndas av det sätt pä vilket reaktorn drivs. Om exempelvis reaktorn drivs med hög effekt eller om många styrstavsrörelser utförs i närheten av en skada kan skadan komma att förvärras snabbare än den skulle ha gjort vid en lägre reaktoreffekt eller om styrstavarna hade hållits stilla i ett läge. Avställningar av reaktorn efter det att en primärskada har inträffat ökar vattenflödet in i den skadade bränslestaven och påskyndar på d.v.s. utvecklingen mot en så sätt degraderingen, sekundärskada.
Anordningar och metoder för att detektera en bränsleskada är kända. En sådan metod är att mäta den totala halten av ra- dioaktiva ädelgaser i reaktorns avgaser. En sådan anord- ningar visas till exempel i US-A-5 537 450. Denna kända an- ordning är inrättad att detektera bränsleskador' on-line, d.v.s. under reaktordrift, genoux att en. del av' avgaserna från reaktorn leds via en gammaspektrograf som kontinuerligt aktivitetsnivån i av- mäter nuklidsamansättningen och gaserna. Det är också känt att positionen av en bränsle_- skada, dvs vilken bränslepatron som är skadad, kan faststäl- las genom olika metoder. En sådan metod är så kallad “flux- 514 893 ff; n; tilting“, vilken innebär att styrstavarna regleras en i ta- get så att effekten ändras lokalt i härden samtidigt som aktivitetsniván i avgaserna mäts. En ökning av aktivitets- nivån i avgaserna kan noteras vid styrstavsrörelser i när- heten av bränsleskadan. På så vis kan bränsleskadan lokali- seras. WO-A-99/27541 visar också på ett sätt och ett arran- gemang med vilket en primär bränsleskada kan detekteras. De analysmetoder som föreslås i detta dokument medger också en bestämning av positionen i härden för den detekterade pri- märskadan.
SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att anvisa ett för- farande för att prognostisera den framtida utvecklingen av en primär bränsleskada i. en nukleär anläggning och därmed skapa riktlinjer för den fortsatta driften av anläggningenÄ Detta ändamål uppnås med det inledningsvis angivna förfaran- det som innefattar stegen: fastställande av en primär bränsleskada hos en av nämnda bränsleenheter, bestämning av värdet hos en första primärparameter som avser utbränningsgraden hos kärnbränslet hos ifrågavarande bräns- leenhet, bestämning av värdet hos en andra primärparameter som avser effekthistorik för ifrågavarande bränsleenhet, bestämning av värdet hos en tredje primärparametrar som av- ser storleken på nämnda spalt hos ifrågavarande bränsleenhet och kæräkning av den primära bränsleskadans utveckling och av framtida läckage av kärnbränsle från ifrågavarande bränsle- enhet med hänsyn tagen till nämnda primärparametrar.
Efter att en primär bränsleskada har detekterats är det möj- ligt med hjälp av åtminstone dessa primärparametrar att be- 51135 8331; räkna primärskadans framtida utveckling. På så sätt är det möjligt att förutsäga när och under vilka förutsättningar den detekterade bränsleskadan skulle ge upphov till en se- Kärnbräns- effekthistoriken och storleken på spalten kundär bränsleskada och läckage av kärnbränsle. lets utbränning, är väsentliga parametrar som ger kunskap om nëngden fis- sionsgaser i spalten. Primärparametrarna kan fastställas on- line, dvs under anläggningens drift, genom mätning, detekte- ring och/eller genom beräkning utgående ifrån uppmätta och/eller historiska data. Beräkningen kan genomföras på ett automatiskt sätt med ett datorbaserat system med hjälp av olika simuleringsprogram och exempelvis så kallade expert- system.
Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar förfaran- det det efterföljande steget att ta fram riktlinjer för den fortsatta driften av anläggningen med hänsyn tagen till nämnda 'uppskattning. Vidare kan förfarandet innefatta det efterföljande stegat att styra anläggningen med hänsyn tagen till nämnda riktlinjer.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefat- tar fastställandet av den primära bränsleskadan steget att lokalisera ifrågavarande bränsleenhet efter fastställandet av en primär bränsleskada. En sådan bestämning av positionen av den detekterade bränsleskadan kan genomföras enligt i sig kända metoder, exempelvis så kallad ”flux-tilting".
Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefat- tar förfarandet en bestämning av ytterligare primärparamet- rar avseende typen av kapslingsorgan hos ifrågavarande bränsleenhet, kapslingsorganets ålder hos ifrågavarande bränsleenhet, hydreringsgraden hos kapslingsorganet hos ifrågavarande bränsleenhet, temperaturen hos kärnbränslet hos ifrågavarande bränsleenhet, värmekonduktiviteten i nämnda spalt hos ifrågavarande bränsleenhet, fissionsdensi- '14, 8(l3 teten hos ifrågavarande bränsleenhet och tidpunkten för den primära bränsleskadan. Med hjälp av dessa ytterligare pri- märparametrar som på samma sätt kan bestämmas under anlägg- ningens drift är det möjligt att öka noggrannheten i progno- stiseringen av bränsleskadans framtida utveckling.
Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefat- tar förfarandet även bestämningen av värdet av åtminstone en sekundärparameter som beräknas med hänsyn tagen till nämnda primärparametrar, varvid nämnda beräkning av bränsleskadans utveckling och av framtida läckage av kärnbränsle från ifrå- gavarande bränsleenhet utförs med hjälp av nämnda sekundär- parameter. Därvid. kan. med fördel nämnda sekundärparameter innefatta en första sekundärparameter som avser den agiella gasblandningen som funktion av _tidgg;mh9sW_if;ägayarande_ bränsleenhet, en. andra sekundärparameter' som. avser oxid§;_ ringen av kapslingsorganets insida och/eller av kärnbränsl§5¿_ f. ___.. .-_._.__... _ *___ ,hos ifrågavarande bränsleenhet, en tredje sekundärparameter SOW avser_šêÉl9l¥§_§yMY§§§§§å§ga hos ifrågavarande bränsle- enhet, en fjärde sekundärparameter som avser utarmningen ax" syre hos ifrågavarande bränsleenhet, en femte sekundärpara- meter som avser ¿nkQQ§tiQnsCiden%förwvätepenetrering av ett Coxidskikt hos ifrågavarande bränsleenhet som funktion av oxidskiktets tjocklek, en sjätte sekundärparameter som avser .diffusion av Vätâfifàezafi 9§_§äl_ë§<_1_f_1,i_nsea.spfzlienlpaišrisa- varande bränsleenhet, och. en sjunde sekundärparameter som avser .Spännirlgëš i. ibränsleenhetenif.
KORT BESKRIVNING Av RITNINGARNA Föreliggande uppfinning skall nu beskrivas närmare med hjälp av en utföringsfonn och med hänvisning till den bifogade ritningen, på vilken Fig 1 visar ett flödesdiagram över olika förfarandesteg enligt en utföringsform av uppfin- ningen. lO 514 aus DETALJERAD BESKRIVNING Av EN FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM Av UPPFINNINGEN Förfarandet enligt uppfinningen skall nu beskrivas med hän- visning till flödesdiagrammet i Fig 1. Förfarandet är till- lämpligt på en nukleär anläggning med en reaktor som inne- sluter en reaktorhärd som bildas av ett antal bränslepatro- ner som var och en innefattar ett antal bränsleenheter i form av så kallade bränslestavar. Varje bränslestav inne- fattar ett kapslingsorgan som är rörformigt och innesluter kärnbränslet i form av ett antal bränslekutsar på så sätt att det bildas en spalt mellan kapslingsorganets innervägg och bränslekutsarna. Kapslingsorganet är tillverkat av en zirkoniumlegering, exempelvis Zirkaloy. Reaktorn styrs med hjälp av ett datorbaserat styrsystem genom att ett antal styrstavar är förskjutbara in i och ut ur härden mellan bränslestavarna samt genom reglering av vattenflödet in i och ut ur härden.
Det skall noteras att det i Fig 1 visade flödesdiagrammet är en modell av ett förfarande för att prognostisera utveck- lingen av en primär bränsleskada i en bränslestav. Uppfin- ningen är inte begränsad till denna modell utan modellen kan utformas på olika sätt.
I Fig l representerar box A start av förfarandet för att prognosticera utvecklingen av en primär bränsleskada. Pri- märskadan kan vara en nötningsskada, i form av ett litet hål, eller en liten spricka, en så kallad PCI, Pellet Cladding Interaction. Box B representerar fastställandet av en primär bränsleskada. Den primära bränsleskadan kan detek- teras med hjälp av någon konventionell metod, exempelvis genom kontinuerlig mätning av halten av radioaktiva ädel- gaser i reaktorns avgaser. Box C representerar bestämning av positionen för den primära bränsleskadan i härden, d.v.s. vilken bränslepatron som är skadad. 51,4 8.03 Box D representerar bestämningen av värdet på ett antal pri- märparametrar. Värdet på dessa parametrar kan bestämmas ge- nom mätningar on-line, under anläggningens drift, eller er- hållas såsom data från ett minnesorgan. I det senare fallet kan det handla om historiska data som kontinuerligt lagras i Styr- system. Primärparametrarna, som bildar indata med vilka pro- något minnesorgan hos anläggningens datorbaserade gnosticeringen görs, kan innefatta åtminstone några men inte nödvändigtvis alla av följande parametrar.
En första primärparameter 1 avser utbránningsgraden hos kärnbränslet hos den skadade bränslestaven.
En andra primärparameter 2 avser effekthistoriken för den skadade bränslestaven och kan erhållas ur ovan nämnda min- nesorgan xned. hjälp av' data om styrstavarnas position. vid varje tidpunkt. fatta reaktortryckhistorik och axiella effektprofiler längs Den andra primärparametern kan även inne- den skadade bränslestaven.
En tredje primärparameter 3 innefattar storleken på spalten mellan bränslekutsarna och kapslingsorganets innervägg hos den skadade bränslestaven.
En fjärde primärparameter 4 avser typen av kapslingsorgan hos den skadade bränslestaven, exempelvis om kapslingsorga- net innefattar en s.k. liner eller inte. Om kapslingsorganet innefattar en liner kan den fjärde primärparametern även in- nefatta typen av liner.
En femte primärparameter 5 avser kapslingsorganets ålder hos den. skadade bränslestaven. Den femte jprimärparametern, kan erhållas från minnesorganet. Åldern är avgörande för i hur hög grad en hydrering av kapslingsorganets material har skett före primärskadans inträffande. En hög hydrering leder lO 514 3GB till inre spänningar i kapslingsorganet och till ett sprö- dare material. Kapslingsorganets ålder påverkar även storle- ken på spalten mellan bränslekutsarna och kapslingsorganets innervägg, oxidtjockleken på kapslingsorganets insida mm.
Primär-parametrarna kan också innefatta en sjätte primärpa- rameter 6 som avser hydreringsgraden hos kapslingsorganet hos den skadade bränslestaven.
En sjunde primärparameter 7 avser temperaturen hos kärn- bränslet hos den skadade bränslestaven.
En åttonde primärparameter 8 avser värmekonduktiviteten i spalten mellan bränslekutsarna och kapslingsorganets inner- vägg hos den skadade bränslestaven.
En nionde primärparameter 9 avser fissionsdensitet, d.v.s. antalet f_issioner per tidsenhet och volymenhet, hos den ska- dade bränslestaven.
En tionde primärparameter 10 avser tidpunkten för den pri- mära bränsleskadan .
En elfte primärparameter ll avser tjockleken på ett oxid- skikt som har bildats på kapslingsorganets innervägg. Även om inte alla dessa primärparametrar är nödvändiga för en prognosticering av primärskadans utveckling skall noteras att även andra primärparametrar än de nu uppräknade kan ut- I ett första beräk- utnyttjas de önskade primär-parametrarna nyttjas inom ramen för uppfinningen. ningssteg, Box E, för bestämning av värdet hos ett antal sekundärparametrar med hjälp av vilka nämnda prognosticering genomförs. Denna beräkning kan göras med en separat dator eller en dator som kan ingå i eller vara förbunden med anläggningens datorbase- rade styrsystem . lO ,14 805 En första sekundärparameter avser den axiella gasblandningen som funktion av tiden hos den skadade bränslestaven. Efter en primärskada kommer spalten hos brânslestaven att inne- såsom hålla en gasblandning' av' vattenånga, fissionsgaser, d.v.s. helium, samt vätgas som xenon och krypton, fyllgas, bildas på grund av den oxidering som sker av kärnbränslet och kapslingsorganet.
En andra sekundärparameter avser oxideringen av kapslings- organets innervägg och/eller av kärnbrånslet hos den skadade bränslestaven.
En tredje sekundärparameter avser radiolys av vattenånga hos den skadade bränslestaven.
En fjärde sekundärparameter avser utarmningen av syre hos den skadade bränslestaven. I synnerhet avses utarmningen av syre i spalten, som funktion av det axiella avståndet från primärskadan.
En femte sekundärparameter avser inkubationstiden för vätets penetrering av oxidskiktet på kapslingsorganets innervägg hos den skadade bränslestaven, speciellt som funktion. av olika pm/pmo partialtrycksförhållanden och/eller som funk- tion av oxidskiktets tjocklek.
En sjätte sekundärparameter avser diffusion av väte genom spaltens gasblandning hos den skadade bränslestaven.
En sjunde sekundärparameter kan avse spänningar i bränsle- staven och närmare bestämt sprickbildningen hos kapslings- organet hos den skadade bränslestaven, d.v.s. initiering och utbredning av eventuella sprickor. 514ósos ll Box F representerar själva analysarbetet av de framtagna sekundärparametrarna och prognosticeringen eur den detekte- rade primärskadans framtida utveckling. Detta analysarbete kan utföras av ovan nämnda dator som kan innefatta mjukvara som avbildar den nukleära anläggningen och som möjliggör si- mulering av framtida händelseförlopp. Mjukvaran kan exempel- vis innefatta integrerade så kallade expertsystem eller Artificiell Intelligence. Utifrån en sådan prognos kan rikt- linjer tas fram, box G, för den fortsatta driften av anlägg- ningen. Sådana riktlinjer kan exempelvis avse styrstavsposi- tion eller styrstavsrörelser i det område i vilket den ska- dade bränslestaven befinner sig. I en förlängning av upp- finningen kan dessa riktlinjer även utgöra input i ett auto- matiskt styrsystem, box H, för styrning av den nukleära an- läggningen.
Prognosticeringen bygger på att utifrån värdet på ovan nämnda primärparametrar erhålls vissa värden pà nämnda sekundärparametrar, som under vissa betingelser som kan sty- ras, ger upphov till bestämda förlopp och skadeutveckling.
På grund av en primärskada kan kylmedel tränga in i bränsle- staven tills det interna trycket i kapslingsorganet från ånga och vätgas är lika stort som fyllgasen, fissionsgaser, det externa trycket i reaktorhärden. Pâ grund av att kyl- medel tränger in och väte frigörs i bränslestaven kommer väte att diffundera in i kapslingsorganets vägg och binda zirkoniumhydrid, d.v.s. man får en hydrering av materialet i kapslingsorganet. En sådan hydrering leder till en förspröd- ning av materialet och till att det byggs upp inre spän- vilket kan leda till ett lokalt brott på bränslestaven som kan betyda att uran kan börja ningar i kapslingsorganet, läcka ut i härden. En förutsättning för att väte skall upp- tas av kapslingsorganet är att partialtrycksförhállandet pmJpmX,är stort. Det hydrerade området tenderar att utveckla små sprickor. Om primärskadan befinner sig i en övre del av lO 1.4 8503 12 bränslestaven kommer ånga först att komma in i bränslestaven och passera den inre väggytan nära hålet. Ytan oxideras till ZrO2 vilket resulterar i frigörande av väte som alstras vid korrosionsprocessen. Väte produceras också genom oxidation av ett ytskikt hos bränslekutsarna och längs sprickor i kutsarna. Det frigjorda vätet transporteras i spalten och bygger upp ett lager av väte vilket ökar väteinnehàllet hos kapslingen. Ångan kommer också att utsättas för radiolytisk sönderdelning vilket alstrar ytterligare väte och väteper- oxid. Närvaron av spärkvantiteter av reaktiva radikaler kommer lokalt att öka oxideringen av kapslingen liksom de yttre områdena av bränslekutsarna. Allteftersom gasen strömmar längs spalten ökar koncentrationen av väte kontinu- erligt. Ytterligare inströmning av ånga i spalten kommer i första hand att ske genom diffusion. Inströmningen av vatten beror av skadans storlek. När gasen strömmar förbi positio- nerna för effekttoppen och det maximala värmeflödet kommer den att ha en ännu högre halt av väte på grund av syreutarm- ningsmekanismen. Om ångans flödeshastighet är tillräckligt läg och väteproduktionen genom radiolys och oxidering är tillräckligt hög kan partialtrycket pm/pmm överskrida det kritiska värdet för massiv hydrering. Sådan hydrering sker med största sannolikhet vid en skada eller oregelbundenhet i ZrO2eller vid områden där den skyddande oxidfilmen är tunn. bildas hos hydridutbuktningen En ”sunburst”-hydrering börjar sedan att kapslingen. Den resulterande består möjligen av flera eller färre fasta hydrider som lätt spricker vid relativt små pälagda spänningar. Den. genom- snittliga vätekoncentrationen i. kapslingsväggen i. närheten av dessa Inassiva hydrider är flera tusen. ppm. Om degra- deringsprocessen accelereras eller tilläts fortsätta kan detta slutligen leda till ett brott runt hela omkretsen.
Massiv hydrering sker därför i huvudsak i den nedre delen av bränslestaven vid låg utbränning pá grund av den i allmänhet relativt stora, öppna spalten och det tunna oxidskiktet på kapslingens insida. Detta massivt hydrerade område består av 5141805 . - » . . f 13 solida hydrider som är sprödare än andra delar av kapslingen och som lätt kan brytas om bränslestaven utsätts för ett plötsligt inre övertryck eller mekanisk inverkan från bränslekutskolonnen (PCMI)~ Brott i lokalt hydrerade områden sker ofta efter en effektändring, exempelvis vid en kall av- stängning, då staven fylls med vatten. Detta vatten verkar som en vätekålla då det förångas under reaktorns effektupp- gång. Då ökar också den mekaniska spänningen på kapslings- organet. När en kall avstängning sker efter en primärskada kan. därför' en. öppen sekundärskada ofta utvecklas inonl en vecka. Ett övertryck som är tillräckligt högt för att bryta hydridomrädet, som är sprött vid låga temperaturer, kan upp- stå vid en effektökning efter en kall avstängning. På grund av ång-vattenblandningens viskositet kommer en kmänslestav med en liten primärskada, och en lokalt täppt spalt mellan bränslekuts och kapslingsväggen någonstans längs bränslestaven, inte att uppnå en tryckutjåmning som är tillräckligt snabb för att förhindra ett plötsligt inre övertryck under vattnets fastransformering till StOrt ånga.
Efter en kall avstängning kan UO2-svällning uppstå på grund av oxideringen. Detta tillsammans med oxideringen av bland annat det hydrerade området kan också förorsaka ett brott i det hydrerade området på grund av PCMI om effektändringen är tillräckligt snabb. För att undvika brott i det hydrerade området är det därför mycket viktigt att undvika alla snabba lokala effekttransienter.
Långa axiella sprickor är den mest allvarliga typen av se- kundärskada eftersom den ofta leder till en avsevärd ur- tvättning av UO2, vilken ej är självbegränsande. Det mest spektakulära exemplet på denna typ av spricka sker i bräns- lestavar med en olegerad zirkoniumliner, där den snabba och extensiva oxideringen av linern leder till stora spänningar i kapslingen vilket främjar sprickprocessen. PCMI på grund av effektändring ökar på ett tydligt sätt ytterligare risken för sprickor. Undersökningar av axiella sprickor har gjorts swsos 14 både beträffande olegerade zirkoniumliners och bränslestavar utan liner. Sekundära hydridutbuktningar liksom primära PCI- sprickor har utnyttjats såsom begynnelseskada och resulterat i axiella sprickor när tillräckligt stora spänningar har lagts pá. I synnerhet har begynnande PCI haft en relativt hög sannolikhet att generera axiella sprickor eftersom stora existerar. Bränslestavar med olegerade spänningar redan zirkoniumliners ger mycket allvarligare axiella sprickor än sådana utan liner, eller speciellt legerade zirkoniumliners.
Detta på grund av att den snabba och extensiva oxideringen leder till stora av zirkoniumlinern spänningar i kapslingsorganet.
Uppfinningen är inte begränsad till beskrivningen ovan utan kan modifieras och varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (20)

1. 0 15 20 25 30 35 1514* 803 15 Patentkrav l. Förfarande för att driva en nukleär anläggning som in- nefattar en reaktor med en uppsättning bränslepatroner som var och en innefattar ett antal bränsleenheter, varvid varje bränsleenhet innefattar åtminstone ett kapslingsorgan, som är inrättat att innesluta ett kärnbränsle på så sätt att det bildas en spalt nællan kärnbränslet och kapslingsorganet, och varvid förfarandet innefattar stegen: fastställande av' en. primär bränsleskada hos en av' nämnda bränsleenheter, kännetecknat av bestämning av värdet hos en första primärparameter som avser utbränningsgraden hos kärnbränslet hos ifrågavarande bräns- leenhet, bestämning av värdet hos en andra primärparameter som avser effekthistorik för ifrågavarande bränsleenhet, bestämning av värdet hos en tredje primärparametrar som av- ser storleken på nämnda spalt hos ifrågavarande bränsleenhet och* beräkning av den primära bränsleskadans utveckling och av framtida läckage av kärnbränsle från ifrågavarande bränsle- enhet med hänsyn tagen till nämnda primärparametrar.
2. Förfarande enligt krav l, innefattande det följande steget: framtagning av riktlinjer för den fortsatta driften av an- läggningen med hänsyn tagen till nämnda uppskattning.
3. Förfarande enligt krav 2, innefattande det följande steget: styrning av anläggningen med hänsyn tagen till nämnda rikt- linjer.
4. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: 10 15 20 25 30 35 b.5111 803 16 lokalisering av ifrågavarande bränsleenhet efter fastställ- andet av en primär bränsleskada.
5. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: _ bestämning av värdet hos en fjärde primärparameter som avser typen av kapslingsorgan hos ifrågavarande bränsleenhet.
6. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: bestämning av värdet hos en femte primärparameter som avser kapslingsorganets ålder hos ifrågavarande bränsleenhet.
7. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: bestämning av värdet hos en sjätte primärparameter som avser hydreringsgraden hos kapslingsorganet hos ifrågavarande bränsleenhet.
8. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: bestämning av värdet hos en sjunde primärparameter som avser temperaturen hos kärnbränslet hos ifrågavarande bränsleen- het.
9. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: bestämning av värdet hos en åttonde primärparameter som av- ser värmekonduktiviteten i nämnda spalt hos ifrågavarande bränsleenhet.
10. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: bestämning av värdet hos en nionde primärparameter som avser fissionsdensiteten hos ifrågavarande bränsleenhet. 10 15 20 25 30 35 514.1, 803 17
11. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: bestämning av värdet hos en tionde primärparameter som avser tidpunkten för den primära bränsleskadan.
12. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: bestämning av värdet hos en elfte primärparameter som avser tjockleken på ett oxidskikt som har bildats på kapslingsor- ganets innervägg.
13. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande steget: bestämning av värdet av åtminstone en sekundärparameter som beräknas med hänsyn tagen till nämnda primärparametrar, var- vid nämnda beräkning av bränsleskadans utveckling och av framtida läckage av kärnbränsle från ifrågavarande bränsle- enhet utförs med hjälp av nämnda sekundärparametrar.
14. Förfarande enligt krav 13, varvid nämnda sekundärpara- meter innefattar en första sekundärparameter som avser den axiella gasblandningen som funktion av tiden hos ifrågava- rande bränsleenhet.
15. Förfarande enligt något av kraven 13 och 14, varvid nämnda sekundärparameter innefattar en andra sekundärparame- ter som avser oxideringen av kapslingsorganets insida och/eller kärnbränslet hos ifrågavarande bränsleenhet.
16. Förfarande enligt något av kraven 13 till 15, varvid nämnda sekundärparameter innefattar en tredje sekundärpara- meter som avser radiolys av vattenånga hos ifrågavarande bränsleenhet.
17. Förfarande enligt något av kraven 13 till 16, varvid nämnda sekundärparameter innefattar en fjärde sekundärpara- 10 15 511% 803 18 meter som avser utarmningen av syre hos ifrågavarande bräns- leenhet.
18. Förfarande enligt något av kraven 13 till 17, varvid nämnda sekundärparameter innefattar en femte_sekundärparame- ter sonx avser 'inkubationstiden för vätepenetrering' av' ett oxidskikt hos ifrågavarande bränsleenhet, som funktion av oxidskiktets tjocklek.
19. Förfarande enligt något av kraven 13 till 18, varvid nämnda sekundärparameter innefattar en sjätte sekundärpara- meter son1 avser diffusion av väte genon1 gasblandningen i spalten hos ifrågavarande bränsleenhet.
20. Förfarande enligt något av kraven 13 till 19, varvid nämnda sekundärparameter innefattar en sjunde sekundärpara- meter som avser spänningar i bränsleenheten.
SE9904316A 1999-11-29 1999-11-29 Förfarande för att driva en nukleär anläggning SE514803C2 (sv)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9904316A SE514803C2 (sv) 1999-11-29 1999-11-29 Förfarande för att driva en nukleär anläggning
AU19108/01A AU1910801A (en) 1999-11-29 2000-11-29 A method for operating a nuclear plant
PCT/SE2000/002377 WO2001039207A1 (en) 1999-11-29 2000-11-29 A method for operating a nuclear plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9904316A SE514803C2 (sv) 1999-11-29 1999-11-29 Förfarande för att driva en nukleär anläggning

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9904316D0 SE9904316D0 (sv) 1999-11-29
SE9904316L SE9904316L (sv) 2001-04-30
SE514803C2 true SE514803C2 (sv) 2001-04-30

Family

ID=20417890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9904316A SE514803C2 (sv) 1999-11-29 1999-11-29 Förfarande för att driva en nukleär anläggning

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU1910801A (sv)
SE (1) SE514803C2 (sv)
WO (1) WO2001039207A1 (sv)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2858103B1 (fr) * 2003-07-25 2005-10-21 Framatome Anp Procede d'estimation du nombre de crayons non-etanches presents dans des assemblages de combustible nucleaire, dispositif et support utilisable dans un ordinateur correspondants.
SE527796C2 (sv) * 2004-06-14 2006-06-07 Westinghouse Electric Sweden Förfarande för drift av en reaktor hos en nukleär anläggning
US8737557B2 (en) 2006-07-21 2014-05-27 Areva Inc. Method for prediction of light water reactor fuel defects using a fuel condition index
SE532638C2 (sv) 2008-06-04 2010-03-09 Westinghouse Electric Sweden Metod och apparat för att övervaka driften av en kärnreaktor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56132594A (en) * 1980-03-19 1981-10-16 Hitachi Ltd Monitoring system for grasping core state at accident
US5537450A (en) * 1994-01-31 1996-07-16 Radiological & Chemical Technology, Inc. On-line analysis of fuel integrity
SE514184C2 (sv) * 1997-11-21 2001-01-22 Asea Atom Ab Förfarande och anordning för utvärdering av integriteten hos kärnbränslet i en nukleär anläggning

Also Published As

Publication number Publication date
SE9904316D0 (sv) 1999-11-29
AU1910801A (en) 2001-06-04
SE9904316L (sv) 2001-04-30
WO2001039207A1 (en) 2001-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140376678A1 (en) Method of and Apparatus for Monitoring a Nuclear Reactor Core Under Normal and Accident Conditions
Shirvan Implications of accident tolerant fuels on thermal-hydraulic research
SE532638C2 (sv) Metod och apparat för att övervaka driften av en kärnreaktor
Rempe et al. Instrumentation performance during the TMI-2 accident
Holcomb et al. An Analysis of Testing Requirements for Fluoride Salt Cooled High Temperature Reactor Components
EP1031159B1 (en) A method and a device for evaluating the integrity of the nuclear fuel in a nuclear plant
US11342089B2 (en) Predictive model construction and prediction method for radioactive metal corrosion concentration in nuclear reactor water
SE514803C2 (sv) Förfarande för att driva en nukleär anläggning
Chikazawa et al. Evaluation of JSFR key technologies
Vanier et al. Superphénix reactivity and feedback coefficients
Ashida et al. Experimental reactor Joyo
Park et al. Structural integrity assessment of pressure tubes for Wolsong Unit 1 based on operational experiences
Monaweck et al. Summary report on irradiation of prototype EBR-II fuel elements
Chang et al. Whole-core damage analysis of EBR-II driver fuel elements following SHRT program
Bibilashvili et al. High-temperature interaction of fuel rod cladding material (Zr1% Nb Alloy) with oxygen-containing mediums
Hazama Prototype reactor Monju
Rudling et al. Performance and inspection of zirconium alloy fuel bundle components in light water reactors (LWRs)
Balooch et al. Performance evaluation and post-irradiation examination of a novel LWR fuel composed of U0. 17ZrH1. 6 fuel pellets bonded to Zircaloy-2 cladding by lead bismuth eutectic
Fehrenbach et al. Description of the blowdown test facility COG program on in-reactor fission product release, transport, and deposition under severe accident conditions
Ashley et al. SRE fuel element damage
Manzer Transport mechanisms of uranium released to the coolant from fuel defects
Cronvall Long-term operation of a boiling pressure vessel and its internals
Rindelhardt et al. Weld material investigations of a WWER-440 reactor pressure vessel: results from the first trepan taken from the former Greifswald NPP
Meinhardt STEADY STATE AND DEFECTED FUEL IRRADIATION TESTING NEEDS.
Kalix Density error and its correction in boiler drum level indication

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed