SE522371C2 - Bränslepatron för en lättvattenreaktor - Google Patents

Description

20 25 30 35 522 371 neutronmoderator. Under drift strömmar vattnet nedifràn och upp genom bränslepatronen, varvid i en lättvattenreaktor av kokarvattentyp en del av vattnet övergàr till ànga. Andelen ànga ökar mot toppen av bränslepatronen. Följaktligen inkluderar kylmedlet i bränslepatronens nedre del vatten medan kylmedlet i bränslepatronens övre del inkluderar både ánga och vatten.

Vid kärnklyvning av kärnbränslematerialet bildas fissionsgaser. Dessutom expanderar pelaren av bränslematerialet pá grund av den i bränslematerialet bildade värmen. För att ta hand om fissionsgaserna och den termiska expansionen av bränslekutspelaren är i kända hellànga, dvs i storleksordningen 4 meter lànga, bränslestavar normalt ett relativt stort utrymme, axiellt gap, kapslingsröret. Det axiella gapet är i storleksordningen 200-300 mm làngt. Till detta axiella gap kan sàledes fissionsgaserna diffundera och pelaren av bränslekutsar kan bildat ovanför den översta bränslekutsen i expandera in här.

I US 3,67l,393 beskrivs en bränslepatron innefattande bränslestavar som vardera inkluderar ett kapslingsrör innehållande en pelare av bränslematerial. I pelaren av bränslematerial är anordnad en, fràn bränslematerialet separat, spridare i syfte att dela upp pelaren av bränslematerial i làngsträckta segment. Åtminstone ena änden av spridaren är utformad så att den har làgt krossmotstánd varvid de làngsträckta segmenten tilläts expandera i kapslingsrörets längdriktning genom deformering av spridaren.

Den ovan beskrivna skillnaden mellan den övre och den nedre delen hos en bränslepatron med avseende pà kylmedel i form av vatten i den nedre delen av bränslepatroen och kylmedel som ànga och vatten den övre delen av bränslepatronen ger upphov till speciella förutsättningar som mäste tas hänsyn till när bränslepatronen utformas. lO 15 20 25 30 35 1 . o a nu 522 571 f u o ~ 1 n o . | | c u « n n.

Skillnaden mellan den övre och den nedre delen av bränslepatronen kan t ex tagas hänsyn till genom en flexibel bränslepatron som pà ett enkelt sätt kan ges en utformning där den övre delen av bränslepatronen skiljer sig fràn den undre delen sä att optimala förhàllanden kan erhållas. En bränslepatron för en kokarvattenreaktor med dessa egenskaper visas i PCT/SE95/01478 (Int. Publ. No. WO 96/20483). bränslepatron innefattar ett flertal pà varandra staplade Denna bränsleenheter, vilka var och en innefattar ett flertal bränslestavar som sträcker sig mellan en topplatta och en bottenplatta. Vardera bränsleeneheten är i storleksordningen 300-1500 millimeter läng. Även i detta fall mäste ett axiellt gap anordnas i bränslematerialet för omhändertagande av fissionsgaser och termisk expansion av bränslematerialet.

Bränsleenheterna är omslutna av ett gemensamt höljerör med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. En bränslepatron av denna typ kan pá ett enkelt sätt ges olika utformning i sin övre och undre del. Även i en lättvattenreaktor av tryckvattentyp kan det vara lämpligt att utforma bränslepatronerna sà att vardera bränslepatronen innefattar ett flertal pà varandra staplade bränsleenheter. Liksom ovan beskrivet innefattar då var och en av bränsleenheterna ett flertal bränslestavar som sträcker sig mellan en topplatta och en bottenplatta. En bränslepatron för en tryckvattenreaktor innefattar dock inget höljerör.

En faktor som maste tas hänsyn till vid utformningen av axiella gap i hellànga sàväl som i korta bränslestavar, är att kapslingsrörets temperatur i området kring det axiella gapet är lägre än i det övriga kapslingsröret genom att inget klyvbart bränslematerial är anordnat i det axiella gapet. Ett problem som kan uppstà till följd av detta är att väte som bildas bland annat vid korrosion av kapslingsröret, som normalt är av en zirkoniumbaserad legering, och tas upp I det fall koncentrationen av väte blir för hög i detta omráde bildar av detta, diffunderar in i detta kallare omràde. det hydrider i kapslingsmaterialet och orsakar försprödning »owe 10 15 20 25 30 35 522 371 av detta. I ett allvarligt fall kan det gà hål pà kapslingsröret och klyvbart material kan komma ut i kylvattnet. Samma typ av problem kan även uppträda i områdena mellan longitudinella segment av bränslematerial som i US 3,67l,393 inkluderar spridare, liksom i området mellan tvà pà varandra staplade bränsleenheter som i PCT/SE95/01478. Risken för försprödning pá grund av alltför hög koncentration av väte ökar, till en viss gräns, med storleken pà det axiella gapet.

'Frigjord fissionsgas bidrar till att temperaturen i det axiella gapet sjunker ytterligare. Detta beror pà att fissionsgasen försämrar värmeledningsförmàgan för den gas som befinner sig i det axiella gapet. Samma sak gäller för den gas som befinner sig i den spalt som bildas mellan bränslematerialet och kapslingsröret varvid temperaturskillnaden mellan bränslematerialets yttre yta och kapslingsrörets inre yta ökas.

Det är känt att pà olika sätt minska fissionsgasfrigörelsen.

Ett sàdant sätt är att i en pelare av bränslematerial som är uppdelad i bränslekutsar förse en eller flera av bränslekutsarna med genomgående häl i deras längdriktningar.

Pà sa sätt sänks temperaturen i vardera bränslekutsen varvid fissiongasfrigörelsen minskas och det axiella gapet i kutspelaren kan minskas. I detta fall kan det axiella gapet begränsas till i storleksordningen nägra millimeter i en stav med en längd pá i storleksordningen 300 millimeter, upptill nägra tiotals millimeter för längre stavar, för att tillàta den termiska expansionen av pelaren av bränslekutsar. En nackdel med kutsar försedda med genomgående hal är att de är komplicerade att tillverka. Av den anledningen är det önskvärt att anordna axiella gap i det klyvbara materialet.

En annan faktor som mäste tagas hänsyn till vid utformningen av axiella gap i en bränslestav är att lokala effekttoppar uppkommer här. Effekttopparna uppkommer pá grund av att modereringen i detta omràde, där klyvbart och .u 10 15 20 25 30 35 o sn nu o an c n | o nu n 522 371 ' neutronabsorberande material saknas, är mycket god. Detta leder till att effekten i det bränslematerial som angränsar till det axiella gapet blir mycket hög, dvs det uppkommer en effekttopp. Effekttoppen blir större ju större det axiella gapet är.

Syftet med föreliggande uppfinning är att anvisa en bränslepatron med ett flertal hellànga bränslestavar och eventuellt dellánga bränslestavar respektive en bränslepatron innefattande ett flertal korta bränsleenheter vardera med bränslestavar, där en eller flera av bränslestavarna är utformade med axiella gap i det klyvbara bränslematerialet i syfte att minimera effekttoppar.

UPPFINNINGEN, FÖRDELAR Föreliggande uppfinning avser en bränslepatron innefattande ett flertal bränslestavar. Vardera bränslestaven inkluderar en pelare av klyvbart bränslematerial omsluten av ett kapslingsrör. Ett flertal axiellt fördelade gap är anordnade i pelaren av bränslematerialet för mottagande av under drift bildade fissionsgaser och för tillåtelse av termisk expansion av bränslematerialet i kapslingsrörets längdriktning.

Kärnbränslematerialet är i denna utföringsform av uppfinningen uppdelat i ett flertal, i huvudsak cirkulärcylindriska kutsar anordnade staplade pa varandra i kapslingsröret. Kapslingsröret är förslutet med en plugg i vardera änden, närmare bestämt med en topplugg och en bottenplugg.

Flertalet av kutsarna i pelaren av bränslematerial är vid vardera ena änden utformade med ätminstone tvà utskott av bränslematerial, grafit, metall eller en oxid som skiljer sig fràn bränslematerialet. Utskotten sträcker sig från kutsens ände och i dess längdriktning. Företrädesvis är utskotten anordnade perifert i kutsänden, dvs vid en radiellt yttre anordnad del av kutsänden. Utskotten utformas 10 15 20 25 30 35 522 371 . | u n a . . - : ø | o nu distinkta, spetsiga, med en tvärsnittsarea som avtar med avståndet frán kutsänden. Den distinkta, spetsiga formen hos utskotten syftar till att förhindra att utskotten anordnas att pàverka varandra. I det fall tvà utskott i en första kutsände anordnas mot en andra kutsände som i sin tur är försedd med tvà utskott som anordnas mot den första kutsänden erhàlls fyra separata anliggningspunkter mellan de báda kutsarna. Utskottens utsträckning i längdriktningen definierar avstàndet mellan tvà kutsändar, dvs det axiella gapet mellan tva kutsar. Ett axiellt gap bildat pà detta sätt är, åtminstone till en del, deformerbart. Vid termisk expansion av bränslematerialet i kutsarnas längdriktning trycks materialet i utskotten, och/eller i de respektive kutsändarna, samman varvid det axiella gapet deformeras, minskas. Genom att inte tillàta att utskotten deformeras totalt àterstár en del av det axiella gapet för mottagande av fissionsgaser.

I en fördelaktig utföringsform av uppfinningen är de beskrivna utskotten anordnade i vardera änden av samtliga av kutsarna i kutspelaren. Pâ sä sätt kan vart och ett av de axiella gapen göras väsentligt mindre än om endast ett fåtal gap anordnas i bränslestaven varvid effekttoppar pga axiella gap i kärnbränslematerialet minimeras.

För att ytterligare minska effekttopparna i bränslestavarnas övre respektive undre ändar, dvs mellan tvà pá varandra staplade bränsleenheter, kan bränslekutsarna i dessa områden utföras med en mindre diameter än de övriga bränslekutsarna.

För att undvika annulära gap mellan bränslekutsen och kapslingsröret utformas den del av bränslestaven som omger dessa med en i motsvarande grad mindre inre diameter som har samma utsträckning i axiell led som bränslekutsen.

Alternativt kan bränslekutsarna i nämnda omráde ges en lägre anrikning.

I en alternativ utföringsform av uppfinningen innefattar bränslestaven mellan huvuddelen av kutsarna i pelaren med bränslematerial ett frán kutstsarna separat distansorgan. 10 15 20 25 30 35 v - » n no 522 371 Distansorganet är exempelvis utfört i grafit, i metall eller i en porös keram. Distansorganet är antingen utformat att anordnas centralt mellan tvà kutsar eller perifert mellan tvà kutsar, dvs mellan de radiellt yttre anordnade delarna av respektive kutsände. Företrädesvis är distansorganet anordnat mellan varje kuts i kutspelaren. Företrädesvis är inget distansorgan anordnat mellan den övre kutsen i kutspelaren och toppluggen respektive mellan den nedre kutsen i kutspelaren och bottenpluggen.

En fördel med uppfinningen är att axiella gap undviks i den övre respektive undre delen av bränslestavarna. I det fall bränslestavarna är anordnande i ett flertal korta bränsleenheter staplade pà varandra minskas omradet utan klyvbart material utbildat mellan tvà pà varandra staplade bränsleenheter och därmed ocksä den lokala effekttopp som kan uppkomma i detta område pà grund av alltför god moderering.

En annan fördel är att det nödvändiga axiella gapet kan fördelas längs med kutspelaren pà ett sådant sätt att ett stort antal axiella gap erhàlls, exempelvis ett axiellt gap mellan varje kuts, varvid effekttopparna i de axiella gapen minimeras. Samtidigt minskas risken för alltför hög koncentration av väte i de axiella gapen.

En fördel med att anordna distansorgan perifert mellan kutsarna är att distansorganet bidrar, àtminstone till en viss grad, till att temperaturen i det material som omger det axiella gapet ökas något i jämförelse med temperaturen hos axiella gap utan distansorgan. Den ökade temperaturen beror pá att distansorganet leder en del av den värme som alstras i de mot det axiella gapet vettande kutsarna till kapslingsröret. Genom denna ökade temperatur minskas ytterligare risken för att vätekoncentrationen ska bli alltför hög i de axiella gapen.

Ytterligare en fördel är att distansorganet respektive utskotten redan vid tillverkningen av bränslestavarna kan 10 15 20 25 30 35 522 371 ackumulera en viss längdtolerans hos kutspelaren. Detta ástadkoms genom att kutspelaren vid insättandet av toppluggen i kapslingsröret, med hjäp av de deformera distansorganen respektive utskotten, sammanpressas i viss utsträckning. Det innebär att kravet pà de enskilda bränslekutsarnas längdtolerans minskas.

RITNINGSFIGURER Figur 1 visar i ett vertikalt snitt en bränslepatron av kokarvattentyp med korta bränsleenheter.

Figur 2 visar ett snitt A-A av bränslepatronen i figur l.

Figur 2a och 2b visar alternativa utföringsformer av en bränslepatron av samma typ som den i figur l visade i ett snitt som motsvarar A-A av bränslepatronen i figur l.

Figur 3 visar i ett vertikalt snitt en bränslepatron av tryckvattentyp med korta bränsleenheter.

Figur 4 visar en bränslestav för en bränsleenhet enligt figur 1 eller 2 med ett flertal axiella gap fördelade i bränslestavens längdriktning.

Figur 5a visar en bränslekuts i ett snitt B-B i figur Sb, innefattande utskott. Figur 5b visar samma bränslekuts i en vy ovanifràn.

Figur 6a visar en bränslestav i ett snitt C-C i figur 6b, med ett flertal axiella gap i vilka distansorgan är anordnade perifert mellan bränslekutsarna.

Figur 7 visar en bränslestav med ett flertal axiella gap i vilka distansorgan är anordnade centralt mellan bränslekutsarna.

Figur 8 visar i ett vertikalt snitt en bränslepatron av kokarvattentyp med hellànga och dellànga bränslestavar. ..- 10 15 20 25 30 35 522 371 I figur 9 visas en alternativ utföringsform av en bränslestav innefattande ett flertal sektioner med olika yttre diameter.

UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar särskilt fördelaktig utföringsform av uppfinningen. Figur 1 visar närmare bestämt en bränslepatron av kokarvattentyp som innefattar ett övre handtag 1, ett nedre ändparti 2 och ett flertal pà varandra staplade bränsleenheter 3. Varje bränsleenhet 3 innefattar ett flertal bränslestavar 4 anordnade parallellt och pà bestämda avstànd fràn varandra i ett givet gitter. Varje bränsleenhet 3 innefattar vidare en topplatta 5 och en bottenplatta 6 för infästning av bränslestavarna 4 i sina respektive positioner i gittret. Bränsleenheterna 3 är staplade pà varandra i bränslepatronens längdriktning och de är staplade pà sà sätt att topplattan 5 i en bränsleenhet 3 är vänd mot bottenplattan 6 i nästa bränsleenhet 3 i stapeln, och sä att bränslestavarna 4 i alla bränsleelementen 3 är parallella med varandra. En bränslestav 4 innefattar bränsle i form av en i ett kapslingsrör 7a anordnad stapel av bränslekutsar 7b av uran. Kapslingsröret 7a är lämpligen utfört i en zirkoniumbaslegering. Ett kylmedel är anordnat att strömma nedifrän och upp genom bränslepatronen.

Figur 2 visar att bränslepatronen är innesluten i ett höljerör 8 med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. Hölje- röret 8 är försett med ett ihàligt, med korsformat tvärsnitt utformat stödorgan 9, som är fast förbundet med höljerörets 8 fyra väggar. I den av stödorganet 9 bildade centrala kanalen 14 strömmar moderatorvatten. Höljeröret med stödorgan omsluter fyra vertikala kanalformade delar 10, s k delkanaler, med åtminstone i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt.

De fyra delkanalerna innehåller var sin stapel av bränsle- enheter 3. Varje bränsleenhet 3 innefattar 24 bränslestavar 4 anordnade i ett symmetriskt 5x5 gitter. ..- 10 15 20 25 30 35 522 371 l&"U H Bränslepatronen i figur 2 innefattar lOxl0 bränslestavs- positioner. Med en bränslestavsposition avses en position i gittret. Alla bränslestavspositioner i gittret behöver inte vara besatta med bränslestavar 4. I vissa bränslepatroner har ett antal bränslestavar 4 ersatts med en eller flera vattenkanaler. Införandet av en vattenkanal förändrar antalet bränslestavar 4 men inte antalet bränslestavspositioner.

Figur 2a visar ett alternativt utförande av en bränslepatron enligt uppfinningen. Figuren 2a visar ett horisontellt snitt genom bränslepatronen som är försedd med en invändigt anordnad vertikal kanal l4a genom vilken vatten leds i vertikal riktning nedifràn och uppåt genom bränslepatronen.

Kanalen l4a omsluts av ett rör 9a med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. Bränsleenheterna 3 hàlls pà plats genom att de är uppträdda pà röret som omsluter den vertikala kanalen.

Figur 2b visar ytterligare ett utförande av en bränslepatron enligt uppfinningen. Figuren visar ett horisontellt snitt genom bränslepatronen som är försedd med tvà centralt anordnade vertikala vattenstavar l4b genom vilka vatten leds nedifrán och uppát genom bränslepatronen. Vattenstavarna l4b har en diameter som är nagot större än bränslestavarnas 4 diameter och är utformade med ett i huvudsak cirkulärt tvärsnitt. Bränsleenheterna 3 hålls pà plats genom att de är uppträdda pà vattenstavarna l4b.

Figur 3 visar en bränslepatron av tryckvattentyp som har ett kvadratiskt tvärsnitt. Pá samma sätt som bränslepatronen i figur 1 innefattar den ett flertal pà varandra staplade bränsleenheter 3. Varje bränsleenhet 3 innefattar ett flertal bränslestavar 4 anordnade parallellt och pà bestämda avstànd frán varandra i ett givet gitter. Varje bränsleenhet 3 innefattar vidare en topplatta 5 och en bottenplatta 6 för infästning av bränslestavarna 4 i sina respektive positioner i gittret. Bränsleenheterna 3 är staplade pà varandra i bränslepatronens längdriktning och de är staplade pà sà sätt 10 15 20 25 30 35 522 571 šïï*šïïš?..?*ï3ïš-" '''' " ll. .. . .. ._ = . ~ ~ - | a - . . - u» att topplattan 5 i en bränsleenhet 3 är vänd mot bottenplattan 6 i nästa bränsleenhet 3 i stapeln, och sà att bränslestavarna 4 i alla bränsleelementen 3 är parallella med varandra. En bränslestav 4 innefattar klyvbart material i form av en i ett kapslingsrör 7a anordnad stapel av bränslekutsar 7b av uran. Ett kylmedel är anordnat att strömma nedífràn och upp genom bränslepatronen. Ett antal sà kallade styrstavsledrör 4b är anordnade sig sträckande genom hela bränslepatronen. Styrstavsledrören 4b är avsedda att mottaga fingerformade styrstavar (ej visade) som skjuts in respektive dras ut ur ledrören 4a i syfte att reglera kärnreaktorns effekt. Ledrören löper mellan en toppdel 15 och en bottendel 16. Toppdelen 15 är anordnad ovanför den översta bränsleenheten 3 i bränslepatronen och bottendelen 16 är anordnad under den nedersta bränsleenheten 3 i bränslepatronen. Bränsleenheterna 3 hàlls pá plats genom att de är uppträdda pá styrstavsledrören 4b.

Figur 4 visar en del av en bränslestav 4 för en bränslepatron enligt figur l, 2 eller figur 3. Bränslestaven 4 innefattar, sásom nämnts ovan, ett kapslingsrör 7a och en i detta anordnad stapel av bränslekutsar 7b. Kapslingsröret 7a är upptill förslutet med en topplugg 17 och nedtill med en bottenplugg 18. Bränslestaven 4 är utformad med ett flertal inre hàlrum, axiella gap 19, vilka dels är avsedda att ackumulera fissionsgaser dels är avsedda att tillàta termisk expansion av pelaren av bränslekutsar 7a.

Figur 5a och 5b visar en bränslekuts som i vardera änden är försedd med utskott 7c. bränslekutsen försedd med tre utskott i vardera av I den visade utföringsformen är bränslekutsens ändar. Utskotten 7c är företrädesvis utformade i bränslekutsens material. Utskotten 7c ástadkoms dà exempelvis vid tillverkningen av kutsen 7b, genom pressning av bränslematerialet i en form innefattande utskotten 7c och en efterföljande sintring. I det fall utskotten 7c är utförda i ett annat material än bränslematerialet, t ex en metall, grafit eller en oxid som skiljer sig frán bränslematerialet, anordnas utskotten 7c 10 15 20 25 30 35 | . n | u. 522 3 71 §ff= šifëiïït. u.. n I n u i v vv . v ' :una af. 1 a . n. v u n aa v - | a | . | s | ; n .- till kutsen 7b efter det att kutsen 7b pressats och sintrats. Utskotten 7c kan dà exempelvis anordnas till kutsen 7b medelst plasmasprutning, gasdepositionsteknik eller sä kallad sputteringteknik.

Utskotten 7c är placerade vid bränslekutsens periferi och pà ett sàdant sätt att avståndet mellan dem i huvudsak är jämnt. De axiella gapens 19 axiella utsträckning definieras, àtminstone initialt, av utskottens 7c utsträckning i bränslestavens längdriktning. Tvä intill varandra anordnade bränslekutsar 7b är sä placerade att utskotten 7c hos en bränslekuts 7b inte anligger mot utskotten 7c i en intill anordnad bränslekuts 7b. Genom att utforma utskotten 7c distinkta, dvs smà bàde i kutsens 7b längdriktning och tvärriktnig erhálls en form som automatiskt förhindrar att utskott 7c i tvà intill varandra anordnade kutsar 7b I det fall tvä utskotts 7c spetsar skulle anordnas mot varandra kommer de att påverka anordnas anliggande mot varandra. varandra sà att kutsarna 7b vrids i förhållande till varandra varvid utskotten 7c i respektive kuts 7b glider mot varandra sá att avstàndet mellan kutsarna i huvudsak kommer att motsvara ett utskotts 7c utstäckning i längdriktningen.

Vidare innebär den distinkta formen hos utskotten 7c en liten kontaktyta varvid den erfoderliga kraft som behövs för att deformera utskotten och minska det axiella gapets 19 utsträckning i bränslestavens längdriktning endast behöver vara måttlig. I det fall pelaren av bränslekutsar 7b expanderar pà grund av termisk utvidgning minskas de axiella gapen 19 genom att utskotten 7c och/eller kutsändarna, i eller mot vilka utskotten 7c är anordnade, deformeras.

Bränslekutsarna 7b är i en föredragen utföringsform utförda med skalade övre och undre ändytor, se hänvisningssiffra l9a. Bränslekutsarna 7b växer pä grund av den termiska expansionen mer i de centrala, varmare delarna än i de yttre, kallare delarna. Skàlformen l9a medger sàledes termisk expansion till en viss grad innan det axiella gapet 19 tas i anspràk för detta ändamàl. Vidare medför skàlformen l9a ett utrymme i vilket fissiongaser kan samlas. 10 15 20 25 30 35 u u u u uu u 522 571 I I u uu nu o uu u o a 00 vu uu u »u u u uuv uuu u u uuuu ou u u u u u u u u uu u u u 131 o o o u» o: I n O I u no u Skålformade l9a bränslekutsar 7b gör därmed att ett mindre axiellt gap 19, dvs avståndet mellan kutsändarnas perifera delar, räcker för den termiska expansionen och för ackumulering av de frigjorda fissionsgaserna. Skålningen l9a bildas vid pressning av bränslematerialet till en bränslekuts varefter den pressade kutsen sintras.

I figur 6a, 6b visas en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning. Figur 6 visar närmare bestämt en stapel av bränslekutsar 7b där ett distansorgan 7d är anordnat perifert mellan vardera bränslekutsen 7c. Som framgår av figur 6b är distansorganet 7d utformat som ett ringformat organ med godtycklig tvärsnittsarea.

Distansorganet 7d är företrädesvis utfört i ett material som är deformerbart i förhållande till bränslematerialet i bränslekutsarna. Förträdesvis inkluderar materialet i distansorganet i huvudsak grafit. Materialet i distansorganet kan alternativt exempelvis utgöras av en metall eller en porös keram. En fördel med denna utföringsform är att värmeöverföringen mellan det perifera distansorganet och kapslingsröret 7a förbättras i jämförelse med utföringsformerna visade i figur 4 och 7.

I figur 7 visas en utföringsform av uppfinningen. Figur 7 visar närmare bestämt en stapel av bränslekutsar 7b där ett distansorgan 7e är anordnat centralt mellan vardera bränslekutsen 7c. Distansorganet 7d är i huvudsak utformat som ett kulformat organ. Liksom den i figur 6 beskrivna utföringsformen är det kulformade organet i ett material som är deformerbart i förhållande till bränslematerialet i bränslekutsarna. Förträdesvis inkluderar materialet i distansorganet i huvudsak grafit. Materialet i distansorganet kan alternativt exempelvis utgöras av en metall eller en porös keram.

Genom uppdelning av det axiella gapet i en bränslestav på ett flertal axiella gap 19, l9a anordnade mellan huvuddelen av bränslekutsarna 7b minimeras risken för effekttoppar och därmed sammanhängande kapslingsskador. Dessutom medges 10 15 20 25 30 35 o o c o nu 522 371 145 möjlighet för bränslekutsarna 7b att pà grund av termisk expansion växa i axiell led. Dä termisk expansion omhändertas mellan huvuddelen av antalet av bränslekutsarna 7c tillàts dimensionering av kutspelaren sá att den vid insättning av toppluggen i kapslingsröret trycks samman sà att ett mycket litet axiellt gap l9 erhálls mellan toppluggen 17 och den kutsände som är anordnad vänd mot toppluggen 17. Pá detta sätt minskas risken för att axiella gap 19 ska bildas mellan toppluggen 17 och den i pelaren överst anordnade bränslekutsen 7b.

I figuren 4 indikeras att den i bränslestaven 4 överst respektive underst anordnade kutsen 7b är utförda med genomgående hàl 23. Med denna utföringsform kan den maximala temperaturen i bränslekutsarna 7b minskas i det område där effekttoppar pà grund av god moderering uppträder, dvs i gapen l9c mellan bränsleenheterna 3, se figur 1 och 3. Pà samma gäng kan mängden frigjord fissionsgas minskas och utrymme för ackumulering av frigjorda fissionsgaser skapas inne i kutsarna 7b.

Uppfinningen avser även en bränslepatron som innefattar åtminstone en bränslestav enligt uppfinningen. I en annan utföringsform av uppfinningen anordnas bränslestavarna av den typ som visas i figur 4, 6 eller 7 i ett knippe för en bränslepatron. I ytterligare en annan utföringsform av uppfinningen är alla bränslestavarna av samma typ, dvs antingen av den typ som visas i figur 4, 6 eller 7, och i en annan utföringsform av uppfinningen innefattar bränslepatronen bränslestavar av átminstone tvá olika typer där átminstone tvà av typerna utgörs av bränslestavarna visade i figur 4, 6 eller 7.

En bränsleenhet 3 som är i storleksordningen 400 millimeter läng innefattar bränslestavar 4 som är försedda med axiella gap 19 mellan àtminstone huvuddelen av bränslekutsarna. I det fall bränslekutsarna 7b i längdriktningen har en längd pá i storleksordningen 10 mm har den deformerbara delen av det axiella gapet 19 en utsträckning i bränslestavens 10 15 20 25 30 35 522 571 aus a N ,, u n. v. ø- o. n n. ~ ln »u en u n un u u v nu. nu v n .n n o längdriktning pà 0,1-0,2 millimeter. Detta ger en sammanlagd axiell längd av den deformerbara delen av det axiella gapet som motsvarar 1-2% av bränslestavens 4 totala längd.

I figur 8 visas ytterligare en alternativ utföringsform av uppfinningen. Figur 8 visar närmare bestämt en bränslepatron av kokarvattentyp där delar som motsvarar delar av bränslepatronen visad i figur 1 har givits samma hänvisningsbeteckningar. I ett tvärsnitt är bränslepatronen i figur 8 exempelvis utformad pà motsvarande sätt som visas i figur 2, 2a respektive 2b. Den i figur 8 visade bränslepatronen innefattar hellànga bränslestavar 4a. I en utföringsform av uppfinningen är åtminstone en av de hellànga bränslestavarna 4a utbytt mot en delláng bränslestav 4b. Den dellànga bränslestaven 4b är anordnad i bottenplattan 6 och sträcker sig i riktning mot topplattan 4b hálls pá avstànd fràn varandra medelst konventionella spridare 13. 5, utan att na denna. Bränslestavarna 4a, I ytterligare en alternativ utföringsform av uppfinningen är den dellànga bränslestaven 4b försedd med en förlängning som i figuren är streckad och försedd med hänvisningsbeteckning 40. Förlängningen 4c sträcker sig fràn den övre änden av den dellànga bränslestaven 4b och till topplattan 5.

Förlängningen 4c innefattar inte nagot bränslematerial. Pà motsvarande sätt som beskrivs i samband med figurerna 4-7 innefattar pelaren av bränslematerial i dessa utföringsformer av uppfinningen axiella gap 19, l9a. De axiella gapen 19, l9a anordnas mellan huvuddelen av det totala antalet bränslekutsar 7b i de hellánga bränslestavarna 4a och/eller i de dellánga bränslestavarna 4b.

I figur 9 visas en alternativ utföringsform av en företrädesvis hellàng bränslestav 4d för användning i en bränslepatron av den typ som visas i figur 8. De delar av bränslestaven som överensstämmer med motsvarande delar beskrivna i samband med ovan angivna utföringsformer har givits motsvarande hänvisningsbeteckningar. Bränslestaven 4d 10 15 20 25 30 35 522 371 innefattar i det valda utföringsexemplet tre sektioner ~betecknade med a, b respektive c. Den i figuren 9 visade nedre sektionen a, har en yttre diameter Da, den mittre sektionen b, har en yttre diameter Db och den övre sektionen c, har en yttre diameter Dc. De yttre diametrarna Da, Db, Dc har ett inbördes förhållande där Da>Db>Dc. Vardera sektionen a, b, c, innehåller en pelare av bränslematerial uppdelad i bränslekutsar 7b. På motsvarande sätt som beskrivs i samband med figurna 4-7 är mellan åtminstone huvuddelen av det totala antalet bränslekutsar 7b utbildade axiella gap 19, l9a.

Sektionerna a och b är anordnade fixerade till varandra via en sektionsplugg 24. Sektionerna b och c är fixerade till varandra via en motsvarande sektionsplugg med samma beteckning 24. Det axiella gapets utsträckning mellan två intill varandra anordnade sektioner a, b eller c motsvarar i huvudsak sektionspluggens 24 axiella utsträckning och är betecknat med l9d. kutsar 7b som är anordnade intill en sektionsplugg 24 I en föredragen utföringsform är de försedda med genomgående häl 23 på samma sätt som beskrivits i samband med figur 4. De kutsar 7b som är anordnade intill en sektionsplugg 24 respektive en topplugg 17 eller en bottenplugg 18 är i huvudsak dikt anordnade till dessa genom sammanpressning av kutspelaren vid insättande av sektionsplug 24, topplugg 17 respektive bottenplugg 18.

Fördelen med den i figur 9 visade utföringsformen av en l9a som behövs för termisk expansion av bränslematerialet och bränslestav 4d är att det sammanlagda axiella gap 19, för fissionsgaser i respektive sektion a, b, c istället för att vara anordnat överst i respektive sektion, är uppdelat på ett flertal korta axiella gap varvid risken för effekttoppar vid respektive övergång l9d mellan sektionerna I det fall axiella gap l9, l9a anordnas mellan vardera bränslekutsen 7b i pelaren med kan minskas väsentligt. bränslematerial minimeras risken för effekttoppar vid övergången mellan de respektive sektionerna a, b, c.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 522 571 n.. ø . ø n av oc; PATENTKRAV

1. l. Bränslepatron för en lättvattenreaktor innefattande àtminstone en bränslestav (4, 4b) som sträcker sig mellan en topplatta (5) och en bottenplatta (6) fràn bottenplattan i riktning mot topplattan där eller sträcker sig bränslestaven (4, 4b) innefattar ett kapslingsrör (7a) med en första och en andra ände som omsluter en pelare med klyvbart material uppdelad i intill varandra anordnade (7b), anordnade bränslekutsarna är anordnat ett axiellt gap (19) bränslekutsar där mellan tvà av de intill varandra kännetecknad av att bränslekutsarna (7b) som är anordnade vid det axiella gapet (19) vid sina respektive ändar vättande mot det axiella gapet är försedda med àtminstone tvà utskott (7c) (7b) ände mot den intill anordnade (7b) som sträcker sig fràn respektive bränslekutsens bränslekutsens ände.

2. Bränslepatron enligt patentkrav 1, kännetecknad av att kapslingsröret (7a) är utfört i ett flertal sektioner (a, b, c) där en yttre diameter hos en sektion skiljer sig fràn en yttre diameter hos en intill anordnad sektion och där (a, b, c) klyvbart material uppdelad i bränslekutsarna (7b). vardera sektionen omsluter en del av pelaren med

3. Bränslepatron för en lättvattenreaktor med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt kännetecknad av att den innefattar ett flertal korta bränsleenheter (3) vardera innefattande åtminstone en bränslestav (4) som sträcker sig mellan en (6), innefattar ett kapslingsrör (7a) med en första och en andra topplatta (5) och en bottenplatta där bränslestaven (4) ände som omsluter en pelare med klyvbart material uppdelad i (7b), av de intill varandra anordnade bränslekutsarna är anordnat ett axiellt gap (19) (7b) anordnade vid det axiella gapet (19) vid sina respektive intill varandra anordnade bränslekutsar där mellan tvà och där bränslekutsarna som är 10 15 20 25 30 35 522 571 /g ändar vättande mot det axiella gapet är försedda med àtminstone tvà utskott (7c) (7b) ände mot den intill anordnade (7b) ände. som sträcker sig fràn respektive bränslekutsens bränslekutsens

4. Bränslepatron enligt nàgot av föregående patentkrav, kännetecknad av att utskotten (7c) och/eller bränslekutsarnas respektive ändar åtminstone delvis är deformerbara.

5. Bränslepatron enligt något av föregående patentkrav kännetecknad av att det axiella gapet (19) är anordnat mellan huvuddelen av bränslekutsarna (7b).

6. Bränslepatron enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att antalet utskott (7c) bränslekutsens ände är àtminstone tre. i vardera

7. Bränslepatron enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att utskotten (7c) är utförda i det klyvbara materialet.

8. Bränslepatron enligt nàgot av föregående patentkrav, kännetecknad av att utskotten (7c) är utförda i en metall eller i ett grafitmaterial.

9. Bränslepatron enligt nàgot av föregående patentkrav, kännetecknad av att bränslekutsarna (7b) i vardera änden är försedda med en skàlning (l9a).

10. Bränslepatron enligt nàgot av föregående patentkrav, kännetecknad av att bränslekutsarna (7b) som är anordnade intill kapslingsrörets (7a) första eller andra ände är försedda med genomgående hål (23) eller med lägre anrikning än övriga bränslekutsar (7b).