SK284781B6 - Usporiadanie tyčí v palivových zväzkoch jadrových reaktorov - Google Patents

Abstract

Opísané je usporiadanie tyčí v palivových zväzkoch jadrových reaktorov, ktoré umožňuje znížiť počiatočnú reaktivitu tyčí, nerovnomernosť výkonu medzi palivovými tyčami, únik neutrónov zo zväzkov a zvýšiť energetické využitie palivových zväzkov. V nosnom priestore (1b) zväzku (10) sú umiestnené tri tyče (3) s absorbátorom, pričom tieto tyče (3) s absorbátorom sú v okolí centrálnej zóny (1c) nosného priestoru (1b) zväzku (10), a roviny určené pozdĺžnou osou (1d) nosného priestoru (1b) zväzku (10) a jednotlivými osami tyčí (3) s absorbátorom vzájomne zvierajú uhol alfa = 120°.

Description

Vynález sa týka usporiadania tyčí v palivových zväzkoch slúžiacich na prevádzkovanie jadrových reaktorov, ktoré obsahuje opornú kostru spájajúcu palivové tyče tvoriace palivový zväzok, centrálnu zónu nachádzajúcu sa v nosnom priestore ohraničenom opornou kostrou, a palivové tyče rozmiestnené okolo centrálnej zóny.

Vynález sa týka aj takého usporiadania tyčí k palivovým zväzkom, ktoré slúži na prevádzkovanie jadrových reaktorov, pri ktorom okrem uvedených jednu časť palivových tyčí tvoria tyče s absorbátorom vybavené prísadou znižujúcou počiatočnú reaktivitu.

Doterajší stav techniky

Trvalý vzrast spotreby energie v priemysle, poľnohospodárstve a u obyvateľstva v čoraz väčšej miere znižuje množstvo prirodzených zdrojov energie nachádzajúcich sa na Zemi. Na vyriešenie tohto problému využívajú stále viac nových zdrojov energie. Následkom toho bolo za posledné desaťročia po celom svete postavené množstvo jadrových reaktorov využívajúcich nukleárnu energiu.

Skladovanie a použitie palivových zväzkov používaných na prevádzkovanie atómových reaktorov, ktoré obsahujú radiačný materiál, - v dôsledku známeho škodlivého vplyvu žiarenia na živý organizmus - upravujú prísne bezpečnostné predpisy.

Jednou zo základných požiadaviek je, že ešte nepoužité, tzv. „čerstvé zväzky“ počas skladovania nesmú dosiahnuť kritickú hodnotu začiatočnej reaktivity, čiže nesmú sa dostať do takého stavu, aby reťazová reakcia sa mohla spustiť samostatne, bez regulácie. Na zabezpečenie skladovacej subkritickosti, ako aj na začiatku prevádzkovania kvôli zabrzdeniu reaktivity sa používa v prostredí obklopujúceho palivový zväzok, účelne vo vode rozpustená kyselina boritá.

Nedostatkom ochrany kyselinou boritou je, že počas skladovania za predpokladu nehodových situácií túto koncentráciu kyseliny borovej nemožno mať na zreteli, pri prevádzke zase vysoká hladina kyseliny borovej negatívne vplýva na samoregulačnú vlastnosť reaktora.

Pri rôznych typoch reaktorov sa však v širokom spektre používajú tzv. absorbátory. Podstatou takýchto palivových tyčí s absorbátorom je, že absorbátor znižuje počiatočnú reaktivitu palivovej tyče, a počas skladovania ju udržuje pod kritickou hladinou, počas prevádzky zase v dôsledku zníženia množstva absorbátora reaktivita palivovej tyče sa zvýši, čim vzrastie aj množstvo získanej energie.

Vo zväzkoch zostavovaných z palivových tyčí, pri zohľadnení tvaru zväzku a v súvislosti s tým, podmienky dodržiavania záväznej symetrie - tyče s absorbátorom so zníženou reaktivitou - sa rozmiestňujú rôzne.

Takýto typ usporiadania predstavuje napr. T. Lefvert v práci „Improving fuel economy by optimised in-core fuel management“ (1988. Kemtechnik 52 No. 4., str. 228-233.). Spoločným znakom všetkých usporiadaní je, že palivové tyče obsahujúce absorbátor sa rozmiestňujú tak, aby tie v prípade vytvorenia štvoruholníkového zväzku tvorili symetrickú polohu s 90°, v prípade šesťuholníkového usporiadania zase 60° stredovým uhlom.

Na dosiahnutie vhodného rozmiestnenia, zohľadňujúc pritom požiadavku symetrie, sa tyče s absorbátorom umiestňujú ďalej od centrálnej zóny zväzku. Na vytvorenie šesťuholníkového zväzku sa uvádzajú príklady napr. v práci: J. Mikus, F. Hudec, J. Rocek, M. Trgina, L. Vŕba, K.

Zálesky „Gadolinium absorbers in WWER-1000 type fuel lattices“, (IAEATECDOC-678, December 1992.), ktorá sa zaoberá usporiadaním tyčí obsahujúcich ako absorbátor gadolinium.

Nepopierateľná výhoda týchto riešení je, že tyče obsahujúce rôzne absorbátory umožnia bezpečné skladovanie palivových zväzkov a počas prevádzky požadovanú regulovateľnosť.

Ich nedostatkom ale je, že ak pri usporiadaní zachovávajúcom požiadavky symetrie je počet tyčí, ktoré obsahujú absorbátor vysoký, čo spôsobuje značný nárast nákladov na palivo.

Cieľom autorov vynálezu bolo eliminovať nedostatky doteraz známych variantov a uskutočniť také usporiadanie zväzku palivových tyčí, pri ktorom sa dosiahne pri za bezpečnostných požiadaviek a optimalizácii počtu tyčí s absorbátorom spolu vytvára možnosť na zníženie nákladov. Ďalším cieľom bolo tiež, aby sme vypracovali takú konfiguráciu tyčí, v ktorej, pri zohľadnení cyklu používania palivových zväzkov - výdavky za palivo by sa dali znížiť.

Podstata vynálezu

K usporiadaniu tyčí v palivových zväzkoch jadrových reaktorov podľa predloženého vynálezu viedlo poznanie, že ak sa tyče obsahujúce absorbátor umiestnia v centrálnej časti palivového zväzku, vzdialenosť krajných tyčí zväzku od centrálnej zóny, respektíve od tam umiestnenej tyče s absorbátorom je taká, že na rozdiel od zvyčajnej symetrickej konfigurácie odlišné usporiadanie tyči s absorbátorom ich správanie sa už neovplyvňuje, čiže toto usporiadanie tyčí v podstate už nenaruší pravidlo symetrie, takže na rozdiel od doteraz používaného systému stačí použiť len tri tyče s absorbátorom, a palivový zväzok v tejto konkrétnej forme usporiadania prakticky zachová 60 stupňovú rotačnú symetriu.

Bolo zistené aj to, že ak tyče obsahujúce absorbátor budú umiestnené v blízkosti zóny palivového zväzku a v ich okolí sa použijú palivové tyče s väčším obohatením; tak obohatenie tyčí, ktoré sa dostanú na vonkajšiu časť zväzku, na rozdiel od zvyčajného, možno znížiť, tým je možné výkonovú odlišnosť tyčí palivového zväzku zachovať v žiadúcich medziach.

V súlade s vytýčeným cieľom je usporiadanie tyčí v palivových zväzkoch jadrových reaktorov, ktoré obsahujú opornú kostru spájajúcu palivové tyče tvoriace palivový zväzok, centrálnu zónu umiestnenú v nosnom priestore, ktorý je vymedzený opornou kostrou, a palivové tyče rozložené okolo centrálnej zóny, pričom jednu časť palivových tyčí je tvorená tyčami obsahujúcimi absorbátor tlmiaci počiatočnú reaktivitu, tieto tyče s absorbátorom zase sú umiestnené v okolí centrálnej zóny nosného priestoru, pričom roviny určené pozdĺžnou osou nosného priestoru zväzku a jednotlivými osami tyčí spolu zvierajú uhol a = = 120° označovaný tiež ako stredový uhol.

V ďalšom možnom usporiadaní tyčí aspoň jedna časť palivových tyčí obsahuje prísadu tlmiacu počiatočnú reaktivitu, prísadou znižujúcou počiatočnú reaktivitu tyčí s absorbátorom môže byť gadolinium.

Vo výhodnom konštrukčnom usporiadaní je nosnou kostrou kazeta v tvare priameho hranolu ohraničeného vonkajšími stenami s hexagonálnou základňou.

Predmetom vynálezu je tiež usporiadanie tyčí v palivových zväzkoch používaných v jadrových reaktoroch vytvorené tak, že súbor palivových tyči pozostáva zo skupiny primárnych palivových tyči s väčším obohatením a sekun2

SK 284781 Β6 dámych palivových tyčí s menším obohatením, pričom primáme palivové tyče s väčším obohatením sú umiestnené v okolí centrálnej zóny zväzku, nachádzajúcej sa v nosnom priestore, a sekundárne palivové tyče s menším obohatením sú umiestnené vo vonkajšej časti nosného priestoru zväzku.

Usporiadania tyčí uvedené v tomto vynáleze majú rad výhod. Najdôležitejšou výhodou je to, že v dôsledku potreby malého počtu tyčí s absorbátorom náklady na palivové zväzky je možné znížiť, pričom subkritickosť palivového zväzku počas skladovania a prepravy sa dá zabezpečiť bez akýchkoľvek ťažkostí a zlepší sa aj možnosť regulácie.

Ďalšou výhodou je, že vhodným určením obohatenia vonkajších a vnútorných tyčí sa nerovnomemosť výkonu medzi palivovými tyčami - na ktoré absorbátor umiestnený okolo centrálnej rúry nevýhodne vplýva - dá zmeniť pozitívne.

Je výhodné aj to, že palivové zväzky so zníženou počiatočnou reaktivitou v dôsledku toho, že nedosahujú predpisom určenú hranicu subkritickosti, vyhovujú požiadavkám na skladovanie a aj prevádzkovanie, čiže nie je potrebné vytvoriť osobitné odkladacie, dopravné a skladovacie jednotky.

Taktiež treba považovať za výhodu, že palivové zväzky s nižšou počiatočnou reaktivitou, ale s vyšším obohatením sa dajú umiestniť vo vnútornom regióne reaktora, čim sa dá znížiť únik neutrónov, pričom sa zlepší hospodárnosť využitia paliva a zníži sa neutrónové žiarenie dopadajúce na stenu nádrže reaktora.

Prehľad obrázkov na vý kresoch

Vynález bude teraz priblížený podrobnejšie v súvislosti s realizačným projektom, pomocou výkresu.

Na priloženom výkrese je znázornené jedno vyhotovenie vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na priloženom obrázku je znázornený palivový zväzok 10 usporiadaný do tvaru pravidelného šesťuholníka. Zväzok 10 zahŕňa v sebe opornú kostru 1, palivové tyče 2 a palivové tyče 3 s absorbátorom umiestnené v opornej kostre 1, ďalej centrálnu zónu lc koaxiálnu s pozdĺžnou osou ld opornej kostry 1 uprostred nosného priestoru lb vymedzeného opornou kostrou 1.

Z obrázka sa dá zistiť, že počet tyčí 3 s absorbátorom je tri v tomto konkrétnom vyhotovení. Tyče 3 s absorbátorom sú umiestnené bezprostredne v blízkosti centrálnej zóny lc z pohľadu od pozdĺžnej osi ld zvierajú vzájomne stredový uhol „a“ 120°, pričom palivové tyče 2 vypĺňajú ostatné pozície opornej kostry 1 nosného priestoru lb.

Oporná kostra 1 zväzku 10 je vo variante znázornenom na obrázku ohraničená vonkajšou stenou, čo uľahčí manipuláciu so zväzkom 10, hýbanie s ním a poskytuje zvýšenú ochranu palivových tyči 2 umiestneným na pokraji nosného priestoru lb.

Na obrázku sú znázornené aj palivové tyče 2, ktoré sa skladajú z primárnych palivových tyčí 2a s väčším obohatením, umiestnených v okolí centrálnej zóny lc, a zo sekundárnych palivových tyčí 2b s menším obohatením, umiestnených ďalej od centrálnej zóny lc nosného priestoru lb, výhodne v okolí vonkajšej steny la.

Tu treba pripomenúť, že množstvo primárnych palivových tyčí 2a s väčším obohatením a sekundárnych palivových tyčí 2b s menším obohatením je účelné určiť tak, aby sa celková hodnota obohatenia pohybovala okolo obyčajne používanej hodnoty obohatenia. Je dôležité pripomenúť aj to, že pri usporiadaní primárnych palivových tyčí 2a s väčším obohatením a sekundárnych palivových tyčí 2b s menším obohatením treba brať do úvahy pri zväzkoch 10 všeobecne platné požiadavky symetrie.

Zväzok 10 znázornený na obrázku počas použitia funguje v rámci zvyčajných podmienok reaktora, ktoré tu nie je potrebné zvlášť opisovať. Dôležitý rozdiel vzhľadom na stav techniky je však v umiestnení troch tyči 3 s absorbátorom, ako aj to, že v dôsledku netradičného rozloženia palivových tyčí 2 počas prevádzkovania v počiatočnej fáze je možné znížiť zvyčajnú nerovnomemosť výkonu, a aj reguláciu reaktorov vybavených takýmito zväzkami 10 je možné riešiť výhodnejšie.

Priemyselná využiteľnosť

Usporiadania tyčí podľa vynálezu je možné dobre použiť v prípade rôznych typov rektorov, ale najmä pri kazetách typu BNFI, NOVA-E3, respektíve NOVCA-E3 používaných v reaktoroch VVER-440.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Usporiadanie tyčí v palivových zväzkoch jadrových reaktorov, ktoré obsahuje opornú kostru spájajúcu palivové tyče tvoriace palivový zväzok, centrálnu zónu umiestnenú v nosnom priestore vymedzený opornou kostrou, a palivové tyče rozmiestnené okolo centrálnej zóny, kde jednu časť palivových tyčí je tvorená tyčami s absorbátorom vybavené prísadou znižujúcou počiatočnú reaktivitu, vyznačujúce sa tým, že v nosnom priestore (lb) zväzku (10) sú umiestnené tri tyče (3) s absorbátorom, pričom tieto tyče (3) s absorbátorom sú v okolí centrálnej zóny (lc) nosného priestoru (lb) zväzku (10), a roviny určené pozdĺžnou osou (ld) nosného priestoru (lb) zväzku (10) a jednotlivými osami tyčí (3) s absorbátorom vzájomne zvierajú uhol a = 120°.
2. 2. Usporiadanie tyči v palivových zväzkoch jadrových reaktorov podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že prísada znižujúca počiatočnú reaktivitu tyče (3) s absorbátorom obsahuje gadolínium.
3. 3. Usporiadanie tyčí v palivových zväzkoch jadrových reaktorov podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že opornou kostrou (1) je kazeta tvoriaca priamy hranol ohraničený vonkajšími stenami (la) a hexagonálnou základňou.
4. 4. Usporiadanie tyčí v palivových zväzkoch jadrových reaktorov podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že súbor palivových tyčí (2) pozostáva zo skupiny primárnych palivových tyčí (2a) s väčším obohatením a sekundárnych palivových tyčí (2b) s menším obohatením, pričom primáme palivové tyče (2a) s väčším obohatením sú umiestnené v okolí centrálnej zóny (lc) zväzku (10), nachádzajúcej sa v nosnom priestore (lb), a sekundárne palivové tyče (2b) s menším obohatením sú umiestnené vo vonkajšej časti nosného priestoru (lb) zväzku (10).