SE470485B - Reaktorhärd för en kärnreaktor av kokarvattentyp - Google Patents

Description

470 485 2 Det som närmare kännetecknar den föreliggande uppfinningen är att var och en av åtminstone huvuddelen av de bränslestavar, centrala stavar, som i en bränslepatron omslutes av bränslestavar, randstavar, som är belägna intill en vattenspalt eller en invändig vattenkanal, är anordnade med ett för- hållande mellan anrikningen i den ifrågavarande centrala staven och medel- anrikningen för de centrala stavarna och randstavarna i ett horisontellt snitt, som är lägre för en övre del än för en nedre del av den centrala staven.

Företrädesvis är var och en av åtminstone huvuddelen av randstavarna anordnad med ett förhållande mellan anrikningen i den ifrågavarande rand- staven och medelanrikningen för de centrala stavarna och randstavarna i ett horisontellt snitt, som är högre för den övre delen än för den nedre delen av randstaven.

Den övre delens längd utgör lämpligen 1/4-2/3, företrädesvis 1/3-2/3 av bränslestavens aktiva längd och den nedre delen resten av bränslestavens aktiva längd. Med bränslestavens aktiva längd avses i denna patentansök- ning den axiella del av bränslestaven som innehåller kärnbränslematerial.

Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen, som ger en god avstängningsmarginal för reaktorn, är medelanrikningen hos de centrala stavarna och randstavarna i ett horisontellt snitt 5-15 X lägre i området för bränslestavarnas övre del än i området för bränslestavarnas nedre del.

Det är i och för sig känt att anordna bränslestavar med olika anrikningar i olika delar av bränslestavarnas längd för att på andra än ovan angivna sätt påverka reaktorhärdens egenskaper och driften av en kärnreaktor.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 i vertikalsnitt genom linjen I-I i fig 2 visar en för uppfinningens tillämpning lämplig bränslepatron sammansatt av fyra delpatroner, fig 2 samma sammansatta bränslepatron i vy vinkelrätt mot ett horisontalplan genom linjen II-II i fig 1, fig 3 ett horisontalsnitt genom linjen III-III i fig 1, fig 4 ett horisontellt snitt av en del av en reaktorhärd, fig 5 en bränslestav i bränslepatronen i vertikalsnitt, fig 6 en bränslepatron enligt fig 1-3 med beteckningar för centrala stavar och randstavar, fig 7 och 8 en detaljerad anrikningsutläggning för övre resp nedre delen för bränslepatronen enligt 3 470 485 fig 6 samt fig 9-12 alternativa utföranden av bränslepatroner som är lämpliga för användning enligt den föreliggande uppfinningen.

I fig 1-3 betecknar 1 ett höljerör med i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt.

Höljeröret omsluter utan nämnvärt spel ett övre, kvadratiskt parti hos en bottendel 2 med en cirkulär, nedåt vettande inloppsöppning 3 för kylvatten och moderatorvatten. Bottendelen 2 uppbär förutom höljeröret 1 en bär- platta 4. Höljeröret 1 har nederst ett relativt tjockt väggparti som är fixerat vid bottendelen 2 och bärplattan 4 medelst ett flertal horison- tella bultar, antydda medelst streck-prickade linjer 5. Höljeröret 1 är med ett ihåligt, med korsformat tvärsnitt utformat stödorgan 7 indelat i fyra vertikala rörformade delar 6, med åtminstone i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. Stödorganet 7 är fastsvetsat vid höljerörets 1 fyra väggar la, lb, lc och ld och har fyra ihåliga flyglar 8. Den av stödorganet bildade vertikala korsformiga kanalen är betecknad 32 och är nederst förbunden med ett inloppsrör 9 för moderatorvatten. Varje rörformad del 6 innehåller ett knippe 25 om tjugofem bränslestavar 10 (och eventuellt förekommande icke- energiproducerande stavar). Stavarna är anordnade i ett symmetriskt gitter i fem rader innehållande vardera fem stavar. Varje stav ingår i två mot varandra vinkelräta rader. Varje knippe är anordnat med en bottenplatta 11, en toppplatta 12 och ett flertal spridare 13. Ett bränslestavknippe 25 med bottenplatta 11, topplatta 12, spridare 13 och rörformad del 6 bildar en enhet som i denna ansökan benämnes delpatron och betecknas 40a, medan den i fig 1-3 illustrerade anordningen omfattande fyra sådana delpatroner benämnes sammansatt bränslepatron och betecknas 40. De fyra bottenplatt- orna 11 uppbäres i den sammansatta bränslepatronen av bärplattan 4 och är delvis införda i var sitt kvadratiska hål 14 i denna. I varje delpatron är minst en av bränslestavarna utförd med relativt långa, gängade ändpluggar 33 och 34 av massivt kapslingsmaterial, varvid nedre ändpluggen 33 är förd genom bottenplattan 11 och försedd med en mutter 15 medan den övre änd- pluggen 34 är förd genom topplattan 12 och försedd med en mutter 16. I den visade utföringsformen är centrumstaven 26 utformad på detta sätt. Denna stav tjänstgör även som spridarhållarstav. Ett övre ändparti av höljeröret 1 omsluter en korsformig lyftplatta 17 med fyra horisontella armar 18, 19, och 21, vilka utgår från ett gemensamt centralparti. Varje arm har vid ytteränden ett pilspetsliknande parti 22 som vid var sitt hörn hos hölje- röret 1 ligger an mot höljerörets 1 inre väggyta. Ett lyfthandtag 23 är fixerat vid armarna 20 och 21. Lyftplattan 17 och handtaget 23 bildar tillsammans ett helgjutet lyftorgan av stål. Lyftplattan 17 är fixerad 470 485 L' vid stödorganet 7 genom att fyra vertikala skenor 28 är införda i var sin flygel 8 hos stödorganet 7 och fastsvetsade vid detta. Varje skena 28 har överst ett vertikalt, bultliknande parti 29 som med spel är fört genom ett motsvarande hål i lyftplattans 17 mittparti och försett med en mutter 30.

Höljeröret 1 är såsom framgår av figurerna försett med i längsriktningen intermittent anordnade inpressningar 31 mot vilka stödorganet 7 är insvet- sat.

I fig 4 visas en liten del av en reaktorhärd. Snittet innehåller nio hela bränslepatroner 40 av i fig 1-3 illustrerat slag. Av bränslepatronerna visas endast en i detalj, övriga endast som tomma rutor. Utrymmena mellan bränslestavarna 10 inom varje delpatron 40a genomströmmas av vatten liksom den korsformiga kanalen 32 i bränslepatronen 40. Spalterna 37a och 37b mellan bränslepatronerna 40 genomströmmas också av vatten. De spalter 37a där styrstavar 38 kan införas är bredare än de spalter 37b, där inga styr- stavar kan införas. Styrstavarna 38 har blad 38a, 38b, 38c och 38d, som bildar ett rätvinkligt kors.

I varje bränslestav 10 ingår såsom framgår av fig 5 ett kapslingsrör 41 och ett stort antal cirkulärcylindriska kutsar 42 staplade på varandra i rörets axelriktning. Utom de närmast varje ända hos bränslestavarna belägna kuts- arna, som består av oxid av natururan består kutsarna på konventionellt sätt av urandioxid anrikad med avseende på U235. I ett fåtal av kutsarna är urandioxiden uppblandad med ett brännbart gift såsom Gd203. Den understa kutsen vilar stumt på en i stavens nedre ände insvetsad ändplugg 43 och den översta kutsen tryckes nedåt med en spiralfjäder 44, som är inpänd mot en i rörets övre ände insvetsad ändplugg 45, så att ett med helium fyllt plenum 46 uppkommer. Detta plenum utan kärnbränslematerial ingår således inte i bränslestavens aktiva längd. Kutsar av natururan räknas tillhöra bränsle- stavens aktiva längd.

I fig 6-8 illustreras en bränslepatron 40 anpassad för användning enligt den föreliggande uppfinningen. Bränslepatronen har såsom framgår av fig 6, bränslestavar, centrala stavar 10a, som omslutes av bränslestavar, rand- stavar 10b, som är belägna intill en vattenspalt 37a, 37b eller intill en invändig vattenkanal 32. Centrala stavar och randstavar är markerade med beteckningarna 10a resp l0b i endast en delpatron 40a. Övriga delpatroner är uppbyggda på analogt sätt. Stavarna 10a, l0b är i det exemplifierade fallet uppbyggda av urandioxidkutsar med sju olika anrikningar U235, näm- ligen 1,82 X, 2,49 X, 2,81 X, 3,21 Z, 3,95 1, 4,33 Z och 4,60 X. Dessutom ší HU 485 ingår ett mindre antal stavar med en anrikning av 3,50 % tillsammans med gadoliniumoxid i en halt av 3,15 %. Samtliga angivna siffror anger initial- halt U235 resp Gd2O3 centrala stavarna 10a är i en övre del, som utgör den översta tredjedelen räknat på begynnelsevikten uran. Huvuddelen av de av stavens aktiva längd anordnade med en anrikning, som är lägre än i en nedre del, som utgör den nederst belägna delen av stavens aktiva längd och då två tredjedelar av denna. Anrikningen för kutsarna i den övre resp den nedre delen av de olika bränslestavarna framgår i detalj av fig 7 resp 8, där varje ruta motsvarar en likbelägen bränslestav 10a, lOb i fig 6.

Stavarna med gadoliniumoxid är förutom med anrikningen av U235 märkta med Gd. I det exemplifierade fallet utgör medelanrikningen för centrala stavar och randstavar i ett horisontellt snitt i området där den ifrågavarande centrala staven är belägen 3,31 % i stavens övre del och 3,60 Z i stavens nedre del, dvs medelanrikningen är 8 % lägre i den övre än i den nedre delen. För var och en av åtminstone huvuddelen av de centrala stavarna 10a gäller att i ett horisontellt snitt är förhållandet mellan anrikningen i den ifrågvarande staven och medelanrikningen lägre i den övre delen än i den nedre delen av bränslestaven. För huvuddelen av randstavarna lOb gäller att i ett horisontellt snitt är förhållandet mellan anrikningen och medel- anrikningen högre i den övre delen än i den nedre delen av randstaven.

I fig 9 illustreras en annan bränslepatron Ä7, som är lämplig för använd- ning enligt den föreliggande uppfinningen. Bränslepatronen skiljer sig från den i fig 6 visade bränslepatronen genom att varje delpatron 47a består av ZÄ bränslestavar (och eventuellt förekommande icke-energiproducerande sta- var), varvid dessa är anordnade i ett gitter av 5x5 stavar med den stav avlägsnad, som är belägen närmast den korsformiga vattenkanalens 32 centrum under bildning av ett förstorat centrum hos vattenkanalen.

I utföringsformen enligt fig 10 saknar bränslepatronen #8 en invändig vattenkanal. Bränslepatronen består av 64 bränslestavar (och eventuellt icke-energiproducerande stavar) anordnade i ett gitter av 8x8 stavar. De stavar som är vända mot vattenspalterna 37a och 37b, dvs randstavar, är som förut betecknade lOb och de stavar, som omges av randstavar, dvs centrala stavar, är likaledes som förut betecknade l0a.

De i fig ll och 12 illustrerade bränslepatronerna 49 resp 52 är försedda med en invändigt anordnad vertikal kanal 50, genom vilken vatten ledes i

Claims (4)

G» 470 435 vertikal riktning nedifrån och uppåt genom patronen. Kanalens vägg är betecknad 51. Både bränslepatronen 49 och bränslepatronen 52 innehåller 9x9 bränslestavar med 3x3 stavar avlägsnade för kanalens 50 anordnande, dvs sammanlagt 72 bränslestavar. I bränslepatronen enligt fig 11 är kanalen 50 centralt belägen och vattenspalterna 37b runtom lika breda. I bränslepatro- nen enligt fig 12 är kanalen 50 förskjuten i riktning mot spalterna 37b medan spalterna 37a, där styrstavar kan införas, är bredare än spalterna 37b. De stavar som är vända mot vattenspalterna 37b (fig ll) resp vatten- spalterna 37a och 37b (fig 12) samt de som är vända mot kanalen 50, dvs randstavar, är i båda figurerna betecknade lOb och de stavar, som omges av randstavarna, dvs centrala stavar, är betecknade 10a. Liksom för bränslepatronen enligt fig 6-8 gäller för bränslepatronerna enligt fig 9, 10, 11 och 12 att för var och en av åtminstone huvuddelen av de centrala stavarna 10a är i ett horisontellt snitt förhållandet mellan anrikningen i den ifrågavarande centrala staven och medelanrikningen lägre i den övre delen än i den nedre delen av staven. Vidare gäller för de nämnda bränslepatronerna att för var och en av huvuddelen av randstavarna 10b, att i ett horisontellt snitt är förhållandet mellan anrikningen i den ifråga- varande randstaven och medelanrikningen högre i den övre delen än i den nedre delen av staven. PATENTKRAV

1. Reaktorhärd för en kärnreaktor av kokarvattentyp med ett flertal veti- kala bränslepatroner (40, Ä7, 48, #9, 52) var och en innehållande ett fler- tal vertikala bränslestavar (10, 10a, 10b) med anrikat kärnbränslematerial, vilka är anordnade mellan en bottenplatta (11) och en topplatta (12) i ett omslutande vetikalt höljerör (1), varvid varje bränselpatron är utformad med ett inlopp (3) för vatten för ledning av vatten in genom bottenplattan, genom utrymmet mellan bränslestavarna i det vertikala höljeröret och ut genom topplattan, och varje bränslepatron är anordnad med mellanliggande spalter (37a, 37b) till angränsande bränslepatroner och eventuellt med en invändigt anordnad kanal (32, 50) för ledning av vatten genom spalterna och genom den eventuellt förekommande invändiga kanalen i vertikal riktning nedifrån och uppåt genom härden och varvid åtminstone en del bränslepatro- ner är anordnade med bränslestavar med olika anrikning på olika nivåer, k ä n n e t e c k n a d därav att var och en av åtminstone huvuddelen av 7 F' 470 48:: de bränslestavar, centrala stavar (10a), som i en bränslepatron omslutes av bränslestavar, randstavar (l0b), som är belägna intill en vattenspalt eller intill en invändig vattenkanal är anordnade med ett förhållande mellan anrikningen i den ifrågavarande centrala staven och medelanrikningen för de centrala stavarna och randstavarna i ett horisontellt snitt, som är lägre för en övre del än för en nedre del av den centrala staven.

2. Reaktorhärd enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav att var och en av åtminstone huvuddelen av randstavarna (l0b) är anordnade med ett förhållande mellan anrikningen i den ifrågavarande randstaven och medelanrikningen för de centrala stavarna och randstavarna i ett horison- tellt snitt, som är högre för den övre delen än för den nedre delen av randstaven.

3. Reaktorhärd enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav att den övre delens längd utgör 1/4-2/3 av bränslestavens (10) aktiva längd.

4. Reaktorhärd enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d därav att medelanrikningen hos de centrala stavarna (10a) och randstavarna (l0b) i ett horisontellt snitt är 5-15 % lägre i området för bränslestav- arnas övre del än i området för bränslestavarnas nedre del.