BG62345B1

BG62345B1 - Горивен елемент със свободни от горивно вещество стебла

Info

Publication number: BG62345B1
Application number: BG99135A
Authority: BG
Inventors: Rudolf Meinl; Peter Rau; Walter Sauermann
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1999-08-31
Also published as: HUT70239A; BG99135A; SK281835B6; HU216377B; FI945066A0; SK123194A3; CZ242494A3; DE4214371A1; WO1993022771A1; FI945066A7; RU94045961A; CZ284244B6

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до горивен елемент с шестоъгълен контур и позиции на стеблата, които са разположени между една централна позиция в оста на горивния елемент и контура му равномерно върху концентрични правилни шестоъгълници. Той е разработен за ядрените реактори на бившия Съветски съюз и се прилага в тях. При някои видове реактори от съветски конструктивен тип горивните стебла са обхванати странично от един шестоъгълен кожух, който отдолу и отгоре е покрит от плочи с проходни отвори за водата.

Предшестващо състояние на техниката

При различните видове реактори може да се окаже предимство разполагането на кухи тръби между горивните стебла на горивния елемент, които тръби не съдържат горивно вещество. Така например при реакторите с кипяща вода се използват напълнени с вода тръби, за да се подведе протичащата вода в горната част на горивния елемент, където вследствие на увеличаващото се парообразуване количественото съотношение на горивното вещество към необходимата като забавител вода е неблагоприятно за водата. Тези “водни стебла” са отворени отгоре и отдолу, за да се осъществи безпрепятствено протичане на водата. При това горивните елементи са обхванати от един кожух на горивните елементи, като измервателните прибори и управляващите елементи за управление на реакцията са разположени извън кожуха на горивните елементи.

При повечето реактори с вода под налягане измервателната екипировка и управлението на реактора се осъществяват чрез съответни елементи, които са вкарани в кухите тръби, разположени между горивните стебла на отделните елементи.

В DE 3515469 е описан горивен елемент за водоохлаждаем висококонверторен реактор, който има шестоъгълно напречно сечение с позиции на стеблата, които са разпо ложени равномерно върху правилните шестоъгълници между една централна позиция в оста на горивния елемент и контура на правилния шестоъгълник. Някои позиции на горивните стебла са заместени от направляващи тръби, а други - чрез затворени отгоре и отдолу водни стебла. Водата на тези водни стебла трябва, от една страна, да подобрява забавителното съотношение в реактора, а от друга - да не взема участие в циркулацията на водата. Така действащото хидравлично напречно сечение на тези водни тръби е увеличено спрямо напречното сечение на горивните стебла, за да се концентрира водният поток и с това - охлаждането на горивните стебла.

При .реакторите с вода под налягане от съветски конструктивен тип снопът горивни стебла и тръбата за инструментална екипировка са обхванати от кожуха на горивния елемент, при което обаче елементите на абсорбатора са монтирани аксиално на определени горивни елементи така, че например горивен елемент за управление на намаляването на ядрената реакция е разположен аксиално извън горещата ядрена зона и след това свързващият управляващ елемент е вкаран вътре в зоната.

Управлението на реакцията чрез абсорбиращи елементи най-често се основава на това, че при подмяна на горивен елемент се вкарват свежи горивни елементи, които съдържат способна да изгаря неутронна отрова. При това се касае за един неутронен абсорбатор, който до започване на цикъла на горивния елемент абсорбира излишните неутрони и така поддържа мощността на реактора до една оптимална стойност, за която е изчислен реакторът. По време на цикъла обаче консумира нарастващо така, че въпреки намаляващата неутронна емисия на консумираното горивно вещество, мощността на реактора практически остава постоянна до края на цикъла.

В ЕР 0054234 А е описан горивен елемент на реактор с вода под налягане, при който на местата на няколко горивни стебла са предвидени тръби, в които са вкарани отчасти абсорбиращи стебла за управление на ядрената реакция - “управляващи стебла” и отчасти “изтласкващи стебла”. Изтласкващите стебла не съдържат нито горивно вещество, нито абсорбционен материал, а само изтласкват използваната като забавител охлаждаща вода.

Съгласно ЕР 0183069 А вместо тези стебла могат да бъдат използвани стебла, които съдържат празни пелети за горивно вещество. В двата случая се касае за реактори от западен конструктивен тип, които съдържат вече кухи тръби - “водещи тръби на управляващото стебло” и е предвидено тези стебла да се отстраняват от активната зона на реактора, когато след по-голяма продължителност на използване реактивността отслабне. Чрез това забавително съотношение и след това също енергийният спектър на възникващото неутронно лъчение се променя така, че загубите на реактивността се компенсират най-малко частично (“спектрално изместване”). При това реакторът съдържа механични приспособления, които вкарват изтласкващите стебла в позиции, съответстващи на актуалното състояние на експлоатацията и нейният оптимален енергиен спектър. Следователно един реактор не може да бъде допълнително съоръжен чрез заместване на досегашните горивни елементи чрез горивни елементи с изтласкващи стебла за “спектрално изместване” в смисъла на тези публикации, по-скоро са необходими широкообхватни изменения в конструкцията на реактора.

Тъй като горивният елемент с вода под налягане от западен конструктивен тип съдържа вече водещи тръби за управляващото стебло, за да могат да се вкарат напълнените с абсорбционен материал управляващи стебла за управление работата на реактора в активната зона (което обаче е необходимо само при една част от горивните елементи на активната зона на реактора), при пренастройването на един такъв реактор на “спектрално изместване” е необходимо да се вградят само допълнителни механични устройства за вкарване и изкарване на изтласкващите стебла. Както е описано по-горе, при управлението на реакторите от съветски конструктивен тип не се използва абсорбционен материал в отделните горивни елементи и съответно тези реактори и горивни елементи не съдържат водещи тръби за управляващото стебло и механични устройства за придвижване на отделните управляващи стебла. Едно пренастройване към “спектрално изместване” поради тази причина би изисквало още по-всеобхватни изменения на реактора и също на горивните елементи.

ЕР 0153240 А се отнася до епитермален ядрен реактор, в чиято вътрешност са разположени горивни елементи, които освен обогатени горивни стебла предвиждат също стебла, които съдържат като горивно вещество ядрено гориво, способно за възпроизводство (природен уран). При това горивните стебла са разположени “плътно хексагонално” - при разполагане в шестоъгълни концентрични пръстени могат да се разположат повече горивни стебла в напречното сечение на горивния елемент, отколкото при разполагане в квадратните отвори на една правилна решетка, защото взаимното разстояние на горивните стебла едно от друго трябва да остава еднакво. При това епитермалният ядрен реактор е така силно напълно забавен, че възникващите богати на енергия неутрони превръщат ядреното гориво, способно за възпроизводство, във висококачествено горивно вещество (например плутоний). Тази публикация не съдържа указание как стеблата на горивото, способно за възпроизводство, се закрепват в горивния елемент и дали те остават в него само за няколко цикъла на реактора.

При термичните ядрени реактори горивното вещество на горивните елементи се използва оптимално, защото в идеалния случай възможно най-много и възможно най-тънки горивни стебла са разпределени възможно найравномерно през напречното сечение на горивния елемент. Това се постига по-добре чрез “хексагонално уплътнено разполагане” на горивните стебла, т.е. на концентрични шестоъгълни пръстени, както те са предвидени в споменатия съветски конструктивен тип, отколкото при западните горивни елементи, чиито горивни стебла са разположени в квадратните отвори на една правилна мрежа. При това разстоянието на горивните стебла е избрано така, че в свежо състояние преминаващият между тях забавител вода създава направо една оптимална част от термичните неутрони в лъчевия (радиационен) спектър. Като недостатък обаче се счита, че в процеса на работа на реактора концентрацията на материала в колоната намалява и се появяват плутоний и други изотопи, които излъчват по-твърд неутронен спектър. Затова изобретението има като прототип горивен елемент от съветски конструктивен тип, т.е. горивен елемент с шестоъгълен контур и позиции на стеблата, които са разпо ложени между една централна позиция в оста на горивния елемент и контура му, равномерно върху концентрични правилни шестоъгълници, при което една първа група от позиции на стеблата обхваща всички позиции на стеблата, които лежат на най-вътрешния и найвъншния шестоъгълник и множеството лежащи между тях позиции на стеблата и е заета със съдържащи горивно вещество горивни стебла.

Задачата на изобретението е по-доброто използване на необходимото за горивните стебла горивно вещество за един такъв горивен елемент, по-специално за охлаждани с вода под налягане реактори, което трябва да се постигне само чрез изменения в горивния елемент, без да е необходимо специално напасване на реактора към изменените горивни елементи.

Техническа същност на изобретението

Задачата се решава чрез шестоъгълен горивен елемент с позиции на стеблата, които са разположени върху концентрични шестоъгълници, чрез следните признаци:

а) Една първа група от позиции на стеблата обхваща всички позиции на стебла, които лежат на най-вътрешния и най-външния шестоъгълник, както и множеството лежащи между тях позиции на стебла; всички позиции на стеблата от тази първа група са заети от горивни стебла, които съдържат горивно вещество;

б) Една втора група позиции на стебла, чиито шест непосредствено съседни позиции на стебла принадлежат на първата група и са заети от стебла, несъдържащи горивно вещество, които стебла не съдържат или най-много съдържат слабо абсорбиращ неутрони материал;

в) Всяка, разположена извън централната позиция, позиция на стеблата принадлежи на първата или на втората група, т.е. всички позиции на стеблата са заети или с едно горивно стебло (с горивно вещество) или със свободно от горивно вещество горивно стебло (без абсорбиращ материал), при което най-много централната позиция може да бъде заета с друго стебло (напр. тръба за измервателната екипировка).

Признакът, описан в т. а) е вече ниво на техниката за горивните елементи от съветски конструктивен тип, това ниво на техниката съ държа освен тръба за инструменталната екипировка (която се намира в центъра на пръстена) само горивни стебла с горивно вещество (само позициите на стеблата от първата група). Затова изобретението предвижда втората група от позиции на стебла, при които има празни места при разпределянето на горивното вещество. Тези празни места обаче са силно ограничени (непосредствено съседните позиции на стебла са вече отново заети с горивно вещество). Това разполагане действа така, че също и горивните стебла във вътрешността на горивния елемент изгарят по подобен начин, както горивните стебла, които се намират на контура на горивния елемент.

За оптималното използване на горивното вещество съществена роля играе положението на втората група от позиции на стебла. При това определени положения, както за изтласкващи стебла, така и за напълнени с вода тръби, се оказват с особено предимство при горивни елементи с хексагонално напречно сечение и равномерно разположени позиции на стеблата.

Такова свободно от горивно вещество стебло може да бъде куха тръба, която е напълнена с вода (т.е. едно “водно стебло”, както е описано по-горе) или в кухата тръба може да се постави едно от описаните “изтласкващи стебла”. В последния случай е за предпочитане тези изтласкващи стебла да се поставят, респ. извадят, още преди началото на един експлоатационен цикъл, но по време на самия експлоатационен цикъл да са неподвижни, като се задържат от кухите тръби и разположена над горивните стебла плоча.

Горивният елемент за термичен ядрен реактор от съветски конструктивен тип съдържа под една покривна плоча един сноп от горивни стебла и няколко положени между горивните стебла, отворени отгоре кухи тръби, в които са вложени изтласкващите стебла от материал, в който липсва гориво, с малко ефективно напречно сечение за термичните неутрони. Тези изтласкващи стебла са неподвижни и по този начин се поддържат от кухите тръби и покривната плоча така, че могат да се извадят преди започване на експлоатационния цикъл.

За предпочитане е, ако съдържащият кухи тръби сноп горивни стебла се обхваща странично от кожух, в който е разположен снопът горивни стебла с кухите тръби и се носи от рама, която притежава покривна плоча и опорна плоча. Изтласкващите стебла се закрепват твърдо, но разглобяемо от кухите тръби и покривната плоча.

По-доброто използване на горивното вещество се постига чрез разположени между горивните стебла на снопа, отворени отгоре кухи тръби, които по смисъла на споменатото “спектрално изместване” са неподвижни, но в края на един работен цикъл се заемат от изваждаеми изтласкващи стебла от материал с малко ефективно напречно сечение за термичните неутрони (напр. масивни стебла от циркалой).

Изтласкващите стебла променят забавителното съотношение, но за разлика от управляващите стебла не абсорбират неутрони. За разлика от управляващите стебла, по време на експлоатация те не се движат в рамките на един цикъл.

Докато горивните елементи са сравнително свежи и изтласкващите стебла са вложени, се осъществява само непълно забавяне. Неутронният спектър е относително богат на енергия и част от горивното вещество се конвертира. Ако горивното вещество обаче е частично изгоряло, при подходяща възможност, например при подмяна на вече напълно изгорели горивни елементи, изтласкващите стебла могат да се извадят от ненапълно изгорелите горивни елементи, чрез което се подобрява забавителното съотношение. Така се използва по-добре употребяваното горивно вещество и се поддържа предварително зададената мощност на реактора.

За предпочитане е кухите тръби да имат на долните си краища отвори с по-малко напречно сечение в сравнение с отворите на горния отворен край на кухата тръба. При изваждане на изтласкващите стебла те се напълват изцяло със забавяща течаща вода, която протича силно дроселирана през кухата тръба. Охладителното действие на циркулацията на водата не се намалява значително чрез вече напълнените с вода тръби, а се нагажда към мощността на горивните стебла.

Конструкцията е особено подходяща за споменатите реактори с вода под налягане от съветски конструктивен тип, при които между горивните стебла е предвидена една единствена, централно разположена тръба за инструментална екипировка. Съгласно изобретението обаче в горивния елемент освен горивните стебла, тръбата за измервателна екипировка и кухите тръби с изтласкващите стебла, не е предвидена никаква друга тръба.

Описание на приложените фигури

Други целесъобразни решения на изобретението са характеризирани в допълнителните претенции и се обясняват по-подробно от повече примерни изпълнения и 13 фигури, от които:

фигура 1 представлява принципна конструкция на един горивен елемент с шестоъгълно напречно сечение, както се използва в реактори от съветски конструктивен тип;

фигури от 2 до 5 - различни предпочитани позиции на кухите тръби при горивен елемент от фиг. 1;

фигура 6 и фигура 7 - надлъжни разрези през петата и главата на един горивен елемент;

фигура 8 и фигура 9 - закрепването на една куха тръба към главата на горивния елемент преди и след изваждането на изтласкващото стебло;

фигура 10 - друга възможност за поддържане на кухата тръба и изтласкващото стебло;

фигура 11 и фигура 12 - друго примерно изпълнение за закрепването на куха тръба със и без вложено изтласкващо стебло;

фигура 13 - разширено в сравнение с горивните стебла, напречно сечение на една куха тръба.

Примери за изпълнение на изобретението

Съгласно фиг.1 охлаждащото средство К влиза през аксиален отвор в опорната част (петата) 2 на горивния елемент, протича по дължината на вътрешността на монтиран върху петата кожух 3 и излиза през аксиален отвор в горната част (главата) 4. Тук средната част на кожуха 3 е отстранена, за да може да се вижда един от многото, разположени един над друг в горивния елемент, дистанционни държачи 5. Този дистанционен държач има, както и кожуха на горивния елемент, шестоъгълно напречно сечение и образува правилна шестоъгълна решетка, през отворите на която са прокарани горивни стебла. В централната позиция се вижда една тръба за инструментална екипировка RO. Другите позиции на прътите лежат върху правилни шестоъгълни пръстени между тази централна позиция и контура на горивния елемент. Горивните стебла са разположени равномерно върху тези равноотстоящи пръстени така, че например първият пръстен се образува от 6 позиции на горивните стебла Rl, а външният (шести) пръстен се образува от 6 х 6 = 36 позиции на горивните стебла R6. Освен водещата тръба, горивният елемент съдържа 126 позиции на стебла, като за прегледност на чертежа средната част на стеблата е премахната.

При един горивен елемент с шестоъгълен контур и позиции на стеблата, които са разположени равномерно между една централна позиция RO в оста на горивния елемент и контура върху правилни шестоъгълници, твърдо са установени подходящите позиции на стеблата за кухите тръби, които при експлоатация са напълнени с изтласкващи стебла (напр. от циркалой) или вода. При този горивен елемент се търсят позиции на стеблата, при които горивните стебла са заместени от тръби е материал без горивно вещество, който материал не абсорбира или най-многото абсорбира слабо неутрони.

Съгласно изобретението централната позиция RO е целесъобразно да бъде заета от тръба за измервателна екипировка, затова всички разположени около централната позиция RO позиции на стебла са разделени на две групи. Позициите на стебла от първа група се заемат от съдържащи горивно вещество горивни стебла. Към нея спадат всички позиции на стебла от най-вътрешния и най-външния шестоъгълник, както и множество лежащи между тях позиции на стебла. Втората група се състои от позиции на стебла, които са заети от тръби без горивно вещество и чиито шест непосредствено съседни позиции на стебла спадат към първата група. Съгласно един друг критерий, втората група се състои само от позиции на горивни стебла, които лежат на противоположните ъгли на диаметрално свързаните диагонали и/или на медианите на страните на шестоъгълниците.

Позициите са съгласувани с диаметъра на стеблата и делението на стеблата и осигуряват целесъобразно за забавянето съотноше ние между заетата от горивно вещество повърхност и заетата от вода повърхност на напречното сечение. При съществуващите ядрени реактори, чиито горивни елементи трябва да се заменят напълно или частично от свежи горивни елементи, предварително са зададени външните диаметри и съгласуваните към охлаждащата мощност и протичането на охлаждащото средство загуби в налягането на отделните горивни елементи, към които трябва да се съгласуват съответните стойности на новите горивни елементи.

При това трябва да се стремим към възможно най-голям брой η концентрични, разположени равномерно около централната позиция RO правилни шестоъгълници, от което произтича броят на позиции на стеблата η = nx(n+l)/2. С увеличаване на η намалява “разделянето на горивните стебла d”, при което обаче от съображение за стабилност на горивните стебла е необходим минимален диаметър на горивните стебла и се взема предвид необходимата за забавянето водна част и увеличаващите се с намаляване разделянето на горивните стебла загуби в налягането. Препоръчва се избирането на п=6.

При това е целесъобразно, ако позициите на стеблата върху втория най-външен шестоъгълник са заети само от горивни стебла.

Фигурите от 2 до 5 дават отново целесъобразните разпределения на позициите. С D-D са означени свързващите противоположните ъгли диагонали, а със S-S - медианите на страните на концентричните шестоъгълници. Те се пресичат в централната позиция, която е заета от тръбата за инструментална екипировка, докато шест, директно съседни на този център позиции, образуват най-вътрешния шестоъгълник и са заети изключително от горивни стебла, както и 36-те позиции на ръба, които образуват най-външния шестоъгълник. Общото във всички показани конфигурации е това, че позициите на стеблата от втората група образуват ъглите на равностранни триъгълници, чиито центрове на тежестта лежат на оста на горивния елемент и чиито ъгли са заети от позиции на стеблата от втората група и лежат на диагоналите D-D и/или на медианите на страните S-S.

На фигури 2 и 3, шест от 126-те позиции на стеблата са заети от тръби с материал без горивно вещество. Те всички лежат върху ъгловите точки на правилните шестоъгълници, а именно на фиг.2 на втория най-вътрешен шестоъгълник (позиция Р2) и на фиг.З - на третия от най-вътрешните шестоъгълници (позиция РЗ). Тези позиции лежат върху диагоналите на горивния елемент. Също така могат да бъдат избрани позиции върху медианите на страните на тези шестоъгълници, например позиция Р4¹ на фиг.4, които лежат на третия от най-външните шестоъгълници.

На фиг.4 са предвидени всичко девет незаети от горивно вещество стебла, при което са предвидени три позиции Р2' върху втория най-вътрешен шестоъгълник, които лежат съответно върху медианите на страните на шестоъгълниците.

Смесените форми също имат предимства, при които една част от позициите на втората група лежат върху ъглополовящите, а друга част лежат върху диагоналите. Така фиг.5 показва едно примерно изпълнение, при което в третия от най-вътрешните шестоъгълници лежащите върху диагоналите на шестоъгълника позиции РЗ и в следващия шестоъгълник - лежащите върху медианите на страните позиции Р4', принадлежат към втората група.

Ако тръбите са напълнени с вода, настъпва едно разпределение на забавянето, което позволява особено дълго горене на горивното вещество. Едно по-слабо забавяне, т.е. енергиен спектър, разместен към по-бързите неутрони (спектрално изместване) се получава, ако позициите на стеблата от втората група се заемат от изтласкващи стебла, при което това състояние на експлоатация с механично вложени изтласкващи стебла (механично спектрално изместване) има особено големи предимства, докато горивните стебла са сравнително свежи и високореактивни.

Чрез една комбинация, при която в първите експлоатационни цикли на един горивен елемент изтласкващите стебла стоят неподвижни в кухите тръби на позициите на стеблата от втората група, но в последните цикли на горивния елемент са извадени, се стимулира пълно използване на горивното вещество със съгласуван към срока на експлоатация на горивните стебла коефициент Коо и с благоприятно разпределение на мощността.

На фиг.6 се вижда по-ясно монтираната в кожуха 4 на горивния елемент и поддържана от един винт пета 2, върху която е монти рана опорната плоча. Тази опорна плоча има проходни отвори 6, през които охладителното средство се вкарва в междинното пространство между отделните позиции на стеблата R6. За тази цел са поставени шийки 7, които имат отвори 8, в чиито долни присъединителни сегменти 9 се захващат горивните стебла. В централната позиция RO се вижда тръбата за инструментална екипировка, която е завинтена с долен краен сегмент 10 към шийката на опорната плоча, при което чрез щриховани линии е изобразен един монтажен прът 11, който може да се завинтва в долния краен сегмент 10 на тръбата за инструментална екипировка с цел управление на опорната плоча. С Р е обозначена разположена на особена позиция на стеблото куха тръба, чийто долен край стърчи през отвор на опорната плоча и е завинтен към долната страна на опорната плоча чрез една гайка 13.

При този вариант кухата тръба Р и горивните стебла се подпират на отворите на дистанционния държач 5 и кухата тръба Р стърчи с горния си отворен край през един отвор на покриващата отгоре кожуха на горивния елемент 4 покривна плоча 15, снабдена с проходни отвори 17 за преминаване на охладителното средство и е монтирана върху главата 4 (фиг. 7). Байонетното затваряне, което е образувано от палеца 18 на главата 4 и съответния прозорец в горния ръб 19 на кожуха на горивния елемент, свързва демонтируемо главата на кожуха на горивния елемент и притиска покривната плоча 15 към винтовите пружини 16, които са подпрени на горните краища на горивните стебла (например позиции на стеблата R1 и R6). Петата 2 с шийките 7 на опорната плоча, кожухът на горивния елемент 3, главата 4 с покривната плоча 15, както и лежащата в централната позиция тръба за инструментална екипировка RO, образуват една рама (скелет), която носи горивните стебла и кухите тръби и се допълва от дистанционните държачи, на които се подпират горивните стебла и кухите тръби. Дистанционните държачи са закрепени към тръбата за инструментална екипировка, за предпочитане наймалко към една от кухите тръби.

Изтласкващите стебла В, които са вкарани отгоре в кухите тръби Р, в този случай се носят само от кухите тръби. По време на действие на реактора те са неподвижни, но могат да се изваждат чрез специален захващащ инструмент. Както е показано на фиг. 8, те притежават за целта стърчащ над покривната плоча 15 и кухата тръба край 20 с една специална плоскост за захващане. На фиг. 8 е показано, че преминаващият през покривната плоча 15 край 20 на кухата тръба е подвижен, за да се вземат под внимание термичните разширения.

Докато горивните стебла са сравнително нови и високореактивни, изтласкващото стебло е вложено (поставено). По този начин се редуцира наличният за забавянето на неутроните воден обем така, че броят на термичните неутрони и с това радиоактивното разпадане и възникващата топлина на разпадане да се намалят в полза на значителна част от бързи неутрони, които водят до конверсия (преобразуване) в горивното вещество. Допълването на горивното вещество може да бъде избрано в съответствие с максималната мощност на охлаждане, която все още е налице в състояние на експлоатация с редуцирано забавяне.

Ако с намаляване реактивността на горивното вещество намалява неутронният поток и мощността, то изтласкващите стебла се изваждат и тогава за забавянето на неутроните е на разположение един по-голям обем на забавителя. Чрез това се създават благоприятни условия за разпадане на горивното вещество така, че мощността на реактора се повишава отново и горивното вещество може да се използва по-добре. При извадени горивни стебла, (фиг.9), кухата тръба е напълнена само със забавителя 8, който влиза през малките проходни отвори 21 на долния край на кухата тръба и излиза през отворения й горен край, като евентуално могат да се образуват мехурчета от пара. За забавения поток от охлаждащо средство К във вътрешността на горивния елемент възниква дори един байпас, чиято загуба на налягане и протичането може да бъде силно намалена чрез съответен избор на напречното сечение на отворите 21 и да бъде съобразено с потребностите.

Ако изтласкващото стебло се намира в кухата тръба на нейния горен отвор 29 с достатъчна хлабина, то на повърхността на изтласкващото стебло не могат да се събират мехурчета от пара, а те се промиват от охлаждащото средство. За да се фиксира изтласкващото стебло в кухата тръба, неговият горен край може да се укрепи допълнително към покривната плоча съгласно фиг. 10 и 11. Така то може да се поддържа чрез странична рама 24 отдолу и чрез една завита гайка 25 - отгоре, към покривната плоча 15. Изтласкващото стебло може да се изтегли при инспекционни мероприятия, при което байонетното съединение между главата и кожуха на горивния елемент се освобождава, покривната плоча се изважда и опорната плоча със стоящите там горивни стебла се издърпва от кожуха чрез монтажния прът 11.

При примерното изпълнение от фиг. 11 горният край на кухата тръба Р се задържа само индиректно към покривната плоча над вложеното изтласкващо стебло. Това укрепване при изтеглено изтласкващо стебло може да се замени от центриращо стебло 28, което се задържа по описания за изтласкващото стебло към покривната плоча начин, само че стърчи с един къс край навътре в кухата тръба (фиг. 12).

За да се постигне възможно най-голямо изменение на забавянето, е препоръчително диаметърът на кухата тръба да бъде по-голям от диаметъра на горивните стебла така, че да могат да се вкарват големи изтласкващи стебла.

Фиг. 13 показва една куха тръба Р, която е заобиколена от шест, състоящи се от кухи тръби 30 и пълнежи с горивен материал 31, горивни стебла. С d е обозначено “разделянето на горивните стебла”, т.е. най-малкото разстояние между съседните горивни стебла. Препоръчва се диаметърът do на кухата тръба Р да е приблизително равен на “стойността на разделянето на горивните стебла” d.

Кухите тръби се изработват за предпочитане от корозионноустойчив материал - особено е подходящ циркалой, поради незначителната абсорбция на неутрони.

Claims

Патентни претенции

1. Горивен елемент със свободни от горивно вещество стебла за термичен ядрен реактор с шестоъгълен контур и позиции на стеблата, които са разположени между една централна позиция (RO) в оста на горивния елемент и контура му, равномерно върху концентрични правилни шестоъгълници, при което една първа група от позиции на стеблата обхваща всички позиции на стебла, които лежат на най-вътрешния и най-външния шестоъгълник, както и множество лежащи между тях позиции на стебла, заети от горивни стебла, съдържащи горивно вещество, характеризиращ се с това, че съдържа една втора група позиции на стебла, чиито шест непосредствено съседни позиции на стебла принадлежат на първата група и са заети от стебла, несъдържащи горивно вещество, които стебла не съдържат или най-много съдържат слабо абсорбиращ неутрони материал и всички разположени около централната позиция (RO) позиции на стеблата принадлежат на първата или втората група стебла.
2. Горивен елемент съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че има един, обхващащ странично горивните стебла шестоъгълен кожух (3), който отгоре и отдолу е покрит с плочи с проходни отвори за вода.
3. Горивен елемент съгласно претенция 1 или 2, характеризиращ се с това, че броят на шестоъгълниците е най-малко шест, като първата група от всички позиции на стебла обхваща двата най-външни шестоъгълника, а централната позиция (RO) е заета от тръба за инструментална екипировка.
4. Горивен елемент съгласно една от претенциите от 1 до 3, характеризиращ се с това, че втората група съдържа позиции на стебла, които лежат върху диагоналите на шестоъгълниците.
5. Горивен елемент съгласно една от претенциите от 1 до 4, характеризиращ се с това, че втората група съдържа лежащи върху медианите на страните на шестоъгълниците позиции на стебла.
6. Горивен елемент съгласно претенция 4 или 5, характеризиращ се с това, че втората група се състои от позиции на горивни стебла, които образуват ъглите на равностранни триъгълници, чиито центрове на тежестта лежат върху оста на горивния елемент, а ъглите им лежат върху медианите на страните и/или на диагоналите на шестоъгълниците.
7. Горивен елемент съгласно една от претенциите от 1 до 6, характеризиращ се с това, че стеблата върху позициите от втората група са кухи тръби (Р), които в първия работен режим съдържат неподвижни изтласкващи стебла (В) от циркалой, а във втория работен режим съдържат забавител, по-специално вода.
8. Горивен елемент съгласно една от претенциите от 1 до 6, характеризиращ се с това, че стеблата от позициите на втората група са пълни с вода кухи тръби.
9. Горивен елемент съгласно една от претенциите от 1 до 6, характеризиращ се с това, че най-малко една част от несъдържащите горивно вещество стебла са кухи тръби (Р) с вложени изтласкващи стебла, при което изтласкващите стебла (В) са закрепени неподвижно, поддържани от кухите тръби (Р) и една разположена над горивните стебла (R1, R6) покривна плоча (15), с възможност за изтегляне преди започването на един експлоатационен цикъл.
10. Горивен елемент съгласно претенция 9, характеризиращ се с това, че има кожух (3), обхващащ странично снопа горивни стебла с кухите тръби, в който са поместени снопът горивни стебла с кухите тръби и носеща снопа от горивни стебла с кухите тръби рама с опорна плоча (7) и покривната плоча (15), при което изтласкващите стебла (В) са закрепени твърдо, устойчиво и с възможност за демонтиране от кухите тръби (Р) и покривната плоча (15).
11. Горивен елемент съгласно претенциите 9 или 10, характеризиращ се с това, че кухите тръби (Р) имат на долния си край отвори (21), които отвори са с по-малко напречно сечение в сравнение с отворените отгоре краища (29) на кухите тръби.
12. Горивен елемент съгласно една от претенциите от 9 до 11, характеризиращ се с това, че диаметърът (d0) на кухите тръби е по-голям от диаметъра (d) на горивните стебла.
13. Горивен елемент съгласно претенция 12, характеризиращ се с това, че диаметърът (d0) съответства приблизително на разстоянието (d) между осите на непосредствено съседните горивни стебла.
14. Горивен елемент съгласно една от претенциите 7 или 9, до 13, характеризиращ се с това, че изтласкващите стебла (В) представляват масивни стебла от циркалой.
15. Горивен елемент съгласно една от претенциите от 7 до 14, характеризиращ се с това, че кухите тръби (Р) са изработени от корозионноустойчив материал, по-специално циркалой.
16. Горивен елемент съгласно една от претенциите от 7 до 15, характеризиращ се с

62345 това, че поне на една от кухите тръби (Р) е закрепен дистанционен държач (5).

Приложение: 13 фигури