тепловыделяющая сборка для ядерного энергетического реактора с водяным теплоносителем под давлением

Формула изобретения

1. Тепловыделяющая сборка для ядерного энергетического реактора с водяным теплоносителем под давлением, содержащая собранные в пучок дистанционированные между собой стержневые тепловыделяющие элементы, выполненные с компенсационным объемом между торцом топливного столба и одной из заглушек, с расположенной в нем фиксирующей пружиной, отличающаяся тем, что часть тепловыделяющих элементов расположена с компенсационным объемом в верхней части пучка, а часть - с компенсационным объемом в нижней части пучка, при этом длина активной части пучка увеличивается на длину компенсационного объема.

2. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что тепловыделяющие элементы с компенсационным объемом в верхней части и тепловыделяющие элементы с компенсационным объемом в нижней части располагаются в пучке в 120^o-ной плоскости симметрии через один ряд.

3. Тепловыделяющая сборка по п.2, отличающаяся тем, что соотношение части твэл с компенсационным объемом в верхней части пучка к части твэл с компенсационным объемом в нижней части пучка составляет 50:50.

4. Тепловыделяющая сборка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что на тепловыделяющих элементах, расположенных с компенсационным объемом в верхней части, на верхней заглушке выполнена лунка.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкции тепловыделяющих сборок, используемых в водо-водяных ядерных энергических реакторах с водой под давлением, и может быть применено в разрабатываемых конструкциях, а также при модернизации активных зон действующих реакторов.

Уровень техники

Проблема увеличения удельной энерговыработки с единицы массы ядерного горючего и снижения энергонапряженности тепловыделяющих элементов действующих и вновь проектируемых АЭС с водо-водяными энергетическими реакторами имеет различные пути решения. В настоящее время данная задача решается, в основном, за счет снижения неравномерности энерговыделения по сечению пучка твэл (установка в пучок вместо части твэл трубок, заполненных замедлителем нейтронов или выгорающим поглотителем, установка в пучок твэл с разным обогащением топлива по урану-235, установка в пучок части твэл с топливом, содержащим выгорающий поглотитель), как в конструкциях [1], взятых за прототип. Однако в таких конструкциях тепловыделяющих сборок на расстоянии ~ 240 мм от концов топливного столба твэл происходит неполное использование урана-235 для выработки теплоэнергии.

С целью улучшения энерговыделения в верхней части тепловыделяющей сборки предлагается использовать несколько групп твэлов различной длины и с различным количеством топлива [2] по высоте твэла. Однако и в таких конструкциях имеются недостатки:

- снижение массы урана в активной части тепловыделяющих элементов, снижение поверхности теплоотдачи, возрастание энергонапряженности твэл.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание тепловыделяющих сборок, обеспечивающих увеличение удельной энерговыработки с единицы массы ядерного горючего, снижение энергонапряженности тепловыделяющих элементов. В результате решения данной задачи при реализации изобретения может быть получен новый технический результат, заключающийся в создании по концам пучка стержневых тепловыделяющих элементов в верхней и нижней части зон с повышенным водо-урановым отношением.

Данный технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке для энергетического ядерного реактора с водяным теплоносителем под давлением, содержащей собранные в пучок дистанционированные между собой стержневые тепловыделяющие элементы, выполненные с компенсационным объемом между торцом топливного столба и одной из заглушек, с расположенной в нем спиральной пружиной, часть тепловыделяющих элементов расположена с компенсационным объемом в верхней части пучка, а часть - с компенсационным объемом в нижней части пучка, при этом длина активной части пучка увеличивается на длину компенсационного объема.

Отличительной особенностью описываемого изобретения является расположение части тепловыделяющих элементов с компенсационным объемом в верхней части пучка твэлов, а части - с компенсационным объемом в нижней части пучка, при этом длина активной части пучка увеличивается на длину компенсационного объема.

В результате:

- увеличивается длина активной зоны сборки с 2420 мм до 2505 мм, что позволяет снизить энергонапряженность тепловыделяющих элементов;

- на расстоянии 75...90 см от концов активной зоны в верхней и нижней частях пучка твэлов повышается водоурановое отношение с 1,67 до 3,34, при этом по концам активной зоны снижается отношение сечений захвата и деления ядер плутония-239 и плутония -241 (за счет дополнительного замедления нейтронов водой и смягчения спектра нейтронов), в результате чего на расстоянии около 240 мм от концов активной зоны удельная энерговыработка возрастает в 1,5-2 раза, т.е. снижается неравномерность энерговыделения по высоте активной зоны тепловыделяющей сборки.

Целесообразно твэлы с компенсационным объемом в верхней части и твэлы с компенсационным объемом в нижней части располагать в пучке в 120^o-ной плоскости симметрии через один ряд. Целесообразно также соотношение части твэл с компенсационным отделом в верхней части пучка к части твэл с компенсационным объемом в нижней части пучка выбрать 50:50.

Кроме того, целесообразно на одном из вариантов тепловыделяющих элементов, например, с компенсационным объемом в верхней части на верхней заглушке выполнить лунку, что позволит идентифицировать тепловыделяющие элементы и предотвратить перепутывание при сборке.

На фиг. 1 показан продольный разрез сборки стержневых тепловыделяющих элементов для ядерного энергетического реактора с водяным теплоносителем под давлением;

На фиг. 2 показаны тепловыделяющие элементы с компенсационным объемом в верхней и нижней части;

На фиг.3 показан план расположения тепловыделяющих элементов в тепловыделяющей сборке с 120^o-ной симметрией. Пронумерованы физически симметричные твэлы с расположением компенсационного объема в верхней части.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Описываемая тепловыделяющая сборка содержит головную 1 и хвостовую 2 части, чехол 3, внутри которого расположен пучок дистанционированных между собой решетками 4 тепловыделяющих элементов 5, состоящих из столба топливных таблеток 6, компенсационного объема 7 между торцом топливного столба и одной из заглушек 8, и расположенной в нем фиксирующей спиральной пружины 9.

Данное изобретение позволит повысить по концам пучка твэл (на расстоянии ~ 240 мм от каждого конца) водоурановое отношение с 1,67 до 3,34 и увеличить удельную энерговыработку в 1,5-2 раза, что позволит сэкономить, например, 6 тепловыделяющих сборок с массовой долей урана-235 в уране 3,6% в год на 1 блок атомной электростанции с реакторными установками типа ВВЭР-440.

Предполагается международное патентование.

Источники информации

1. Овчинников Ф.Я. и др., Эксплуатация реакторных установок Ново-Воронежской АЭС, Москва, Атомиздат, 1972, с.9-18.

2. Патент США 4968479, опубликован 06.11.1990.