ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C3/00 G21C3/326 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано в любых ядерных реакторах с тепловыделяющими сборками, например, водо-водяных энергетических реакторах типа ВВЭР-440 или ВВЭР-1000.

Из уровня техники известны тепловыделяющие сборки ядерного реактора, в которых для снижения неравномерности энерговыделения предусматривается профилирование свойств тепловыделяющих элементов по сечению сборки за счет размещения в периферийном ряду и в угловых местах ТВЭЛов с ядерным топливом пониженного обогащения [1] Однако эффективность снижения неравномерности распределения тепловыделения в реакторе при использовании таких тепловыделяющих сборок недостаточно высока.

Наиболее близкой к изобретению является тепловыделяющая сборка, содержащая разнотипные тепловыделяющие элементы с несимметричным распределением топлива [2] При этом в каждом ТВЭЛе имеет место несимметричное размещение различного по химическому составу топлива относительно поперечной плоскости сборки, причем в сборке ТВЭЛы установлены так, что у одних значение концентраций нуклидов в ядерном топливе в верхней по высоте части от поперечной плоскости сборки больше, чем в нижней, а у других наоборот, что снижает аксиальную неравномерность тепловыделения, но не оказывает существенного влияния на радиальное распределение энерговыделения по активной зоне.

Изобретение направлено на создание тепловыделяющей сборки, обеспечивающей повышение эффективности использования ядерного топлива и выравнивание радиального распределения тепловой мощности по активной зоне реактора, что приводит к улучшению экономических показателей и повышению надежности работы реактора в целом.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора с несимметричным распределением топлива, содержащей разнотипные тепловыделяющие элементы, последние выполнены с различными концентрациями нуклидов в ядерном топливе и расположены с образованием относительно плоскости, проходящей через центральную продольную ось сборки, двух зон с разными значениями усредненных по объему ядерного топлива концентраций нуклидов в ядерном топливе.

Предпочтительно выполнение тепловыделяющих элементов с одинаковым по химическому составу ядерным топливом.

Кроме того, по крайней мере часть тепловыделяющих элементов может содержать топливо с выгорающим поглотителем.

Наличие в тепловыделяющей сборке двух характерных зон с разными значениями усредненных по объему ядерного топлива концентраций нуклидов в ядерном топливе, которые образуются за счет соответствующего размещения разнотипных ТВЭЛов, отличающихся друг от друга концентрациями нуклидов, в ядерном топливе создает несимметричное в плане распределение энерговыделения, что при соответствующей ориентации сборок в реакторе компенсирует влияние утечки нейтронов через боковую поверхность активной зоны и уменьшает результирующую неравномерность радиального распределения энерговыделения, создает дополнительные возможности для уменьшения утечки нейтронов, осуществляемого по известным принципам и в результате приводит к повышению эффективности использования ядерного топлива и надежности работы реактора.

На чертеже схематично представлен общий вид тепловыделяющей сборки в плане.

Тепловыделяющая сборка содержит размещенные в регулярной решетке разнотипные тепловыделяющие элементы по крайней мере двух типов 1 и 2, которые заполнены одинаковым по химическому составу ядерным топливом (например, диоксидом урана), но различаются концентрациями нуклидов (например, при использовании диоксида урана для ТВЭЛов 1 начальное обогащение урана составляет 2,4% а для ТВЭЛов 2 3,6%). При этом разнотипные ТВЭЛы 1 и 2 распределены в сборке так, что относительно плоскости А-А, проходящей через центральную продольную ось сборки, образуются две характерные зоны I и II с существенно разными значениями усредненных по объему ядерного топлива концентраций нуклидов в ядерном топливе. При этом для локального уменьшения потока нейтронов, направленного на выравнивание распределения энерговыделения, по крайней мере часть тепловыделяющих элементов 1 или 2 может содержать выгорающий поглотитель (например, быть выполнена с уран-гадолиниевым топливом).

Тепловыделяющие сборки с заявленным несимметричным в плане распределением топлива при их соответствующей ориентации в активной зоне ядерного реактора в процессе работы (за счет перераспределения мощности между зонами I и II) формируют локальное несимметричное распределение энерговыделения, которое в сочетании с распределением, формируемым утечками нейтронов, обусловливает более равномерное результирующее распределение энерговыделения по активной зоне реактора.

Использование: в ядерной энергетике, в любых ядерных реакторах с тепловыделяющими сборками. Сущность: тепловыделяющая сборка характеризуется несимметричным в плане распределением ядерного топлива и содержит разнотипные тепловыделяющие элементы с различными концентрациями нуклидов в ядерном топливе. ТВЭЛы расположены так, что образуют относительно плоскости, проходящей через центральную продольную ось сборки, две зоны с разными значениями усредненных по объему ядерного топлива концентраций нуклидов в ядерном топливе. При этом тепловыделяющие элементы могут быть выполнены из одинакового по химическому составу ядерного топлива или по крайней мере часть тепловыделяющих элементов может содержать топливо с выгорающим поглотителем. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора с несимметричным распределением топлива, содержащая разнотипные тепловыделяющие элементы, отличающаяся тем, что тепловыделяющие элементы выполнены с различными концентрациями нуклидов в ядерном топливе и расположены с образованием относительно плоскости, проходящей через центральную продольную ось сборки, двух зон с разными значениями усредненных по объему ядерного топлива концентраций нуклидов в ядерном топливе. 2. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что тепловыделяющие элементы выполнены из одинакового по химическому составу ядерного топлива. 3. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что по крайней мере часть тепловыделяющих элементов содержит топливо с выгорающим поглотителем.