КОНСТРУКЦИИ ТОПЛИВНОГО СТЕРЖНЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ВНУТРЕННЮЮ РАСПОРНУЮ ДЕТАЛЬ, И СПОСОБЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G21C3/00 

Уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Примеры вариантов осуществления, в целом, относятся к конструкциям топливных элементов, используемых в атомных электростанциях, и способам использования конструкций топливных элементов.

Предшествующий уровень техники

В общем, атомные электростанции содержат активную зону реактора с размещенным в ней топливом так, чтобы вырабатывать мощность путем ядерного деления. Топливные элементы могут иметь самые разные конфигурации и/или характеристики, основанные на рабочих условиях конкретной атомной электростанции. Например, размер, местоположение относительно активной зоны, местоположение относительно другого топлива, обогащение, тип элемента, используемого в качестве топлива, и форма топлива - все это влияет на эксплуатационные параметры станции. Обычная конструкция на американских атомных электростанциях состоит в размещении топлива во множестве топливных стержней с покрытием, скрепленных вместе в виде топливных сборочных элементов, помещаемых внутри активной зоны.

Как показано на фиг.1, традиционная топливная сборка ядерного реактора 10 типа кипящего реактора, BWR, может содержать внешний канал 12, окружающий верхнюю связующую пластину 14 и нижнюю связующую пластину 16. В матрицу внутри топливной сборки 10 может быть установлено множество полномерных топливных стержней 18 и/или укороченных топливных стержней 19, которые пропускаются через множество распорных деталей 20 (так же известных как распорные сетки), разнесенных по вертикали друг от друга, и удерживают стержни 18, 19 в заданной матрице.

Топливные стержни 18 и 19 обычно неразрывны от их основания до вывода, что в случае полномерного топливного стержня 18 означает неразрывность от нижней связующей пластины 16 до верхней связующей пластины 14. Таким образом, покрытие и топливные элементы внутри стержня также обычно являются неразрывными по всей длине топливных стержней 18 или 19.

Как показано на фиг.2, топливные элементы 21 могут быть сформированы в форме таблеток и помещены внутрь топливных стержней 18 или 19. Эти топливные таблетки 21 могут "укладываться" внутри топливного стержня одна за другой, чтобы обеспечивать топливо по всей длине топливного стержня 18 или 19. Укладка топливных таблеток 21 может позволять расширение или другую деформацию топливных таблеток 21 в течение рабочего цикла активной зоны реактора. Дополнительно, в зазоре 22 между таблетками 21 и внутренней стенкой 23 топливного стержня 18 или 19 находятся газообразные продукты деления, создаваемые топливными таблетками 21 во время работы реактора. Промежуток 22 может быть вакуумным или заполненным инертным газом при низком давлении, таким как гелий. На концах топливного стержня могут присутствовать дополнительные зазоры (не показаны) и/или пружины 24, чтобы дополнительно позволить деформацию таблеток и накопление продуктов деления.

Сущность изобретения

Примеры вариантов осуществления направлены на демонстрацию конструкции топливного стержня, использующего внутренние распорные детали топливного элемента, в частности специализированные распорные детали топливного элемента, расположенные с промежутками внутри топливных стержней и/или сегментов, чтобы манипулировать эксплуатационными характеристиками стержня и/или снижать проблемы, связанные с фреттинг-коррозией топливного стержня. В примере варианта осуществления распорные детали топливного элемента могут размещаться с переменными промежутками в зависимости от высоты стержней и/или группироваться на концах стержней, чтобы защищать области фреттинг-коррозии на концах стержней. Примеры вариантов осуществления могут дополнительно содержать использование топливных стержней с внутренними распорными деталями вместо единых, непрерывных топливных стержней. Примеры способов могут содержать использование топливных стержней и/или сегментов, имеющих распорные детали топливных элементов с регулируемыми промежутками между распорными деталями так, чтобы воздействовать на механические, нейтронные или тепловые свойства сегмента топливного стержня.

Краткое описание чертежей

Примеры вариантов осуществления станут более понятны при подробном описании этих примеров вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых подобные элементы представляются подобными ссылочными номерами, которые приводятся только для иллюстрации и таким образом не ограничивают содержащихся здесь примеров вариантов осуществления.

Фиг.1 - топливный сборочный узел с непрерывными стержнями, соответствующий предшествующему уровню техники.

Фиг.2 - подробное изображение топливного стержня, показанного на фиг.1, соответствующего предшествующему уровню техники, показывающее топливный элемент и сопутствующие пространственные промежутки в нем.

Фиг.3A - сегменты и распорная деталь топливного стержня в примере варианта осуществления.

Фиг.3B - подробное представление распорной детали и примера сегментированного стержня, показанного на фиг.3A.

Фиг.4 - вид в разрезе сегмента топливного стержня в примере варианта осуществления.

Фиг.5 - вид в разрезе сегмента топливного стержня для другого примера варианта осуществления.

Фиг.6 - пример распорной детали топливного элемента.

Фиг.7A, 7B, 7C и 7D - различные примеры распорных деталей топливных элементов.

Фиг.8 - блок-схема последовательности выполнения операций в примере способа использования сегментов топливного стержня.

Подробное описание

Здесь раскрываются подробные, проиллюстрированные чертежами примеры вариантов осуществления. Однако конкретные конструктивные и функциональные подробности, раскрытые здесь, являются просто иллюстративными для целей описания примеров вариантов осуществления. Примеры вариантов осуществления могут, однако, быть осуществлены во многих альтернативных формах и не должны рассматриваться как ограничивающиеся только приведенными здесь примерами вариантов осуществления.

Следует понимать, что хотя для описания различных элементов здесь могут использоваться термины "первый", "второй" и т.д., эти термины не должны быть ограничением для этих элементов. Эти термины используются только для отличия одного элемента от другого. Например, первый элемент мог бы быть назван вторым элементом и точно так же второй элемент мог бы быть назван первым элементом, не выходя за рамки примеров вариантов осуществления. Термин "и/или", как он используется здесь, содержит любые и все комбинации одной или более связанных перечисленных позиций.

Следует понимать, что когда элемент упоминается как "соединенный", "связанный", "состыкованный", "присоединенный" или "прикрепленный" к другому элементу, он может быть присоединен или прикреплен напрямую к другому элементу или могут присутствовать промежуточные элементы. Напротив, когда элемент упоминается как "напрямую присоединенный" или "напрямую связанный" с другим элементом, то промежуточные элементы отсутствуют. Другие слова, используемые при описании взаимосвязи между элементами, должны интерпретироваться подобным образом (например, "между" и "непосредственно между", "соседствующий" и "напрямую соседствующий" и т.д.).

Терминология, использованная здесь, служит для цели описания только частных вариантов осуществления и не предназначена ограничивать примеры вариантов осуществления. Если текст явно не указывает иное, формы единственного числа, как они используются здесь, содержат в себе формы множественного числа. Дополнительно, следует понимать, что термины "содержит", "содержащий", "включает в себя" и/или "включая", когда используются здесь, указывают на присутствие заявленных признаков, целых чисел, этапов, действий, элементов и/или компонент, но не препятствуют присутствию или добавлению одного или более других признаков, целых чисел, этапов, действий, элементов, компонент и/или их групп.

Следует также отметить, что в некоторых альтернативных вариантах осуществления отмеченные функции/действия могут происходить не в том порядке, как показано на чертежах. Например, две операции, указанные двумя последовательными числами, на деле могут выполняться, в сущности, одновременно или иногда могут выполняться в обратном порядке, в зависимости от вовлеченных функциональных возможностей/выполняемых действий.

На фиг.3A и 3B показан пример варианта осуществления сегмента топливного стержня. На фиг.3A показано множество сегментов 10 стержня между верхним торцевым куском 120 и нижним торцевым куском 130. Верхний торцевой кусок 120 и нижний торцевой кусок 130, как известно, могут иметь резьбу или другие механизмы крепления для скрепления с нижними и верхними связующими пластинами (см. фиг.1) топливной сборки 10 (см. фиг.1). Соседние сегменты стержня могут соединяться друг с другом через сегмент другого стержня или через подсборку переходника, показанную в общем виде как подсборка 300 внутри обведенного пунктиром круга на фиг.3A. В частности, и как описано более подробно ниже, на фиг.3B подробно показаны соединения соседних сегментов 110a и 110b стержня, показанного внутри обведенного пунктиром круга.

На фиг.3A в примере варианта осуществления показан только один сборочный узел 100 стержня, сформированный из сегментов 110 стержня, при этом понимается, что один или более сборочных узлов 100 стержней и сегментов 110 стержней, показанные на фиг.3A, могут вставляться в топливную сборку. Например, сборочные узлы 100 стержней могут заменяться одним или более топливными стержнями 18 и 19 в топливной сборке 10 на фиг.1.

В примере варианта осуществления сегменты 110 стержня могут прикрепляться между верхним и нижним торцевыми элементами 120 и/или 130 и друг с другом, чтобы формировать полную осевую длину сборочного узла 100 стержня. В примере варианта осуществления сегмент 110а стержня, сегмент 110b стержня и верхний и нижний элементы 120 и 130 могут быть соединены напрямую или с помощью подсборок 300 переходников в точках соединений вдоль осевой длины сборочного узла 100 стержня. В варианте осуществления, показанном на фиг.3A и 3B, эти точки соединения расположены соосно, по меньшей мере, когда сборочный узел стержня входит в контакт с распорными деталями 20. Хотя на фиг.3А показаны только три распорные детали 20 и подсборки 300 переходников, топливная сборка 10 может содержать один или более сборочных узлов 100 стержней, каждый из которых имеет, по меньшей мере, один сегмент 110a стержня, соответствующего варианту осуществления, и, по меньшей мере, один сегмент 110b стержня, соответствующего варианту осуществления, соединенные друг с другом или подсборочными узлами 300 переходников в любом числе мест расположения распорной детали 20. В примере варианта осуществления сегменты 110a стержня и сегмент 110b стержня могут быть сегментами постоянной длины, чтобы облегчить процесс изготовления. Альтернативно, в примере варианта осуществления сегменты стержня могут иметь разные длины, чтобы использовать конструкции с укороченными стержнями и/или с разными местами расположения и размерами распорной детали.

Сегменты стержня в примере варианта осуществления могут быть выполнены из материала, стойкого к коррозии и совместимого с другими компонентами реактора. Например, в примере варианта осуществления при изготовлении стержня может использоваться сплав циркония. В примере варианта осуществления, описанном ранее, сегменты топливного стержня будут пониматься так, что любая ссылка на "сегмент стержня" или на "сегмент топливного стержня" относится к вышеупомянутому описанию, тогда как "топливный стержень" или "стержень", используемые сами по себе, относятся к непрерывным стержням, описанным в разделе, посвященном уровню техники.

Как подробно показано на фиг.3B, распорная деталь 20 может входить в контакт со сборочным узлом 100 стержня в подсборке 300 переходника так, чтобы, в сущности, покрывать подсборку 300 переходника. Альтернативно, в примере варианта осуществления сегмент 110 стержня с укороченными топливными элементами может соединяться с другими сегментами 110 стержней примера варианта осуществления в точках 115 соединения между сегментами 110 стержней. Соответственно, последствия фреттинг-коррозии в этих точках 115 за счет того, что распорная деталь 20 контактирует с сегментом стержня, может быть исключена или снижена. Хотя фреттинг-коррозия все еще может происходить, износ за счет фреттинг-коррозии может происходить на подсборке 300 переходника или на нетопливном сегменте стержня, а не на топливном сегменте 110a или 110b. Соответственно, в примере варианта осуществления это может исключать или снижать потенциальное высвобождение в теплоноситель содержимого сегмента 110 стержня.

На фиг.4 для примера варианта осуществления показан вид в разрезе сегмента 110 стержня, представляющий внутренние конструкции сегмента 110 стержня. Как показано на фиг.4, центральный корпус 150 расположен внутри сегмента стержня и закрыт внешним кожухом 151. Первая и вторая скрепляющие конструкции 140a и 140b располагаются на соответствующих первом и втором концах сегмента 110 стержня и уплотняют центральный корпус 150. Скрепляющие конструкции 140a и 140b могут допускать разъемное скрепление сегмента 110 стержня с другими конструкциями, в том числе с другими сегментами стержня, как обсуждалось выше.

Пример сегмента 110 стержня может содержать один или более топливных элементов 160 внутри центрального корпуса 150. Каждый топливный элемент 160 может содержать один или более видов ядерного топлива, такого как уран и/или плутоний, в соответствующей физической среде типа керамического оксида или ему подобной. Топливные элементы 160 могут быть формованы в "таблетки", как показано на фиг.4; однако могут использоваться и другие физические формы, такие как сферы, шестигранные тела и т.д. Элементы 160 могут соосно выравниваться внутри корпуса 150, чтобы образовывать укладку вдоль продольной оси сегмента 110 стержня.

Пример сегмента 110 стержня также содержит одну или более внутренних распорных деталей 180 внутри центрального корпуса 150, расположенных соосно с любыми топливными элементами 160 внутри корпуса 150. В примере варианта осуществления внутренние распорные детали 180 жестко ограничивают расположение топливных элементов 160 в конкретных положениях вдоль оси и/или их расположение с пространственными промежутками внутри сегмента 110 стержня.

Внутренние распорные детали 180 могут располагаться с различными промежутками внутри сегментов 110 стержня согласно примеру. Размещение внутренних распорных деталей 180 может влиять на характеристики генерации нейтронов и теплоты сегментов стержня в примере варианта осуществления, как обсуждается ниже, позволяя генерировать большую мощность при поддержании пределов генерации теплоты.

Например, как показано на фиг.4, внутренние распорные детали могут располагаться с более высокой частотой установки в направлении первой скрепляющей конструкции 140a, чем в направлении второй скрепляющей конструкции 140b. Таким образом, распорные детали 180 могут эффективно изменять концентрацию топлива, сопутствующий нейтронный поток и характеристики теплообразования, увеличивая концентрацию топлива в направлении второй скрепляющей конструкции 140b (то есть ко второму концу сегмента 100 стержня).

В качестве другого примера, в активной зоне работающего ядерного реактора теплоноситель может протекать вдоль стержня 110, соответствующего примеру, в направлении, показанном на фиг.4. Распорные детали 20, как показано на фиг.3B, могут располагаться в первой и второй скрепляющих конструкциях 140a и 140b или вблизи них, как описано выше. Распорные детали 20 могут смешивать теплоноситель, протекающий через распорную деталь, и, поскольку теплоноситель протекает в направлении, указанном стрелкой на фиг.4, теплоноситель может становиться менее смешанным в местах, расположенных вдоль пограничного слоя сегмента 110 стержня. Теплоноситель может иметь снижающиеся характеристики конвекционной теплопередачи, поскольку он течет в направлении, показанном на фиг.4, от распорной детали 20, расположенной вблизи второй скрепляющей конструкции 140b. Таким образом, наибольший риск недостаточной теплопередачи и нарушения критического энергетического отношения может возникнуть около первой скрепляющей конструкции 140a, где теплоноситель меньше всего смешивается, и самый горячий перед тем, как теплоноситель достигнет следующей распорной детали 20.

Внутренние распорные детали 180, расположенные с промежутками, как показано на фиг.4, могут эффективно снижать количество топлива и теплоты, создаваемых около первой скрепляющей конструкции 140a, тем самым уменьшая количество необходимой теплопередачи к теплоносителю, поскольку теплоноситель становится менее смешанным и/или менее способным к конвективной теплопередаче. В примере варианта осуществления промежутки, показанные на фиг.4, могут таким образом препятствовать или снижать недостаточную теплопередачу между сегментом 110 стержня и теплоносителем, тем самым повышая эффективность реактора, использующего сегменты 110 стержня.

Аналогично тому, как показано на фиг.4 в примере варианта осуществления, топливный элемент 160a, расположенный в направлении конца топливного сегмента, может иметь различную топливную концентрацию, такую как более высокая или более низкая концентрация урана, чтобы дополнительно повышать и дополнять влияние на осевой тепловой профиль, достигнутый за счет внутренних распорных деталей 180.

Альтернативно, в примере варианта осуществления внутренние распорные детали 180 могут быть размещены с другими промежутками, которые влияют на характеристики генерации нейтронов и/или теплоты сегментов 110 стержней и сегменты, имеющие различные промежутки, могут объединяться, чтобы образовывать общую более эффективную активную зону. Например, сегмент 110 стержня, помещенный в осевом положении внутри активной зоны со сверхвысоким уровнем потока нейтронов, может содержать больше внутренних распорных деталей 180, чтобы эффективно понизить содержание топлива и поток в этом конкретном осевом положении. В примере варианта осуществления к другим нейтронным характеристикам, видоизменяемым за счет размещения распорной детали, могут относиться, например, отношения "водорода к урану" и поглощение нейтронов и поперечные сечения рассеивания сегментов топливного стержня. Таким образом, в примере варианта осуществления внутренние распорные детали 180 могут обеспечивать совершенный механизм для воздействия на нейтронный поток внутри активной ядерной зоны, содержащей сегменты 110 стержня.

В примере варианта осуществления внутренние распорные детали 180 могут дополнительно улучшать механические характеристики сегмента 110 стержня. Как обсуждалось выше, распорные детали 20, помещенные около первой и второй скрепляющих конструкций 140a и 140b, могут создавать коррозию сегментов 110. Как показано на фиг.5, располагая внутренние распорные детали 180 последовательно и по соседству с первой и/или второй скрепляющей конструкцией 140a и/или 140b, можно предотвращать или снижать возможность выскакивания топливных элементов 160, содержащихся в сегменте 110, когда сегмент 110 стержня, содержащий ядерное топливо, подвергается фреттинг-коррозии во время работы за счет перекрывания или скольжения распорной детали 20. То есть дополнительные распорные детали 180 могут обеспечивать большую длину вокруг распорной детали 20, по которой может происходить феттинг-коррозия с пониженным или отсутствующим выскакиванием топливных элементов 160 или их частей через разъеденное коррозией место, даже если распорная деталь 20 проскальзывает или как-либо иначе накладывается на сегмент 110 стержня, содержащий топливо. Таким образом, в примере варианта осуществления внутренние распорные детали 180 могут влиять и/или улучшать механические характеристики сегмента 110 стержня.

Внутренние распорные детали 180 могут быть изготовлены из различных материалов и иметь различные физические формы для достижения описанных выше функций. Внутренние распорные детали 180 обычно имеют размеры, чтобы помещаться внутри корпуса 150 и, в целом, имеют форму, позволяющую жестко сохранять промежутки между топливными элементами 160. Например, любые сферы, цилиндры, диски, шайбы, кольца, кубы, гексаэдры и/или тороиды могут быть функциональными формами распорных деталей 180, которые обеспечивают функции пространственного разделения, описанные выше. Внутренние распорные детали 180 обычно являются жесткими в продольном осевом направлении, чтобы сохранять постоянные пространственные промежутки между топливными элементами 160. Внутренние распорные детали могут "плавать" вместе с топливными элементами 160, сохраняя относительное осевое смещение между топливными элементами, но позволяя внутренним распорным деталям и топливным элементам перемещаться относительно корпуса и сегмента топливного стержня.

Как показано на фиг.4, в примере варианта осуществления топливные стержни могут содержать пружину или резистивный элемент 185, который обеспечивает сжимающее усилие на топливных элементах 160 и/или распорных деталях 180. Такой резистивный элемент 185 может содержать катушку, петлевую пружину или тому подобный компонент, изготовленный из материала, сохраняющего упругость и другие физические свойства в рабочей среде ядерного реактора. Сжимающее усилие, создаваемое резистивным элементом 185, может реагировать на изменения формы топливного элемента 160 формы и ориентации внутри полости 150 на протяжении всего эксплуатационного цикла топлива.

На фиг.6 показан пример внутренней распорной детали 280, имеющей кольцевую форму. Внутренняя распорная деталь 280 в форме кольца может жестко пространственно разделять топливные элементы в осевом направлении и позволяет газообразным продуктам реакции деления заполнять центральную часть кольца. Таким образом, в примере варианта осуществления внутренняя распорная деталь 280, показанная на фиг.6, может обеспечивать сегмент топливного стержня, соответствующего, с дополнительным пространством для размещения в нем газообразных, жидких и/или твердых продуктов деления, и в примере варианта осуществления сегмент топливного стержня может потребовать меньше пространства для размещения этих продуктов в другом месте. Дополнительно могут иметься окна 281 доступа, чтобы позволить перемещение продуктов деления, особенно перемещение газообразных и жидких продуктов деления, внутрь кольца, когда топливные таблетки блокируют доступ к кольцу. Таким образом, продукты деления могут перемещаться через зазор в корпусе в кольцо.

На фиг.7A показан пример внутренней распорной детали 380, которая имеет форму сплошного цилиндра. В примере варианта осуществления внутренняя распорная деталь 380 в форме сплошного цилиндра может оставлять промежутки между топливными элементами в осевом направлении и за счет присутствия твердого тела может дополнительно разделять сегменты стержня. Как обсуждалось выше, внутренняя распорная деталь 380 может, по существу, соответствовать внутреннему диаметру 23 (показанному на фиг.2) корпуса 150, чтобы помочь в разделении на отсеки. В примере варианта осуществления распорная деталь 380 может предотвращать перемещение продуктов деления по всем сегментам стержня и может уменьшать перемещение продукта деления в случае фреттинг-коррозии за счет пониженного перемещения продукта деления после сплошной внутренней распорной детали 380.

На фиг.7B-7D для примера варианта осуществления показаны различные конфигурации поверхности внутренних распорных деталей. Как показано на фиг.7B, для примера варианта осуществления внутренняя распорная деталь 381 может иметь механически обработанную полость 384, по меньшей мере, на одной из ее лицевых поверхностей, чтобы размещать в ней накапливающиеся продукты деления, не позволяя продуктам деления проходить сквозь внутреннюю распорную деталь 381 в примере варианта осуществления. На фиг.7C для примера варианта осуществления показана внутренняя распорная деталь 382, имеющая множество частично просверленных отверстий 385, не проходящих на полную осевую длину внутренней распорной детали 382. Отверстия 385 могут вмещать в себя накапливающиеся продукты деления, не позволяя продуктам деления проходить через показанную в качестве примера деталь 382. На фиг.7D показан другой пример варианта осуществления внутренней распорной детали 383, которая имеет вогнутую/выпуклую поверхность. Вогнутая/выпуклая поверхность может позволить накопление продукта деления в вогнутой полости, не позволяя продуктам деления проходить через показанную в примере распорную деталь 383.

В примере варианта осуществления внутренние распорные детали 180 могут изготавливаться из различных материалов, выбираемых на основе того, как они должны влиять на топливные сегменты. Например, в случае, когда распорные детали предназначены для уменьшения эффективной концентрации топлива, распорные детали могут быть изготовлены от материала, имеющего тепловое нейтронное поглощение и/или рассеивающее поперечное сечение, меньшее, чем для традиционного ядерного топлива, например меньше 5 барн. Эти примеры внутренних распорных деталей 180 могут быть изготовлены из циркония или другого твердого материала, обладающего низким полным нейтронным поперечным сечением, такого как инконель. Альтернативно, распорные детали могут служить для поглощения нейтронного потока, когда внутренние распорные детали изготавливаются из материала, имеющего более высокое поперечное сечение для теплового поглощения нейтронов, в том числе, например, бора.

Внутренние распорные детали 180 могут дополнительно изготавливаться из материала, который, по существу, соответствует внутренней стенке 23 корпуса 150. Материал может быть расширяющимся или резистивным, чтобы обеспечивать жесткое пространственное разделение и локализацию так, чтобы делить на отсеки корпус 150 и препятствовать или уменьшать перемещение продукта деления. В примере варианта осуществления такой материал может использоваться в распорных деталях, которые увеличивают длину разъедания коррозией, не выпуская топливный элемент из сегментов стержня. В примере варианта осуществления внутренние распорные детали 180 могут также изготавливаться из теплоизолирующих или теплопроводящих материалов, чтобы дополнительно влиять на свойства генерации теплоты сегментами стержня.

На фиг.8 показан пример способа использования распорных деталей в сегментах топливного стержня. Как показано на этапе S100, инженер, компьютерная программа и/или другой пользователь определяет желаемые нейтронные, механические и термодинамические свойства конкретного сегмента стержня, основываясь на положении этого сегмента в активной зоне реактора. Например, инженер может пожелать, чтобы сегмент производил больший нижний пиковый осевой поток, чтобы улучшить выделение и генерацию плутония в направлении верхней части активной зоны реактора. На этапе S200 инженер, компьютерная программа или другой пользователь вычисляет желательную топливную концентрацию и размещение внутри сегмента стержня согласно способам, известным в ядерной технике, учитывая свойства и условия активной зоны работающего реактора. На этапе S300 распорные детали и топливные элементы помещаются внутри сегмента топливного стержня, чтобы удовлетворить требования по вычисленной топливной концентрации и размещению. Как только способ, соответствующий примеру, завершает свое действие, сегмент топливного стержня может быть помещен в заданное положение в активной зоне ядерного топлива работающего реактора и создать желаемые свойства, введенные вначале в способ, соответствующий примеру.

На примерах вариантов осуществления и способов, описанных таким образом, специалисты в данной области техники должны понимать, что примеры вариантов осуществления и способов могут быть изменены посредством повседневного экспериментирования и без дополнительной изобретательской деятельности. Например, хотя раскрытие относится к внутренним распорным деталям, пригодным для использования с сегментом стержня, внутренние распорные детали могут использоваться в любом стержне, таком как единые непрерывные стержни 18 и 19, показанные на фиг.1, и для непрерывных стержней могут быть достигнуты те же самые функции, которые описаны для сегментов топливного стержня. Изменения не должны рассматриваться как отклонение от сущности и объема примеров вариантов осуществления, и все такие изменения, которые должны быть очевидны специалистам в данной области техники, подразумеваются содержащимися в пределах объема приведенной далее формулы изобретения.

Группа изобретений относится к ядерной энергетике, а именно к конструкциям топливных стержней. Варианты осуществления содержат конструкцию ядерного топливного стержня и/или сегмента, использующую распорные детали топливного элемента. Распорные детали топливного элемента могут располагаться с промежутками внутри топливных стержней и/или сегментов. Технический результат - возможность манипулировать механическими, нейтронными и/или тепловыми характеристиками топливного стержня и/или сегмента и/или уменьшать последствия фреттинг-коррозии топливного стержня и/или сегмента. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Топливный стержень, содержащий:
множество сегментов топливного стержня, по меньшей мере, один из которых содержит корпус, образующий сегмент топливного стержня вдоль продольной оси топливного стержня, множество элементов ядерного топлива, расположенных в корпусе, и, по меньшей мере, одну внутреннюю распорную деталь, расположенную соосно с множеством элементов ядерного топлива в сегменте топливного стержня в корпусе в соседнем положении с местом, где распорка контактирует с топливным стержнем, и имеющую такую осевую толщину, что ни один из элементов ядерного топлива не расположен в соседнем положении с местом, где распорка контактирует с топливным стержнем, и имеет поперечное сечение, по существу, равное поперечному сечению корпуса так, чтобы делить корпус на отсеки.

2. Топливный стержень по п.1, в котором внутренняя распорная деталь занимает такое положение внутри корпуса, что топливный стержень обладает требуемым тепловым, механическим или нейтронным свойством во время работы ядерной активной зоны, содержащей топливный стержень.

3. Топливный стержень по п.1 или 2, в котором внутренняя распорная деталь является кольцом, так чтобы внутренняя распорная деталь могла вмещать внутри кольца накапливающиеся продукты деления.

4. Топливный стержень по п.1 или 2, в котором распорная деталь является твердой и цилиндрической.

5. Топливный стержень по п.1 или 2, в котором топливный стержень содержит множество внутренних распорных деталей, расположенных внутри корпуса с повышенной частотой установки и уменьшенным промежутком в первом продольном положении корпуса по сравнению со вторым продольным положением корпуса.

6. Топливный стержень по п.5, в котором второе продольное положение связано с направлением прохождения потока теплоносителя вверх по течению в рабочей активной зоне из первого продольного положения.

7. Топливный стержень по п.1 или 2, в котором топливный стержень содержит множество внутренних распорных деталей, и, по меньшей мере, часть множества внутренних распорных деталей располагается последовательно и по соседству, по меньшей мере, с одной распорной деталью, контактирующей с топливным стержнем.

8. Топливный стержень по п.1 или 2, в котором распорная деталь выполнена из такого материала, что он не влияет на физические и нейтронные свойства, по меньшей мере, одной внутренней распорной детали во время работы активной зоны ядерного реактора, содержащей топливный стержень.

9. Топливный стержень по п.1 или 2, содержащий резистивный элемент, расположенный на конце корпуса по оси с элементами ядерного топлива, и обеспечивающий сжимающее усилие на топливных элементах и/или распорных деталях 180.

10. Топливный стержень по п.1 или 2, в котором элементы ядерного топлива имеют разное обогащение.