Pastillas de combustible compactadas y sinterizadas para reactor nuclear, barra de combustible y conjunto de combustible correspondientes.

Pastilla de combustible sinterizada (1) para una barra de combustible de un reactor nuclear de agua

(8) que comprende una pared periférica (4) que se extiende a lo largo de un eje central (A) y dos caras 5 extremas (6), comprendiendo por lo menos una de las caras extremas (6) por lo menos un primer chaflán (12) que se extiende desde la pared periférica (4) hacia el eje central (A) con una primera pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central (A) y un segundo chaflán (14) que se extiende desde el primer chaflán (12) hacia el eje central (A) con una segunda pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central (A), siendo la primera y segunda pendientes del mismo signo y estando dirigidas hacia el exterior de la pastilla de combustible, siendo la primera pendiente diferente de la segunda pendiente, comprendiendo la cara extrema asimismo un rebaje en forma de disco (16) que se extiende desde el segundo chaflán (14) y alrededor del eje central (A).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/062620.

Solicitante: AREVA NP.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: Tour AREVA, 1 Place Jean Millier 92400 Courbevoie FRANCIA.

Inventor/es: DORR,WOLFGANG, DEYDIER,PASCAL, HOFF,ANDREAS, JENTZEN,WILLIAM, CURRAN,DAVE, CHOTARD,ALAIN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR > REACTORES NUCLEARES (reactores de fusión, reactores... > Aparatos o procesos especialmente adaptados para... > G21C21/02 (Fabricación de elementos combustibles o reproductores en el interior de conductos no activos)
  • SECCION G — FISICA > FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR > REACTORES NUCLEARES (reactores de fusión, reactores... > Elementos combustibles para reactor o sus conjuntos;... > G21C3/58 (Combustible para reactor sólido)

PDF original: ES-2495750_T3.pdf

 

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Pastillas de combustible compactadas y sinterizadas para reactor nuclear, barra de combustible y conjunto de combustible correspondientes.
Pastillas de combustible compactadas y sinterizadas para reactor nuclear, barra de combustible y conjunto de combustible correspondientes.

Fragmento de la descripción:

Pastillas de combustible compactadas y sinterizadas para reactor nuclear, barra de combustible y conjunto de combustible correspondientes.

La presente invención se refiere a una pastilla de combustible sinterizada para una barra de combustible de reactor nuclear de agua ligera o pesada del tipo que comprende una pared periférica que se extiende a lo largo de un eje central y dos caras extremas, en el que por lo menos una de las caras extremas comprende por lo menos un primer chaflán que se extiende desde la pared periférica hacia el eje central con una primera pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central.

En un reactor de agua presurizada (PWR) , que incluye el diseño ruso VVER (Vodaa Vodiannee Energititscherski Reactor, en inglés Water Water Energy Reactor, y en español reactor de energía de agua presurizada (WWER) ) , o reactor de agua en ebullición (BWR) o reactor de agua pesada presurizada (PHWR) , cada barra de combustible nuclear comprende una pila de pastillas de combustible sinterizadas rodeada por una vaina del combustible nuclear. Una pastilla de combustible se obtiene mediante sinterización de una pastilla de combustible compactada principalmente fabricada a partir de óxido de uranio con cualquier contenido del isótopo 235 o a partir de óxido de plutonio, con la posible adición de veneno combustible, tal como por ejemplo Gd2O3.

Una pastilla de combustible del tipo anteriormente mencionado es conocida a partir del documento WO-02/45096. Un rebaje en forma de plato está provisto en el centro de la cara extrema alrededor del eje central, el chaflán y el rebaje estando unidos por una superficie plana.

Además de facilitar la carga de la pastilla de combustible en la vaina del combustible nuclear, la función principal del chaflán es reducir el riesgo de astillado de la pastilla durante la fabricación de la misma y su manipulación.

Un astillado de este tipo conduce a defectos en la pastilla terminada, lo cual produce puntos calientes en el refrigerante que fluye alrededor de la barra de combustible. Puntos calientes de este tipo evitan una repartición uniforme de las temperaturas alrededor de la barra de combustible, lo cual reduce el rendimiento del reactor.

Exámenes de celdas calientes de barras de combustible que fallan por la interacción de la vaina de combustible nuclear de las pastillas (PCI) indican que los fallos son atribuibles a una superficie ausente de la pastilla (MPS) predominantemente extendida hasta el extremo de la pastilla. Los fragmentos de materiales combustibles producidos por un astillado de este tipo se pueden quedar atrapados en el espacio entre la pared periférica de las pastillas y la vaina de combustible nuclear e incrementa la tensión mecánica en vaina del combustible nuclear, lo cual puede conducir a un fallo local de la vaina debido a la interacción mecánica de la vaina con la pastilla (PCMI) . Además, la superficie ausente de la pastilla debido al astillado puede también crear una alta tensión mecánica a la vaina por el soporte ausente de la vaina y, combinado con el punto caliente y mejorado por los productos de la fisión, también puede resultar en un fallo de la vaina. Los fallos de este tipo pueden causar que gases y materiales radiactivos fuguen al interior del refrigerante del reactor y a la atmósfera del reactor.

A pesar del chaflán, puede ocurrir algún astillado con la pastilla de combustible divulgada en el documento WO02/45096.

El objetivo de la invención es resolver este problema reduciendo adicionalmente los riesgos de astillado.

Con este propósito, la invención se refiere a una pastilla de combustible sinterizada según la reivindicación 1, del tipo descrito antes en la presente memoria, la pastilla adicionalmente comprendiendo un segundo chaflán que se extiende desde el primer chaflán hacia el eje central con una segunda pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central, en el que la primera pendiente es diferente de la segunda pendiente.

El segundo chaflán evita la aparición de un borde afilado entre el primer chaflán y el segundo chaflán como se describirá más adelante en la presente memoria, lo cual garantiza que el contacto entre dos pastillas superpuestas se mantiene blando. Los riesgos de astillado por lo tanto se reducen.

Según otras características de la pastilla de combustible sinterizada:

- la primera pendiente es mayor que la segunda pendiente;

- la primera pendiente está sustancialmente comprendida entre 7º y 40º ;

- la segunda pendiente está sustancialmente comprendida entre 0, 2º y 10º ;

- la segunda pendiente está sustancialmente comprendida entre 0, 4º y 9º ;

- la pared periférica es sustancialmente cilíndrica;

- las caras extremas son sustancialmente simétricas con respecto a un plano sustancialmente perpendicular al eje central y que cruza la pared periférica sustancialmente en su mitad;

- la relación entre la longitud de la pared periférica y el diámetro de dicha pared periférica está sustancialmente comprendida entre 0, 4 y 2; y -cada cara extrema comprende por lo menos un primer chaflán que se extiende desde la pared periférica hacia el eje central con una primera pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central y un segundo chaflán que se extiende desde el primer chaflán hacia el eje central con una segunda pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central, en el que la primera pendiente es diferente de la segunda pendiente.

Según otro aspecto, la invención se refiere a una pastilla de combustible compactada, según la reivindicación 10, para una barra de combustible de un reactor nuclear de agua, destinada a ser sinterizada para obtener una pastilla de combustible sinterizada como se ha descrito antes en la presente memoria, que comprende una pared periférica que se extiende a lo largo de un eje central y dos caras extremas, en el que por lo menos una de las caras extremas comprende por lo menos un primer chaflán que se extiende desde la pared periférica hacia el eje central con una primera tendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central y un segundo chaflán que se extiende desde el primer chaflán hacia el eje central con una segunda pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central, en el que la primera pendiente es diferente de la segunda pendiente.

Como se ha explicado antes, el segundo chaflán de la pastilla de combustible compactada garantiza, en la pastilla sinterizada, un contacto blando entre dos pastillas superpuestas en una barra de combustible y reduce los riesgos inducidos de astillado por este contacto. Incluso aunque el proceso de sinterización se lleve a cabo durante demasiado tiempo, el segundo chaflán se convertirá, como máximo en una superficie plana. La pastilla sinterizada por lo tanto tendrá una forma convencional, pero con un riesgo disminuido de bordes afilados.

Según otras características de la pastilla de combustible compactada:

- la primera pendiente está sustancialmente comprendida entre 7º y 40º ;

- la segunda pendiente está sustancialmente comprendida entre 0, 2º y 10º ;

- la segunda pendiente está sustancialmente comprendida entre 0, 4º y 9º .

Según otro aspecto, la invención se refiere a una barra de combustible para un conjunto de combustible de reactor nuclear de agua que comprende una vaina del combustible nuclear y un apilamiento de pastillas de combustible sinterizadas en la vaina, por lo menos una de las pastillas sinterizadas siendo una pastilla como ha sido descrita antes en la presente memoria.

Según otro aspecto, la invención... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Pastilla de combustible sinterizada (1) para una barra de combustible de un reactor nuclear de agua (8) que comprende una pared periférica (4) que se extiende a lo largo de un eje central (A) y dos caras extremas (6) , comprendiendo por lo menos una de las caras extremas (6) por lo menos un primer chaflán (12) que se extiende desde la pared periférica (4) hacia el eje central (A) con una primera pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central (A) y un segundo chaflán (14) que se extiende desde el primer chaflán (12) hacia el eje central (A) con una segunda pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central (A) , siendo la primera y segunda pendientes del mismo signo y estando dirigidas hacia el exterior de la pastilla de combustible, siendo la primera pendiente diferente de la segunda pendiente, comprendiendo la cara extrema asimismo un rebaje en forma de disco (16) que se extiende desde el segundo chaflán (14) y alrededor del eje central (A) .

2. Pastilla de combustible sinterizada según la reivindicación 1, en la que la primera pendiente es mayor que la segunda pendiente.

3. Pastilla de combustible sinterizada según la reivindicación 1 o 2, en la que la primera pendiente está

sustancialmente comprendida entre 7º y 40º . 20

4. Pastilla de combustible sinterizada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la segunda pendiente está sustancialmente comprendida entre 0, 2º y 10º .

5. Pastilla de combustible sinterizada según la reivindicación 4, en la que la segunda pendiente está 25 sustancialmente comprendida entre 0, 4º y 9º .

6. Pastilla de combustible sinterizada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la pared periférica (4) es sustancialmente cilíndrica.

7. Pastilla de combustible sinterizada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que las caras extremas (6) son sustancialmente simétricas con respecto a un plano (P) sustancialmente perpendicular al eje central (A) y que atraviesa la pared periférica (4) sustancialmente por la mitad.

8. Pastilla de combustible sinterizada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el radio entre la longitud (H) de la pared periférica (4) y el diámetro (D) de dicha pared periférica (4) está sustancialmente comprendida entre 0, 4 y 2.

9. Pastilla de combustible sinterizada (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en la que cada cara extrema (6) comprende por lo menos un primer chaflán (12) que se extiende desde la pared periférica (4) hacia el eje central (A) con una primera pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central (A) y un segundo chaflán (14) que se extiende desde el primer chaflán (12) hacia el eje central (A) con una segunda pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central (A) , siendo la primera pendiente diferente de la segunda pendiente.

10. Pastilla de combustible compactada para una barra de combustible de un reactor nuclear de agua (8) destinada a ser sinterizada para obtener una pastilla de combustible sinterizada (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende una pared periférica (4) que se extiende a lo largo de un eje central (A) y dos caras extremas (6) , comprendiendo por lo menos una de las caras extremas (6) por lo menos un primer chaflán (12) que se extiende desde la pared periférica (4) hacia el eje central (A) con una primera pendiente distinta de cero con respecto a un 50 plano perpendicular al eje central (A) y un segundo chaflán (14) que se extiende desde el primer chaflán (12) hacia el eje central (A) con una segunda pendiente distinta de cero con respecto a un plano perpendicular al eje central (A) , siendo la primera y segunda pendientes del mismo signo y estando dirigidas hacia el exterior de la pastilla de combustible, siendo la primera pendiente diferente de la segunda pendiente, comprendiendo la cara extrema asimismo un rebaje en forma de disco (16) que se extiende desde el segundo chaflán (14) y alrededor del eje central

(A) .

11. Pastilla de combustible compactada según la reivindicación 10, en la que la primera pendiente está sustancialmente comprendida entre 7º y 40º .

12. Pastilla de combustible compactada según la reivindicación 10 u 11, en la que la segunda pendiente está sustancialmente comprendida entre 0, 2º y 10º .

13. Pastilla de combustible compactada según la reivindicación 12, en la que la segunda pendiente está

sustancialmente comprendida entre 0, 4º y 9º . 65

14. Barra de combustible (8) para un conjunto de combustible nuclear (10) , que comprende una vaina del combustible nuclear (7) y una pila de pastillas de combustible sinterizadas (1) en la vaina del combustible nuclear (7) , siendo por lo menos una de las pastillas de combustible sinterizadas (1) una pastilla según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

15. Conjunto de combustible nuclear (10) que comprende un esqueleto (11) y un haz (9) de barras de combustible (8) , en el que por lo menos una de las barras de combustible (8) es una barra de combustible según la reivindicación

14.