Procedimiento de concepción de un ensamblaje de combustible optimizado en función de los esfuerzos de utilización en un reactor nuclear de agua ligera.

Procedimiento de concepción de un ensamblaje de combustible para reactor nuclear de agua ligera que comprende unos componentes de estructura en aleación de circonio, caracterizado por que:

- se calculan los esfuerzos uniaxiales medios de tracción o de compresión a los que estarán sometidos dichos componentes durante la vida del ensamblaje,

- y se eligen las aleaciones de circonio en las que estarán realizados dichos componentes según el criterio siguiente:

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal σ comprendido entre -10 y -20 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn ≥

(-0,025·σ - 0,25)% y Sn ≥ -0,05·σ%

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal σ comprendido entre 0 y -10 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn ≥ trazas y Sn ≥ (0,05·σ + 1)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal σ comprendido entre 0 y +10 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn ≥ 0,05·σ% y Sn ≥ (0,07·σ + 1)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal σ comprendido entre +10 y +20 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre 0,50% y 1,70%.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2007/002018.

Solicitante: AREVA NP.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: TOUR AREVA 1 PLACE DE LA COUPOLE 92400 COURBEVOIE FRANCIA.

Inventor/es: REBEYROLLE, VERONIQUE, BARBERIS, PIERRE, VERMOYAL,JEAN-JÉRÔME.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR > REACTORES NUCLEARES (reactores de fusión, reactores... > Elementos combustibles para reactor o sus conjuntos;... > G21C3/07 (caracterizados por el material, p. ej. aleaciones)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > C22C16/00 (Aleaciones basadas en circonio)

PDF original: ES-2524616_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de concepción de un ensamblaje de combustible optimizado en función de los esfuerzos de utilización en un reactor nuclear de agua ligera.

La invención se refiere a la concepción de los ensamblajes de combustible para reactores nucleares de agua ligera.

En un núcleo de reactor nuclear de agua en ebullición (REB) o de agua a presión (REP), los componentes realizados en aleación de circonio de los ensamblajes de combustible están sometidos a severas solicitaciones que provocan su deformación. Los principales componentes implicados son las rejillas de mezcla, los tubos-guías, las fundas que contienen las pastillas de combustible y las cajas.

La deformación de los componentes de estructura del ensamblaje puede provocar numerosos problemas de explotación. Por ejemplo, en funcionamiento, la deformación de conjunto del ensamblaje, provocada esencialmente por la de los tubos-guías o de la caja, puede obstaculizar la maniobra de los grupos de mando que permiten el pilotaje del reactor. O también, durante las operaciones de carga y de descarga del núcleo del reactor, las deformaciones de los componentes tales como las rejillas o la caja aumentan los rozamientos y los riesgos de enganche. Esto obliga a menudo a la empresa explotadora a reducir las velocidades de manutención, incrementando así la duración de indisponibilidad del reactor. Asimismo, más allá de un cierto umbral, la deformación de los componentes ya no les permite asegurar su función con total seguridad, y puede llevar a la empresa explotadora a descargar prematuramente el ensamblaje de combustible en cuestión.

Las solicitaciones a las que están sometidos estos componentes son esencialmente:

- la temperatura,

- los esfuerzos mecánicos que son susceptibles de provocar la fluencia de los componentes;

- la corrosión por el agua que circula en el reactor;

- la hidruración;

- la irradiación por el flujo neutrónico, que provoca unos fenómenos de agrandamiento (crecimiento libre) y acentúa la corrosión.

La elección de los materiales utilizados para realizar los componentes de estructura del ensamblaje y de su dimensionamiento deben tener en cuenta todas estas solicitaciones. Se han desarrollado con este fin diferentes clases de aleaciones de circonio, pero la elección de un material sigue siendo empírica, conduciendo a menudo a utilizar una misma aleación para componentes diferentes tales como las rejillas de mezcla y los tubos-guías (REP) o las cajas (REB) incluso aunque éstos no están sometidos a las mismas solicitaciones.

El objetivo de la invención es proponer un procedimiento que permita optimizar la elección de los materiales utilizados para realizar los diferentes componentes de estructura del ensamblaje de combustible en función de las condiciones específicas de funcionamiento del reactor o de la familia de reactores considerados con el fin de minimizar la deformación total de los componentes. Se trata por lo tanto de definir la composición química de las aleaciones de Zr utilizadas para realizar los diferentes componentes de estructura del ensamblaje de combustible que permitirán conseguir las prestaciones esperadas por la empresa explotadora, en términos de maniobrabilidad, de facilidad de explotación, de vida útil, etc. Por ejemplo, a partir del documento EP 82 264 se conocen unas aleaciones a base de Zr para componentes de un ensamblaje de combustible.

Con este fin, la invención tiene por objeto un procedimiento de concepción de un ensamblaje de combustible para reactor nuclear de agua ligera que comprende unos componentes de estructura realizados en aleación de circonio, caracterizado por que:

- se calculan los esfuerzos uniaxiales medios de tracción o de compresión a los que estarán sometidos dichos componentes durante la vida del ensamblaje;

- y se eligen las aleaciones de circonio en las que estarán realizados dichos componentes según el criterio siguiente:

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre -1 y -2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = (-,25 a - ,25)% y Sn = -,5 a%

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre y -1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo

contenido en Sn esté comprendido entre Sn = trazas y Sn = (,5 o + 1)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre ,5 o% y Sn = (,7 o + 1)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre +1 y +2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre ,5% y 1,7%.

Preferentemente:

- por lo menos algunos de dichos componentes sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = ,5 o% y Sn = (,25 o + 1)%;

- por lo menos algunos de dichos componentes sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre +1 y +2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos deferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre ,5% y 1,25%.

Preferentemente, dichas aleaciones de circonio en las que estarán realizados dichos componentes se seleccionan

según los criterios siguientes:

- para los componentes que se encuentran en el estado completamente recristalizado, o recristalizado en más del 5%:

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre -1 y -2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = (-,25 o - ,25)% y Sn = (-,5 o - ,25)%

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre y -1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = trazas y Sn = (-,25 o - ,5)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = ,5 o% y Sn = (-,12 o - ,5)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre +1 y +2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre ,5% y 1,7%

- para los componentes que se encuentran en el estado expandido o recristalizado en menos del 5%:

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre -1 y -2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = (-,5 o - ,5)% y Sn = -,5 o%

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre y -1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = trazas y Sn = (,5 o + 1)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de concepción de un ensamblaje de combustible para reactor nuclear de agua ligera que comprende unos componentes de estructura en aleación de circonio, caracterizado por que:

- se calculan los esfuerzos uniaxiales medios de tracción o de compresión a los que estarán sometidos dichos componentes durante la vida del ensamblaje,

- y se eligen las aleaciones de circonio en las que estarán realizados dichos componentes según el criterio siguiente:

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre -1 y -2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = (-,25 o - ,25)% y Sn = -,5 o%

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre y -1 MPa estarán

realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo

contenido en Sn esté comprendido entre Sn = trazas y Sn = (,5 o + 1)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = ,5 o% y Sn = (,7 o + 1)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre +1 y +2 MPa estarán

realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo

contenido en Sn esté comprendido entre ,5% y 1,7%.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que:

- por lo menos algunos de dichos componentes sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = ,5 o% y Sn = (,25 o + 1)%;

por lo menos algunos de dichos componentes sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre +1 y +2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos deferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre ,5% y 1,25%.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que dichas aleaciones de circonio en las que estarán realizados dichos componentes siguen los criterios siguientes:

para los componentes que se encuentran en el estado completamente recristalizado, o recristalizado en más del 5%:

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre -1 y -2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = (-,25 a - ,25)% y Sn = (-,5 a - ,25)%

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre y -1 MPa estarán

realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo

contenido en Sn esté comprendido entre Sn = trazas y Sn = (-,25 a - ,5)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = ,5 a% y Sn = (,12 a + ,5)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre +1 y +2 MPa estarán

realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo

contenido en Sn esté comprendido entre ,5% y 1,7%.

- para los componentes que se encuentran en el estado expandido o recristalizado en menos del 5%:

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre -1 y -2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = (-,5 a - ,5)% y Sn = -,5 a%

* los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre y -1 MPa estarán

realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = trazas y Sn = (,5 a + 1)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = ,75 a% y Sn = (,7 a + 1)%

* los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre 1 y 2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre ,75% y 1,7%.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que:

- para los componentes que se encuentran en el estado completamente recristalizado o recristalizado en más

del 5%:

* por lo menos algunos de dichos componentes sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = ,5 a% y Sn = (,75 a + ,5)%;

* por lo menos algunos de dichos componentes sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal a comprendido entre +1 y +2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos deferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre ,5% y 1,25%.

- para los componentes que se encuentran en el estado expandido o recristalizado en menos del 5%:

* por lo menos algunos de dichos componentes sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal a comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre Sn = ,75 a% y Sn = (,25-a+ 1)%;

* por lo menos algunos de dichos componentes sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre +1 y +2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos deferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn esté comprendido entre ,75% y 1,25%.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que:

- para los componentes que se encuentran en el estado completamente recristalizado o recristalizado en más

del 5%:

* por lo menos algunos de los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal a comprendido entre -1 y -2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn sea igual a Sn = (-,5-a - ,5)% o se aparte del valor así calculado en ± 2% de éste,

* por lo menos algunos de los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal a comprendido entre y -1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn sea ,15%;

* por lo menos algunos de los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal a comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn sea igual a ,1 o% o se aparte del valor así calculado en ±2% de

éste;

* por lo menos algunos de los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal a comprendido entre + 1 y +2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn sea Igual a 1% ± ,2%

- para los componentes que se encuentran en el estado expandido o recristallzado en menos del 5%:

* por lo menos algunos de los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal a comprendido entre -1 y -2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn sea igual a Sn = (-,5-o - ,25)% o se aparte del valor así calculado en ±2% de éste;

* por lo menos algunos de los sometidos a un esfuerzo de compresión axial o transversal o comprendido entre y -1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn sea igual a - ,25 o% o se aparte del valor así calculado en ±2% de éste;

* por lo menos algunos de los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre y +1 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5%, y cuyo contenido en Sn sea igual a Sn = ,1 cr% o se aparte del valor así calculado en ±2% de éste;

* por lo menos algunos de los sometidos a un esfuerzo de tracción axial o transversal o comprendido entre + 1 y +2 MPa estarán realizados en una aleación cuyo contenido en elementos diferentes de Zr no sobrepase 5% y cuyo contenido en Sn sea igual a 1% ± ,2%;

- cuando dichos valores calculados del contenido en Sn son inferiores a ,1%, se toma ,15 como límite superior del contenido en Sn.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que por lo menos algunos de dichos componentes tienen un contenido total en elementos diferentes de Zr que no sobrepasa 3,5%.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que por lo menos algunos de dichos componentes tienen un contenido en Nb de ,5 a 3%.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que por lo menos algunos de dichos componentes tienen un contenido en Nb de ,5 a 3% y contienen asimismo Fe y/o Cr y/o Cu y/o V y/o Ni, siendo Fe+Cr+Ni+Cu+V = ,3 a ,5%.