Conjunto de haces de combustible con riesgo reducido de daños.

Un haz (14A) de combustible para un núcleo (10) de reactor nuclear,

comprendiendo dicho haz de combustible: una pluralidad de varillas que incluyen al menos una de varillas (18) de combustible y de varillas (20) de producción de isótopos, incluyendo cada varilla una pluralidad de segmentos interconectados (40) de varilla; una pluralidad de rejillas espaciadoras (34) de varillas retenidas firmemente entre segmentos interconectados axialmente adyacentes (40) de varilla para formar una matriz de varillas separadas de manera sustancialmente uniforme; y un canal tubular alargado en el que están alojadas las varillas agrupadas; comprendiendo cada segmento (40) de varilla un cuerpo central (54) que tiene una cavidad intervalo respectiva (66), en el que cada segmento (40) de varilla comprende, además, una primera porción maciza (58) de extremo y una segunda porción parcialmente maciza (62) de extremo, siendo acoplables las porciones primera y segunda de extremo para interconectar los segmentos axialmente adyacentes (40) de varilla, de forma que se retenga de forma fija una rejilla respectiva de las rejillas espaciadoras (34) entre los mismos, comprendiendo la primera porción (58) de extremo un conector macho (70) y comprendiendo la segunda porción (62) de extremo un receptáculo hembra (74) e incluyendo la rejilla espaciadora (34) una pluralidad de discos anulares interconectados (82), incluyendo cada disco anular (82) una abertura dimensionada para recibir el conector macho (70), de forma que cada disco anular respectivo (82) pueda ser retenido firmemente entre segmentos interconectados axialmente adyacentes (40) de varilla

caracterizado porque al menos dos de los segmentos (40) de varilla de al menos una varilla tienen distintos diámetros externos y porque cada disco anular interconectado (82) está estructurado para tener un diámetro externo que sea sustancialmente igual al diámetro externo, o inferior al mismo, del segmento respectivo (40) de varilla interconectado por debajo de cada disco anular respectivo (82), con respecto a la orientación en el interior del núcleo (10) del reactor nuclear.

Conjunto de haces de combustible con riesgo reducido de daños Campo Las presentes enseñanzas versan acerca de conjuntos de haces de combustible para un reactor nuclear.

Antecedentes Los reactores nucleares, tales como los reactores nucleares de agua en ebullición, incluyen, en general, un núcleo de reactor nuclear que consiste en muchos haces de combustible a través de los cuales, y en torno a los cuales, fluye un líquido moderador o refrigerante, por ejemplo, agua líquida. Las reacciones nucleares dentro de los haces de combustible generan calor utilizado para convertir el refrigerante en vapor según pasa el refrigerante a través del núcleo. Entonces, se utiliza el vapor para generar energía eléctrica. Normalmente, cada uno de los haces de combustible incluye una pluralidad de varillas selladas y rectas verticalmente de combustible alojadas en el interior de un canal tubular alargado. Dentro del canal, las varillas de combustible de cada haz de combustible están mantenidas en una configuración separada por medio de dos o más rejillas espaciadoras que comprenden una pluralidad de espaciadores interconectados que forman una pluralidad de filas y de columnas de celdas abiertas. Cada celda tiene una varilla respectiva de las varillas, por otra parte, largas y flexibles de combustible que se extiende a través de la misma y sirve para evitar que las varillas de combustible hagan contacto abrasivo entre sí bajo la dinámica del flujo de refrigerante en el interior del reactor nuclear. Además, los espaciadores mantienen la separación diseñada entre varillas de combustible para un rendimiento nuclear óptimo y fomentar una mezcla del moderador. En el documento US2007/0133734 se da a conocer un conjunto típico de varillas de combustible.

En general, las varillas de combustible son una estructura monolítica que tiene una longitud sustancialmente igual a la longitud total del haz respectivo. Además, cada una de las varillas de combustible incluye, normalmente, un taladro axial interno que se extiende aproximadamente toda la longitud de las varillas respectivas. Se deposita combustible nuclear, por ejemplo, uranio 235, en el interior del taladro interno para generar la reacción nuclear. En consecuencia, el nivel de enriquecimiento del combustible dentro de cada una de tales varillas de combustible es generalmente constante en toda la longitud de las varillas.

Se conocen conjuntos de varillas de combustible que comprenden varillas de combustible con diámetros idénticos o distintos por los documentos US 3 147 191 A y US 6 347 130 B1, respectivamente.

El documento US 3 218 237 A da a conocer un conjunto de varillas de combustible que comprende varillas de combustible segmentadas que están interconectadas por medio de una rejilla de tipo araña.

Además, la mayoría de espaciadores conocidos tiene diseños muy complejos que pueden obstruir el flujo de refrigerante a través del haz respectivo y a menudo atrapan residuos que fluyen a través del haz. Tales residuos atrapados pueden vibrar, dar sacudidas o agitarse contra las varillas de combustible debido al flujo de refrigerante y dañar las varillas de combustible, provocando una exposición potencial del combustible al agua en el reactor.

Sumario Según la presente invención se proporciona un haz de combustible para un núcleo de un reactor nuclear, comprendiendo dicho haz de combustible: una pluralidad de varillas que incluyen al menos una de varillas de combustible y de varillas de producción de isótopos, incluyendo cada varilla una pluralidad de segmentos interconectados de varilla, teniendo al menos dos de los segmentos de varilla de al menos una varilla distintos diámetros externos; una pluralidad de rejillas separadoras de varillas retenidas firmemente entre segmentos de varilla interconectados adyacentes axialmente para formar una matriz de varillas separadas de forma sustancialmente uniforme; y un canal tubular alargado en el que están alojadas las varillas agrupadas; comprendiendo cada segmento de varilla un cuerpo central que tiene una cavidad interna, en la que cada segmento de varilla comprende, además, una primera porción extrema maciza y una segunda porción extrema parcialmente maciza, siendo acoplables las porciones extremas primera y segunda para interconectar los segmentos adyacentes axialmente de varilla, de forma que se retenga de forma fija una rejilla respectiva de las rejillas espaciadoras entre las mismas, comprendiendo la primera porción extrema un conector macho y comprendiendo la segunda porción extrema un receptáculo hembra e incluyendo la rejilla espaciadora una pluralidad de discos anulares interconectados, incluyendo cada disco anular una abertura dimensionada para recibir el conector macho, de forma que cada disco anular respectivo pueda ser retenido firmemente entre segmentos interconectados adyacentes axialmente de varilla, estando estructurado cada disco anular interconectado para tener un diámetro externo que sea sustancialmente idéntico al diámetro externo, o menor que el mismo, del segmento respectivo de varilla interconectado por debajo de cada disco anular respectivo, con respecto a la orientación en el interior del núcleo del reactor nuclear.

Serán evidentes áreas adicionales de aplicabilidad de las presentes enseñanzas a partir de la descripción proporcionada en el presente documento. Se debe comprender que la descripción y los ejemplos específicos son concebidos únicamente con fines ilustrativos y no se pretende que limiten el ámbito de las presentes enseñanzas.

Dibujos Sigue una descripción detallada de realizaciones de la invención únicamente a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

Los dibujos descritos en el presente documento son únicamente para fines ilustrativos y no se pretende que limiten el ámbito de las presentes enseñanzas de ninguna forma.

La Figura 1 es una vista en corte transversal en perspectiva de una porción de un núcleo de reactor nuclear que ilustra una pluralidad de conjuntos de haces de combustible que incluyen varillas de combustible, varillas diana de producción de isótopos, placas de anclaje, rejillas espaciadoras y canales, según diversas realizaciones de la presente divulgación; la Figura 2 es una vista en corte transversal parcialmente despiezada de un conjunto ejemplar de haces de combustible incluido en la porción de un núcleo de reactor nuclear mostrado en la Figura 1, según diversas realizaciones de la presente divulgación; la Figura 3 ilustra diversas varillas de combustible y/o diana de producción de isótopos de múltiples segmentos que pueden estar incluidas en el conjunto de haces de combustible mostrado en la Figura 2, según diversas realizaciones de la presente divulgación; la Figura 4 es una ilustración ejemplar de un segmento de varilla de combustible y/o diana de producción de isótopos incluido en las varillas de combustible y/o diana de producción de isótopos de múltiples segmentos mostrados en la Figura 3, según diversas realizaciones de la presente divulgación; la Figura 5 es una ilustración ejemplar de una varilla de combustible y/o de producción de isótopos de múltiples segmentos mostrada en la Figura 3, que incluye segmentos de varilla mostrados en la Figura 4 que tienen longitudes y diámetros axiales variables, según diversas realizaciones de la presente divulgación;

la Figura 6 es una vista isométrica de una porción del haz ejemplar de combustible mostrado en la Figura 2, que ilustra una rejilla espaciadora retenida de forma fija entre segmentos interconectados de varilla, según diversas realizaciones de la presente divulgación; y la Figura 7 es una vista lateral de una porción de la rejilla espaciadora retenida de forma fija entre segmentos interconectados de varilla mostrados en la Figura 6, según diversas realizaciones de la presente divulgación.

Descripción detallada La siguiente descripción de diversas realizaciones ejemplares es simplemente de naturaleza ejemplar y no se pretende de ninguna forma que limite la divulgación, su aplicación ni sus usos. Además, las ventajas proporcionadas por las diversas realizaciones, según se describen a continuación, son de naturaleza ejemplar y no todas las realizaciones proporcionan las mismas ventajas ni el mismo grado de ventaja.

Con referencia a la Figura 1, se proporciona una vista en corte en perspectiva de una porción ejemplar de un núcleo 10 de reactor nuclear de generación energética, por ejemplo, una porción de un núcleo de reactor nuclear de agua en ebullición. La porción ejemplar del núcleo 10 de reactor nuclear de generación energética incluye cuatro conjuntos 14a, 14B, 14C y 14D de haces de combustible a través de los cuales, y en torno a los cuales, fluye un moderador o refrigerante... [Seguir leyendo]

1. Un haz (14A) de combustible para un núcleo (10) de reactor nuclear, comprendiendo dicho haz de combustible: una pluralidad de varillas que incluyen al menos una de varillas (18) de combustible y de varillas (20) de producción de isótopos, incluyendo cada varilla una pluralidad de segmentos interconectados (40) de varilla;

una pluralidad de rejillas espaciadoras (34) de varillas retenidas firmemente entre segmentos interconectados axialmente adyacentes (40) de varilla para formar una matriz de varillas separadas de manera sustancialmente uniforme; y un canal tubular alargado en el que están alojadas las varillas agrupadas; comprendiendo cada segmento (40) de varilla un cuerpo central (54) que tiene una cavidad intervalo respectiva (66) , en el que cada segmento (40) de varilla comprende, además, una primera porción maciza (58) de extremo y una segunda porción parcialmente maciza (62) de extremo, siendo acoplables las porciones primera y segunda de extremo para interconectar los segmentos axialmente adyacentes (40) de varilla, de forma que se retenga de forma fija una rejilla respectiva de las rejillas espaciadoras (34) entre los mismos, comprendiendo la primera porción (58) de extremo un conector macho (70) y comprendiendo la segunda porción (62) de extremo un receptáculo hembra (74) e incluyendo la rejilla espaciadora (34) una pluralidad de discos anulares interconectados (82) ,

incluyendo cada disco anular (82) una abertura dimensionada para recibir el conector macho (70) , de forma que cada disco anular respectivo (82) pueda ser retenido firmemente entre segmentos interconectados axialmente adyacentes (40) de varilla caracterizado porque al menos dos de los segmentos (40) de varilla de al menos una varilla tienen distintos diámetros externos y porque cada disco anular interconectado (82) está estructurado para tener un diámetro externo que sea sustancialmente igual al diámetro externo, o inferior al mismo, del segmento respectivo (40) de varilla interconectado por debajo de cada disco anular respectivo (82) , con respecto a la orientación en el interior del núcleo (10) del reactor nuclear.

2. El haz de combustible de la Reivindicación 1, en el que cada segmento (40) de varilla incluye una cavidad interna (66) para retener uno de combustible nuclear y una pluralidad de dianas de producción de isótopos, de forma que cada segmento (40) de varilla tenga un valor respectivo de enriquecimiento y al menos dos de los segmentos (40) de varilla de al menos una varilla tengan distintos valores de enriquecimiento.

3. El haz de combustible de la Reivindicación 1 o 2, en el que cada segmento (40) de varilla tiene una longitud axial respectiva (2) y al menos dos de los segmentos (40) de varilla de al menos una varilla tienen distintas longitudes axiales.

4. El haz de combustible de la Reivindicación 1, 2 o 3, en el que las porciones primera y segunda (58, 62) de extremo están fabricadas de un material de baja sección eficaz nuclear.

5. El haz de combustible de cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 4, en el que la primera porción maciza de extremo y la segunda porción parcialmente maciza (58, 62) de extremo son acoplables, de forma que cada interconexión de segmentos axialmente adyacentes (40) de varilla comprende:

una primera sección de material macizo (62) adyacente a un primer lado de la rejilla espaciadora respectiva (34) , teniendo la primera sección de material macizo (62) una longitud axial suficiente para evitar la rotura de la cavidad interna (66) del cuerpo central respectivo (54) debido a daño por erosión debido a residuos atrapados y la interconexión de los segmentos axialmente adyacentes respectivos (40) de varilla; y una segunda sección de material macizo (72) adyacente a un segundo lado opuesto de la rejilla espaciadora respectiva (34) , teniendo la segunda sección de material macizo (72) una longitud axial suficiente para evitar la rotura de la cavidad interna (66) del cuerpo central respectivo (54) debido a un daño por erosión debido a residuos atrapados y la interconexión de los segmentos axialmente adyacentes respectivos (40) de varilla.

6. El haz de combustible de la Reivindicación 5, en el que, con respecto a la orientación en el interior del núcleo 45 (10) del reactor nuclear, la primera sección de material macizo (62) está ubicada por encima de la rejilla espaciadora respectiva (34) y tiene una longitud axial mayor que la longitud axial de la segunda sección de material macizo (72) ubicada por debajo de la rejilla espaciadora respectiva (34) .