ESTRATEGIAS DE CARGA Y OPERACIÓN DEL NÚCLEO DE UN REACTOR NUCLEAR.

Estrategias de carga y operación del un núcleo de reactor nuclear resumen de la divulgación.

Los núcleos incluyen diferentes tipos de células de control en diferentes números y posiciones. Una periferia del núcleo justo dentro del perímetro puede tener combustible de mayor reactividad en las células de control exteriores, y las células de reactividad más baja pueden ser colocadas en un núcleo interno dentro del anillo interior. Los núcleos pueden incluir la mitad de combustible fresco colocado en mayor proporción en el anillo interior y fuera de las células de control interiores. Los núcleos son compatibles con múltiples configuraciones de células de control del núcleo, incluyendo las BWR, ESBWR, ABWR, etc. Los núcleos pueden ser cargados durante las paradas convencionales. Los núcleos pueden ser operados con los elementos de control en sólo en las células de control del anillo interior para el ajuste de la reactividad. Los elementos de control en las células de control exteriores necesitan ser movidos solamente en los intercambios de secuencia. Cerca del final del ciclo, la reactividad en el núcleo puede ser controlada solo con las células de control interiores, y elementos de control en las células de control exteriores pueden ser totalmente retirados.

ESTRATEGIAS DE CARGA Y OPERACIÓN DEL NÚCLEO DE UN REACTOR NUCLEAR

Antecedentes La figura 1 es una ilustración de varios haces 10 de combustible nuclear relacionados con la técnica y los componentes del núcleo que se encuentran comúnmente en la tecnología de la energía nuclear existente. Como se muestra en la figura 1, uno o más haces de combustible 10 que contienen varias barras de combustible individuales pueden ser colocados dentro de un núcleo del reactor en las estrategias de colocación de combustible convencionales. Un canal 20 puede rodear las varillas de combustible en cada haz 10, proporcionando refrigerante dirigido y/o el flujo moderador dentro de los haces 10 y/o facilitar la manipulación de haces 10 como un único cuerpo rígido. Las barras de control o hojas de control cruciformes 60 pueden extenderse desde ubicaciones de conjunto de núcleo entre los haces para absorber neutrones y controlar la reactividad y, últimamente, el control de la reactividad

mediante un grado de inserción o extracción de entre los haces de combustible 10. El soporte de combustible 70 puede soportar y alinear los haces 10 en posiciones constantes dentro del núcleo.

La figura 2 es un mapa de cuadrante de un núcleo de reactor de agua en ebullición (BWR)

de la técnica relacionada, que ilustra ubicaciones de haces de combustible dentro de un cuarto del núcleo. Los núcleos de reactores típicamente son convenientemente simétricos alrededor de al menos dos ejes perpendiculares, de tal manera que un mapa de cuadrante de la figura 2 transmite la composición de la totalidad del núcleo. Como se muestra en la figura 2, ubicaciones de haces individuales están ocupadas por haces de combustible fresco (que se muestran con relleno diagonal o líneas cruzadas) o quemados (mostrado sin relleno) en el inicio de un ciclo de combustible, antes del comienzo de las operaciones de potencia en el núcleo. Los haces frescos son haces que no han sido previamente expuestos al flujo de neutrones durante las operaciones de potencia, es decir, nunca se han quemado, mientras que haces de combustible quemados han recibido dicha exposición, normalmente en uno o más ciclos de combustible con una duración de 1-2 años. Como tal, los haces de combustible quemados suelen tener exposición, o quemado, de varias GWd/ST.

Los haces de combustible fresco pueden tener diferentes enriquecimientos a partir de contenido de material fisible. Por ejemplo, en algunos diseños de BWR, los haces de 35 enriquecimiento exterior (se muestra en líneas cruzadas llenas) pueden incluir aproximadamente el 4, 3% de combustible de uranio 235, y los haces de enriquecimiento interior (se muestran en relleno en diagonal) pueden incluir aproximadamente el 4, 2% de combustible de uranio 235. Variables enriquecimientos, tales como los que se muestran en la figura 2, pueden permitir un perfil más plano de energía radial en el núcleo y/o lograr otros efectos operacionales. Además, en algunos diseños de BWR, los haces pueden también 5 poseer diferentes distribuciones y concentraciones de venenos consumibles/absorbentes de neutrones para suprimir la reactividad y optimizar las características operativas. Como se muestra en la figura 2, durante la puesta en marcha, los núcleos de combustible nuclear de técnicas relacionadas de inicio incluyen un anillo periférico exterior de haces de combustible obsoletos que rodean un anillo periférico interior de haces de combustible fresco de alto enriquecimiento. Una región central puede incluir 50% o más en haces frescos con el fin de maximizar el contenido de combustible fresco sobre una distribución uniforme, permitiendo ciclos de operación más largos con menor tiempo de fuera de servicio.

En los BWR de la técnica relacionada, hojas de control cruciformes 60 se extienden centralmente entre las agrupaciones de cuatro haces de combustible con el fin de absorber neutrones y controlar la reacción nuclear en cadena en el núcleo. Como se muestra en la figura 2, las agrupaciones de cuatro haces de combustible, entre las que se extienden las hojas de control, se identifican en contorno en negrita como haces controlados, o células de control. Los haces de dentro de los grupos de haces controlados tienen convencionalmente una cara más cercana a una hoja de control que se utiliza durante el ciclo de combustible; dichos haces se denominan haces controlados y sus posiciones como posiciones controladas en las células de control de cuatro haces. Diferentes hojas de control en diferentes células de control, por lo general cuatro o cinco por cuadrante, convencionalmente se insertan y se extraen alternativamente en secuencias de hojas de control diferentes y complejas con el fin de gestionar la reactividad y la distribución de energía y distribuir el uso de la hoja de control a través de varias hojas diferentes y haces de combustible fresco dentro del núcleo.

Como se muestra en la figura 2, con el fin de maximizar el número de haces de combustible fresco utilizado en un ciclo más largo a través de una distribución uniforme de núcleo, varios haces de combustible fresco pueden ser colocados en posiciones controladas adyacentes a las hojas de control operadas dentro de la porción interior del núcleo. Debido a la operación convencional de las hojas de control, todos los haces de combustible fresco en la porción del núcleo central pueden ser controlados -teniendo exposición directa a hojas de control

movidas activamente para controlar finamente la reactividad -a lo largo de un ciclo completo de combustible. El uso de haces de combustible fresco en lugares controlados provoca varios problemas, entre ellos la corrosión y curvatura del canal que se agrava en los ciclos posteriores, y una necesidad de realizar complejos y/o intercambios de secuencia de la hoja de control de baja potencia debido a este posicionamiento que empeora la economía de la planta. Algunos núcleos de combustible de la técnica relacionada han evitado este problema mediante el uso de una estrategia de carga de núcleo de célula de control, donde se colocan sólo haces de combustible quemados más cercanos a las hojas de control operadas, lo que da como resultado un menor número de haces frescos utilizados en la porción central del núcleo y ciclos de operación más cortos.

Sumario Realizaciones de ejemplo incluyen núcleos nucleares con al menos dos tipos de células de control que difieren en la reactividad total. Los diferentes tipos de células de control pueden ser colocados en los números y/o posiciones que mejoran el rendimiento del combustible y 15 del núcleo. Núcleos de ejemplo pueden incluir una región más externa con haces de combustible de reactividad más baja, una región periférica interior que recubre la región periférica exterior y que tiene haces de combustible de mayor reactividad y al menos porciones de células de control más externas, y un núcleo interior que recubre la región periférica interior y que tiene células de control interno sólo con haces de combustible de 20 menor reactividad. Los haces de reactividad más baja pueden ser quemados, y los haces de reactividad más alta pueden ser frescos, por ejemplo, las células de control exteriores pueden incluir dos haces de combustible fresco y las células de control interno puede incluir sólo haces de combustible quemado. Sin embargo, también se pueden conseguir diferencias de reactividad través de la variación del enriquecimiento de combustible, la 25 presencia veneno consumible, etc. En un ejemplo con un BWR convencional, la región periférica interior puede ser de tres haces de espesor, la mayoría de los cuales pueden ser haces de combustible de mayor reactividad, y la región periférica exterior puede ser de tres haces de espesor. En este caso, puede haber trece células de control internas. Ejemplos de realizaciones no se limitan a los BWR o ubicaciones específicas, pero son compatibles con cualquier tipo de configuración de núcleo de células de control, incluyendo las células de control formadas con varillas de control o hojas de control cruciforme que tienen cuatro haces de combustible situados en cada esquina de las hojas. Las diferentes geometrías del núcleo son fácilmente acomodadas con ejemplos de realizaciones, por ejemplo, en un ESBWR, la región del núcleo interior puede tener veinticinco células de control interno.

Los procedimientos de ejemplo incluyen la creación y/o la operación de núcleos nucleares con múltiples tipos de células de control. Por ejemplo, un núcleo puede ser cargado para formar un núcleo de ejemplo de realización. En los procedimientos de ejemplo, los elementos de control en sólo las células de control interno pueden ser movidos para controlar la reactividad del núcleo, salvo en intercambios de la secuencia después...

1. Un núcleo nuclear que comprende: un primer tipo de célula de control; y

una pluralidad de un segundo tipo de células de control, en el que, el primer tipo y el segundo tipo de células de control incluyen sólo haces de combustible expuestos directamente a los elementos de control de la reactividad amovibles, teniendo el primer tipo de célula de control una reactividad combinada mayor que una reactividad combinada del segundo tipo de célula de control, y

hay más segundo tipo de células de control que el primer tipo de células de control en el núcleo.

2. Núcleo nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada haz de combustible del

segundo tipo de célula de control está quemado, y en el que al menos un haz de 15 combustible del primer tipo de célula de control es fresco.

3. Núcleo nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además: una región periférica exterior que se extiende desde un borde del núcleo hacia un centro del núcleo;

una región periférica interior que se extiende desde la región periférica exterior hacia el centro y que incluye al menos un haz de combustible en el primer tipo de célula de control; y una región de núcleo interno que se extiende desde la región periférica interior hacia el centro y que incluye al menos uno del segundo tipo de célula de control.

4. Núcleo nuclear de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la región periférica interior es de tres haces de espesor e incluye una mayoría de los haces de combustible fresco.

5. Núcleo nuclear de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la región periférica exterior

es de tres haces de espesor, y en el que la región periférica interior incluye haces de 30 combustible con la mayor reactividad en el núcleo.

6. Núcleo nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los elementos de control de la reactividad móviles son hojas de control cruciformes, y en el que el primer tipo de célula de control y el segundo tipo de célula de control incluyen sólo cuatro haces de combustible situados en cada esquina de una de las hojas de control cruciformes.

7. Núcleo nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el núcleo es un núcleo de reactor de agua en ebullición, y en el que el núcleo incluye al menos trece de células de control del segundo tipo.

8. Núcleo nuclear de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el núcleo es un núcleo de reactor de agua en ebullición simplificado económico, y el núcleo incluye al menos veinticinco células de control del segundo tipo.

9. Núcleo nuclear de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la periferia interior incluye haces de combustible fresco que tienen un enriquecimiento de combustible mayor que el del al menos un haz de combustible de la célula de control del primer tipo.

10. Núcleo nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer tipo de célula de control incluye al menos dos haces de combustible fresco y el segundo tipo de célula de 15 control no incluye haces de combustible fresco.

11. un procedimiento de operación de un núcleo nuclear, comprendiendo el procedimiento: cargar una región periférica exterior que se extiende desde un borde del núcleo hacia un centro del núcleo con haces de combustible quemados;

cargar una región periférica interior que se extiende desde la región periférica exterior hacia el centro con al menos un haz de combustible en un primer tipo de célula de control; y cargar una región de núcleo interior que se extiende desde la región periférica interna hacia el centro con al menos un haz en un segundo tipo de célula de control, en el que, el primer tipo y el segundo tipo de células de control incluyen sólo haces de combustible posicionado directamente adyacente a los elementos de control de la reactividad amovibles, y el primer tipo de célula de control incluye al menos un haz de combustible que tiene una reactividad que es sustancialmente mayor que una reactividad de cada haz de combustible del segundo tipo de célula de control.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además: mover los elementos de control en sólo el segundo tipo de célula de control para controlar la reactividad en el núcleo para una pluralidad de días de operación.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además: extraer los elementos de control en el primer tipo de célula de control sólo después de aproximadamente 3 GWd/ST.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además:

extraer completamente los elementos de control en sólo el primer tipo de célula de control 5 durante el último cuarto del ciclo de operación.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la carga de la periferia interior crea el primer tipo de célula de control que incluye al menos dos haces de combustible fresco, y en el que la carga del núcleo interno crea el segundo tipo de célula de control que no incluye haces de combustible fresco.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la carga de la periferia interior incluye la carga de haces de combustible fresco en la periferia interior que tiene un enriquecimiento de combustible mayor que el del al menos un haz de combustible del primer

tipo de célula de control.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además: retirar aproximadamente la mitad de los haces de combustible en el núcleo antes de que las cargas.

18. Procedimiento de operación de un núcleo nuclear que tiene al menos dos tipos diferentes de células de control, con un primer tipo de célula de control que tiene una reactividad combinada mayor que una reactividad combinada del segundo tipo de célula de control, y con más células de control del segundo tipo que el primer tipo de las células de control, comprendiendo el procedimiento: mover los elementos de control en sólo el segundo tipo de célula de control para controlar la reactividad en el núcleo para una pluralidad de días de operación.

19. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además:

retirar los elementos de control en el primer tipo de célula de control sólo después de aproximadamente 3 GWd/ST.

20. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además:

retirar completamente los elementos de control en sólo el primer tipo de célula de control 35 durante el último cuarto del ciclo de operación.