Kovový prút jadrového paliva obsahujúci opláštenie z priadze alebo vlákna vyrobeného z karbidu kremíka

Číslo patentu: E 18032

Dátum: 04.10.2011

Autor: Mazaudier Fabrice

Je ešte 15 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Oblasťou vynálezu sú reaktory pracujúce na báze rýchlych neutrónov, takzvané reaktory štvrtej generácie, určené na prevádzku s palivom na báze uránu a plutónia a skúmané 2 hľadiska požiadaviek na výkony a bezpečnosť s cieľom získať odpoveď na stúpajúci celosvetový dopyt energie v kontexte globálneho klimatického otepľovania.0002 Navrhnutých bolo viac koncepcii reaktorov s rôznym technologickým riešením systémov palivo/obal/chladenie.0003 Koncept SFR (Sodium-cooled Fast Reaktor) chladený tekutým sodíkom (prevádzková chladiaca teplota typicky 500 °C) je na medzinárodnej úrovni predmetom konsenzu. Pri jadrovom palive sa predpokladajú dve voľby oxidové palivo (U,PU)O 2 alebo alternatívne kovové palivo, napríklad UPuZr (napríklad U-20 Pu(20 Pu)-1 OZr (10 Zr). Predpokladáme jednako jadrá SFR/oxid veľkého výkonu a alternatívne jadrá SFR/kov malého alebo stredného výkonu, ktorý odpovedá miestnym a okrajovým energetickým. požiadavkám. Pre ne sú napríklad navrhnuté bateriové reaktory bez výmeny paliva počas životnosti reaktora(lifetime fuelling) s posilnenými požiadavkami vnútornej bezpečnosti paliva.0004 Na rozdiel od aktuálnych konceptov jadrových reaktorov na výrobu elektrickej energie (tlakovou alebo vriacou vodou s oxidovým palivom), v ktorých je spaľovací článok zhotovený z kovového obalu zo zliatiny na báze zirkónu (zircaloy), kovové opláštenie článkov pre reaktory chladené sodíkom je zhotovené na nehrdzavejúcej báze Fe-Cr alebo Fe-Cr-Ni pre viac alebo Inenej sofistikované alebo zlepšené austenitické alebo feritomartenzitické zliatiny, (príklady akosti EMl 0, T 91, HT 9, D 9,ODS alebo jednoduchšie 316 L).0005 Kovové palivo má zvláštne vlastnosti predstavujúcenajmenej tri technologické problémyrozpínanie účinkom neutrónového toku V reaktore, ktoré vytvára silnú a poškodzujúcu interakciu s obalom (s ktorou sa tiež stretávame medzi oxidovými palivami (interakcia peleta obal (alebo anglicky Fuel (Or Pellet) Cladding Interaction) a s obalmi zo zirkónu v súčasných reaktoroch s pretlakovanou vodou, čo je klasický a pretrvávajúci problém). V kovových formách paliva sa dnes zdá, že rozpínanie by mohlo byť zvládnuté odolnejším obalom s ad hoc dezénom kovového paliva a voľbou nižšej hustoty kovovej zliatiny aktinidov tak, aby plynové produkty štiepenia mohli masívne unikať do pléna(voľný priestor ponechaný v tyči), zatiaľ čo generovaná a pôvodná pórovitosť umožní deformáciu upraviťjeho malá teplota tavenia (rádovo 1000 °C) ho robí a priori menej odolným pri výchylkách reaktivity a všeobecne teploty existencia eutektík (tvorba zmesi látok pri interakcii medzi dvoma druhmi alebo prvkami) medzi Fe, ktoré je prvkom tvoriacim obal a U a Pu spaľovacieho materiálu s veľmi nízkymi bodmi tavenia (725 OC pre eutektikum U-Fe Journal and Alloys and Compounds 271-273 (1998) strany 636-640, 420 °C pre eutektikum Pu-Fe Journal of Nuclear Materials 383,zv. 1-2 (2008), strany 112-118 rádovo 600 °C, keď U a Pu sú zlúčené so Zr alebo podľa odlišnosti obalu), čo môže výrazne oslabiť vlastnosti prvej bariéry jej stenčením a ohroziť bezpečnosť. Toto eutektikum tiež limituje možné dosiahnuteľné prevádzkové teploty tým, že obmedzuje energetickú účinnosť,ktorá by teoreticky bola dosiahnuteľná podľa pravidiel termodynamiky a Carnotovho cyklu. V procese tvorby eutektika má Zr veľmi špecifickú úlohu, pretože umožňuje zvýšiť odolnosť proti taveniu a tým umožniť zväčšenie tolerancií. Bohužiaľ, pod neutrónovým tokom V reaktore Zr palivo migruje do stredu tyče, čo zároveň ochudobní o tento prvok jeho0006 Namiesto hélia na vyplnenie vôli a priestorov medzi palivom a obalom (He-bonding) je možné použiť sodík (Nabonding), ktorý výrazne zlepšuje termiku systému. To umožní obmedziť gradient teploty medzi stredom paliva a obalom a uvoľniť významné rozpätia bezpečnosti voči taveniu. Avšak bohužiaľ brzdí proces vysoľovania plynných produktov Štepenia a komplikuje správu ožiareného paliva z hľadiska opätovného spracovania. Na-bonding neodstraňuje nebezpečenstvo spojené s vytváraním eutektík.0007 Jedným z hlavných problémov použitia kovového paliva je teda tvorba tohto eutektika a všeobecnejšie jeho nízka tavná0008 Na prispenie k riešeniu tohto problému sú okrem plnenia trubice sodikom uvažované alebo použité tri hlavné technologické- modifikácia zloženia zliatiny kovového paliva- voľba neoxidovateľných druhov predstavujúcich kompromis medzi mechanickou odolnosťou, chovaním pod iradiáciou a zvyšovaním teploty eutektika- použitie kovových vložiek, ktoré sú predmetom mnohýchpatentov, z ktorých niektoré sú okomentované ďalej.0009 Existuje mnoho patentov týkajúcich sa kompozitných obalov jadrového paliva, ktoré majú najčastejšie vnútornú kovovú vložku, predovšetkým zo Zr s funkciou bariéry prestupu, ale tiež niekedy špecifickú úlohu týkajúcu sa termiky, odolnosti voči vnútornej korózii alebo ako nosiče neutrónových jedov. Až na niekoľko výnimiek sú tieto patenty orientované skôr na použitie pre oxidové palivo a reaktory na výrobu elektrickej energie a fungujúcich s tlakovou vodou ako chladením. Pokiaľ ide o kovové palivo, najmä o použitie V rýchlych reaktoroch chladených sodikom, opisuje patent EP 0595571 B 1 (1997) použitiekoaxiálneho kompozitného obalu nehrdzavejúca zliatina(vonkajšia)/zliatina zirkónu (vnútorná) s vnútorným elipsovitým obalom, aby sa optimalizovala termika a minimalizoval sa prípadný priamy kontakt medzi zliatinou kovového paliva a nehrdzavejúcim obalom. Na optimalizáciu termiky môžu byť priestory vytvorené V koaxiálnom kompozitnom obale oddelene vyplnené He a Na. Ide 0 patent vylepšujúci patent US 4971753 z roku 1990 (EP A-0409405), V ktorom je usporiadanie kompozitného koaxiálneho obalu s vložkou Zr už navrhnuté. Tieto dva patenty sú explicitne zamerané na použitie kovových paliv. 0010 Tieto patenty odkazujú na patent US 4894203 (1990), kde je vložka upravená, aby sa zlepšila odolnosť voči vnútornej korózii. Patent US 5227 l 29 (1993) navrhuje jednako použitie nitridu zirkónu ako vložky a jednako fyzický spôsob jeho použitia. Patent US 5412701 (1995) navrhuje možnosť použitia alkalických kremičitanov na báze zirkónu ako nosičov pre neutrónové jedy.0011 Patent US 5301218 opisuje zvláštne technológie vložky vo forme kovového listu (niekoľko listov na spôsob rolky papiera) zrolovaného a obaleného okolo valcovitého paliva a zvareného z vonkajška špeciálnou technikou (Tack welding of an inner rolled metal fuel) a uložené vnútri obalu. Zrolované listy sa môžu účinkom tlaku alebo mechanickej záťaže spôsobenej0012 Väčšina týchto patentov priamo odkazuje (v zmysle zlepšenia) na dva patenty z roku 1966, navrhujúce technologické princípy kompozitného koaxiálneho obalu zahrňujúceho bariéru kovového prestupu. Patent US 3230150 (1966) pre jadrové palivo U 02 predstavuje obal tvorený vnútornou vložkou (trubicou) z Cu a vonkajšou časťou z nehrdzavejúcej ocele, ktoré sú navlečené jedna na druhú (multitupular cladding). A konečne patent US 3291700 pre kovové palivo typu U alebo jeho zliatiny,predovšetkým UAl×, opisuje spôsob obmedzenia. alebo odstránenia interakcií s kovovým obalom, zvlášť s Al. Predložená Atechnikaspočíva v tom, že okolo paliva, nech je jeho fyzický tvar (doska

MPK / Značky

MPK: G21C 3/60, G21C 3/07

Značky: vlákna, opláštenie, priadze, obsahujúci, karbidu, jadrového, kremíka, paliva, kovový, prút, vyrobeného

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/23-e18032-kovovy-prut-jadroveho-paliva-obsahujuci-oplastenie-z-priadze-alebo-vlakna-vyrobeneho-z-karbidu-kremika.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Kovový prút jadrového paliva obsahujúci opláštenie z priadze alebo vlákna vyrobeného z karbidu kremíka</a>

Podobne patenty