CZ308689B6 - Jaderné palivo, palivová peleta obsahující toto jaderné palivo a palivová tyč obsahující tyto palivové pelety - Google Patents
Jaderné palivo, palivová peleta obsahující toto jaderné palivo a palivová tyč obsahující tyto palivové pelety Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308689B6 CZ308689B6 CZ2019800A CZ2019800A CZ308689B6 CZ 308689 B6 CZ308689 B6 CZ 308689B6 CZ 2019800 A CZ2019800 A CZ 2019800A CZ 2019800 A CZ2019800 A CZ 2019800A CZ 308689 B6 CZ308689 B6 CZ 308689B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- fuel
- uranium
- pellet
- nuclear
- pellets
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/44—Fluid or fluent reactor fuel
- G21C3/56—Gaseous compositions; Suspensions in a gaseous carrier
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/045—Pellets
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
- G21C3/60—Metallic fuel; Intermetallic dispersions
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
- G21C3/62—Ceramic fuel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Jaderné palivo obsahuje tellurid uraničitý UTe2 a germanid uraničitý UGe2, kde použitý uran má obsah izotopu uranu 235U maximálně 4,99 % hmotnostních, přičemž tellurid uraničitý UTe2 je o maximálním obohacení méně než 5 % hmotnostních a co do poměru s práškovým germanidem uraničitým UGe2 je v poměru 1:9. Dalšími řešeními je palivová peleta obsahující toto jaderné palivo a palivová tyč obsahující tyto palivové pelety
Description
Jaderné palivo pro tlakovodní a varné jaderné reaktory (s jistými úpravami i pro další typy lehkovodní grafitové, grafitové CO2 chlazené, těžkovodní, rychlé) se vyrábí z oxidu uraničitého UO2, který se spéká do formy keramických pelet. V těchto peletách probíhá v průběhu provozu reaktoru štěpná řetězová reakce, uvolňuje se teplo a produkují štěpné a aktivační produkty. Výsledkem těchto procesů je fakt, že v peletě o průměru necelého centimetru je teplotní gradient mezi středem a okrajem až 800 °C, v případě abnormálních či havarijních procesů ještě více. Pelety se skládají na sebe a vkládají se do pokrytí, tvořeného slitinami zirkonia (nebo oceli v případě grafitových CO2 chlazených nebo rychlých reaktorů). Takto vzniklá tyč je naplněna inertní atmosférou a nahoře a dole zavařena. Palivové tyče se potom dále skládají do souborů jaderného paliva.
Sintrovaný keramický oxid uraničitý má velmi malou tepelnou vodivost, která způsobuje vysoký radiální gradient teplot v peletách jaderného paliva lehko vodních jaderných reaktorů. V současnosti je stav techniky takový, že vysoký gradient je považován za přijatelný. Peleta však vlivem tohoto gradientu praská, drolí se a je méně odolná radiačnímu poškození. V případě poškození pokrytí paliva je pravděpodobné vymývání radionuklidů do primárního okruhu. V případě havarijních situací a náhlého navýšení teplot v palivu se centrální část paliva může dostat až k teplotě tavení UO2, i když okrajové části pelety jsou na bezpečně nízké teplotě. Dalším problémem je kumulované teplo, které je úměrné integrálu teplotního pole v palivové peletě. V případě ztráty chlazení dochází v prvních okamžicích k potřebě odvést toto teplo z paliva, což zhoršuje bilanci havarijní situace.
Podstata vynálezu
Cílem tohoto vynálezu je představit řešení, které výše uvedené nevýhody odstraňuje.
Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry jaderné palivo, jehož podstata spočívá vtom, že obsahuje tellurid uraničitý UTe2 a germanid uraničitý UGe2, kde použitý uran má obsah izotopu uranu 235U maximálně 4,99 % hmotnostních, přičemž tellurid uraničitý UTe2 je o maximálním obohacení méně než 5 % hmotnostních a v poměru s práškovým germanidem uraničitým UGe2 je v poměru 1:9.
Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry rovněž palivová peleta obsahující jaderné palivo podle shora uvedeného popisu.
Ve výhodném provedení je opatřena konektorem a vodičem umožňujícím monitorování elektrických veličin jaderného paliva během provozu.
V jiném výhodném provedení je o průměru maximálně 1,5 cm a výšce maximálně 2,5 cm.
V jiném výhodném provedení je horní a dolní okraj pelety čočkově vybrán směrem ven do výšky 1 mm.
Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry rovněž palivová tyč obsahující palivové pelety podle uvedeného popisu.
Ve výhodném provedení je na první palivové peletě shora a první palivové peletě zdola umístěný elektricky připevněný vodič, který prochází pokrytím a umožňuje měření elektrických veličin v materiálu paliva během provozu.
Příklady uskutečněného vynálezu
Jaderné palivo podle tohoto vynálezu obsahuje tellurid uraničitý UTe2 a/nebo germanid uraničitý UGe2, a to v libovolných hmotnostních poměrech, přičemž použitý uran má obsah izotopu uranu 235U maximálně 4,99 % hmota.
V příkladném provedení je práškový standardní tellurid uraničitý UTe2 o maximálním obohacení méně než 5 % hmota, a je smísen s práškovým germanidem uraničitým UGe2 v poměru 1:9.
Podstatou tohoto vynálezu je rovněž palivová peleta, vytvořená sintrováním uvedeného paliva podle tohoto vynálezu, jejím obroušením, a opatřením výhodně konektorem a vodičem, viz níže.
Palivová peleta může být o průměru maximálně 1,5 cm a výšce maximálně 2,5 cm. Horní a dolní okraj pelety je čočkově vybrán směrem ven (vyboulen) do výšky 1 mm v centru pelety, aby nedocházelo ke spékání pelet, ale aby byl zajištěn jejich elektrický a tepelný kontakt. Na peletě je upevněn vodič umožňující monitorování elektrických veličin materiálu paliva za provozu.
Podstata inovovaného řešení je tedy založena na tom, že místo keramického materiálu používaného ve stavu techniky jsou využity výše uvedené sloučeniny a jejich kombinace, jelikož tyto disponují unikátními termomechanickými vlastnostmi, přičemž i jejich neutronově-fyzikální vlastnosti jsou vhodné pro využití v podobě jaderného paliva. Elektrická i tepelná vodivost těchto materiálů je vysoká, což umožňuje snížit teplotní gradient v jaderném palivu o stovky stupňů. Reaktivita vázaná germaniem je nepatrně vyšší než reaktivita vázaná tellurem, výpočty však ukazují, že při stejném obohacení paliva izotopem uranu 235U lze docílit obdobných palivových kampaní, jako s keramickým oxidickým palivem.
Nové palivo je dobrým tepelným a elektrickým vodičem. Aby nedocházelo k bowingu (prohnutí paliva do tvaru luku) jsou pelety jaderného paliva výhodně čočkově vybrány směrem ven (vybouleny), aby se dotýkaly v centru pelet. Výpočty ukazují, že takto lze docílit poměrně intenzivního axiálního přestupu tepla mezi jednotlivými peletami. Zároveň je zajištěn dobrý elektrický kontakt mezi peletami.
Tyto pelety jsou umístěny na sebe a uzavřeny v klasickém pokrytí na bázi zirkoniových slitin, čímž je vytvořena palivový tyč, jež je rovněž podstatou tohoto vynálezu. Ve výhodném provedení jsou palivové tyče upraveny tak, že na první peletě shora a první peletě zdola je umístěný elektricky připevněný vodič, který prochází pokrytím a umožňuje měření elektrických veličin v materiálu paliva během provozu jaderného reaktoru s novým palivem v závislosti na výkonu reaktoru, vyhoření paliva, lokálních poruchách neutroniky reaktoru, apod. Tento unikátní způsob monitoringu jaderného paliva je umožněn specifickými vlastnostmi nových materiálů UTe2 a UGe2 a konkrétním řešením.
Claims (7)
1. Jaderné palivo, vyznačující se tím, že obsahuje tellurid uraničitý UTe2 a germanid uraničitý UGe2, kde použitý uran má obsah izotopu uranu 235U maximálně 4,99 % hmota., přičemž tellurid uraničitý UTe2 je o maximálním obohacení méně než 5 % hmota, a co do poměru s práškovým germanidem uraničitým UGe2 je v poměru 1:9.
2. Palivová peleta, vyznačující se tím, že obsahuje jaderné palivo podle nároku 1.
3. Palivová peleta podle nároku 2, vyznačující se tím, že je opatřena konektorem a vodičem umožňujícím monitorování elektrických veličin jaderného paliva během provozu.
4. Palivová peleta podle některého z nároků 2 nebo 3, vyznačující se tím, že je o průměru maximálně 1,5 cm a výšce maximálně 2,5 cm.
5. Palivová peleta podle některého z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že horní a dolní okraj pelety je čočkově vybrán směrem ven do výšky 1 mm.
6. Palivová tyč, vyznačující se tím, že obsahuje palivové pelety podle některého z nároků 2 až 5.
7. Palivová tyč podle nároku 6, vyznačující se tím, že na první palivové peletě shora a první palivové peletě zdola je umístěný elektricky připevněný vodič, který prochází pokrytím a umožňuje měření elektrických veličin v materiálu paliva během provozu.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2019800A CZ308689B6 (cs) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Jaderné palivo, palivová peleta obsahující toto jaderné palivo a palivová tyč obsahující tyto palivové pelety |
KR1020227023666A KR102522445B1 (ko) | 2019-12-27 | 2020-12-23 | 핵연료, 이 핵연료를 포함하는 연료 펠릿 및 이들 연료 펠릿을 포함하는 연료봉 |
PCT/CZ2020/050100 WO2021129899A2 (en) | 2019-12-27 | 2020-12-23 | Nuclear fuel, a fuel pellet containing this nuclear fuel, and a fuel rod containing these fuel pellets |
SE2250733A SE545115C2 (en) | 2019-12-27 | 2020-12-23 | Nuclear fuel, a fuel pellet containing this nuclear fuel, and a fuel rod containing these fuel pellets |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2019800A CZ308689B6 (cs) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Jaderné palivo, palivová peleta obsahující toto jaderné palivo a palivová tyč obsahující tyto palivové pelety |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2019800A3 CZ2019800A3 (cs) | 2021-02-24 |
CZ308689B6 true CZ308689B6 (cs) | 2021-02-24 |
Family
ID=74645162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2019800A CZ308689B6 (cs) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Jaderné palivo, palivová peleta obsahující toto jaderné palivo a palivová tyč obsahující tyto palivové pelety |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102522445B1 (cs) |
CZ (1) | CZ308689B6 (cs) |
SE (1) | SE545115C2 (cs) |
WO (1) | WO2021129899A2 (cs) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4720370A (en) * | 1985-10-25 | 1988-01-19 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Nuclear reactor fuel structure containing uranium alloy wires embedded in a metallic matrix plate |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3364418B1 (en) * | 2017-02-21 | 2021-04-14 | Westinghouse Electric Sweden AB | A sintered nuclear fuel pellet, a fuel rod, a fuel assembly, and a method of manufacturing a sintered nuclear fuel pellet |
CA3130715A1 (en) | 2019-04-01 | 2021-01-07 | Benjamin D. Fisher | Compositions for additive manufacturing and methods of additive manufacturing, particularly of nuclear reactor components |
-
2019
- 2019-12-27 CZ CZ2019800A patent/CZ308689B6/cs unknown
-
2020
- 2020-12-23 WO PCT/CZ2020/050100 patent/WO2021129899A2/en active Application Filing
- 2020-12-23 SE SE2250733A patent/SE545115C2/en unknown
- 2020-12-23 KR KR1020227023666A patent/KR102522445B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4720370A (en) * | 1985-10-25 | 1988-01-19 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Nuclear reactor fuel structure containing uranium alloy wires embedded in a metallic matrix plate |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
,,Nearly ferromagnetic spin-triplet superconductivity", www.sciencemagazinedigital.org/sciencemagazine/16 august 2019, 16 . 08 . 2019 * |
abstrakt ,,38 émes Journées des Actinides - Internal Atomic Energy Agency", School on the Physics and Chemistry of the Actinides, www.iaea.org ; 12 . 04 . 2008 * |
abstrakt ,,Uranium", link.springer.com/chapter, Springer Science + Business Media B.V 2008 , 2008 * |
abstrakt,,arXiv:1903.02410v1(cond-mat.str-el) 6 mar 2019" , 06 . 03 . 2019 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE545115C2 (en) | 2023-04-04 |
WO2021129899A2 (en) | 2021-07-01 |
CZ2019800A3 (cs) | 2021-02-24 |
KR102522445B1 (ko) | 2023-04-14 |
SE2250733A1 (en) | 2022-06-17 |
KR20220101213A (ko) | 2022-07-19 |
WO2021129899A3 (en) | 2021-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3401924B1 (en) | A nuclear fuel pellet, a fuel rod, and a fuel assembly | |
Lee et al. | Nuclear applications for ultra‐high temperature ceramics and MAX phases | |
US3244599A (en) | Fuel element for nuclear reactor | |
US3098024A (en) | Composite fuel elements for nuclear reactors | |
CZ308689B6 (cs) | Jaderné palivo, palivová peleta obsahující toto jaderné palivo a palivová tyč obsahující tyto palivové pelety | |
CZ33930U1 (cs) | Jaderné palivo, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující tyto pelety | |
Konings et al. | Fuels and targets for transmutation | |
US3350274A (en) | Matrix-type nuclear fuel element including fission product retentive materials | |
JPH07120580A (ja) | 核燃料サイクル | |
Bisplinghoff et al. | Radiochemical characterisation of graphite from Juelich experimental reactor (AVR) | |
Banerjee et al. | 10 Nuclear Fuels | |
Somers et al. | Safety assessment of plutonium mixed oxide fuel irradiated up to 37.7 GW day tonne− 1 | |
Kumar | Development, fabrication and characterization of fuels for Indian fast reactor programme | |
Wallenius et al. | Fuels for accelerator-driven systems | |
Loewen et al. | PRISM reference fuel design | |
Mishra et al. | Fabrication of Nuclear Fuel Elements | |
CZ33786U1 (cs) | Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu | |
Schulze | BORAX IV: Preliminary report on the present series of experiments with oxide fuels | |
Laurie et al. | New fixed-point mini-cell to investigate thermocouple drift in a high-temperature environment under neutron irradiation | |
RU2424588C1 (ru) | Топливная таблетка тепловыделяющего элемента | |
Vachon | Protection of beryllium metal by anodic films | |
Freis et al. | Overview of Post-Irradiation Examination results on Minor Actinide bearing fuels within the FUTURIX-FTA international collaboration | |
Croucher | Three Mile Island Unit-2 core status summary: a basis for tool development for reactor disassembly and defueling | |
Anthonysamy et al. | Thermophysical and Thermochemical Properties of Nuclear Fuels | |
Chen et al. | Yuping Wu*,‡* State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering, School of Energy Science and Engineering, Institute for Electrochemical Energy Storage, Nanjing Tech University, Nanjing, People’s Republic of China,† Department of Chemistry |