Tema 3. Secci´
on 3: Combustible nuclear y venenos
consumibles
Profesor C´esar Queral
Combustible utilizado en Espa˜
na
PWR.
1. C.N. Jos´e Cabrera (69 EC): 14x14 LO-LOPAR y HIPAR (en fase de desmantelamiento)
2. C.N. ALMARAZ 1 y 2, C.N. ASCO 1 y 2 y C.N. Vandellos II (157 EC): 17x17 MAEF (Modified Advanced European Fuel) con gadolinio y zirlo (anteriormente las vainas eran de zircaloy-4 o Zr-4 mejorado). Presi´on de las varillas 22.4 bar. Los elementos de las ´ultimas recargas incluyen rejillas IFM
3. C.N. Trillo (177 EC): 16x16 FOCUS de AREVA (antes Siemens). Vaina DUPLEX ELS 0.8 (Zircaloy con una capa externa de 150 µm de zircaloy con Sn).
? Existen otros dise˜nos de elementos PWR que podr´ıan utilizarse en las plantas PWR espa˜nolas:
• HTP-X5 (High Thermal Performance) de Framatome-ANP (antes Siemens) con vaina de Zry4 o Duplex y rejillas de Zry4 o HPA-4,
• AFA 3G de Framatome-ANP (antes Fragema) con vaina M5 (en 1999 se cargaron 4 elementos de demostraci´on en CNA) y
• ALLIANCE de Framatome-ANP (evoluci´on del AFA 3G de Fragema) con vaina y rejillas de M5. BWR
1. C.N. Garo˜na (400 EC): GE-14. Zircaloy-2 tipo barrier (capa interna muy fina de circonio para mejorar la respuesta al PCI).
Elementos PWR
17x17 MAEF
C.N. José Cabrera
17x17 MAEF + IFMs
C.N. Almaraz 1 y 2, C.N. Asco 1 y 2
C.N. Vandellos 2 C.N. Trillo
16x16 FOCUS/HTP 14x14 LO-LOPAR IFM IFM IFM
Figura 1: Tipos de elementos PWR utilizados en Espa˜na
◦ Las rejillas IFM mejoran el mezclado y por tanto dan mas margen, sin embargo...
Elementos PWR
Elementos PWR
Elementos combustibles en BWR
Elementos combustibles en BWR. Dise˜
no SVEA-96 Optima2
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
A B C D E F G H I J
PLR positions selected for
❖
Superior SDM improvement
❖
CPR optimization
1/3 part-length rods
2/3 part-length rods
Elementos combustibles en BWR. Dise˜
no ATRIUM
Fabricante: FRAMATOME ANP (antes SIEMENS)
Comparaci´
on de la distribuci´
on de varillas en distintos elementos
combustibles BWR
Al tener m´as varillas por elemento disminuye la potencia lineal, pero... los elementos con m´as varillas pueden ser m´as inestables, por ello..
Evoluci´
on de las recargas en C.N. Cofrentes
Desde el ciclo 3 comenzaron a incluirse los GE-7 (8x8). Desde el ciclo 7 los GE-10 (8x8).
Desde el ciclo 8 los GE-11 (9x9), recargas completas en los ciclos 8, 9, 10 y 11. Evoluci´on del combustible cargado en C.N. Cofrentes en los ciclos 11 a 15,
Ciclo 11 Ciclo 12 Ciclo 13 Ciclo 14 Ciclo 15
GE-11 (9x9) 616 440 248 54 –
GE-12 (10x10) 4 – 64 184 184
GE-14 (10x10) – – – – 72
SVEA-96+ (10X10) 4 184 312 386 232
SVEA-96 Optima2 (10X10) – – – – 136
Las caracter´ısticas nucleares de los elementos frescos de los ´ultimos ciclos son: enriquecimientos medios de elemento: alrededor del 4.0 % (variable seg´un tipo de elemento, entre 3.97 % y 4.07 %), Gd2O3:
variable seg´un tipo de elemento, de 13 a 16 varillas con Gadolinio y enriquecimientos m´aximos en Gd del 7.5 %.
Materiales de las vainas
Material Reactor Sn ( %) Nb ( %) Fe ( %) Cr ( %) Ni ( %) O ( %)
Zry-2 BWR 1.2/1.7 - 0.07/0.2 0.05/0.15 0.03/0.08 0.10/0.14
Zry-4 PWR 1.2/1.7 - 0.18/0.24 0.07/0.13 - 0.10/0.14
Zirlo PWR 1.0 1.0 0.1 - - 0.12
Duplex PWR-KWU <0.8 - <0.6 <0.2 - <0.15
M5 PWR - 1.0 - - -
Venenos consumibles
Se utilizan para,
Compensar el exceso de reactividad inicial en el reactor (EFECTO GLOBAL). Permite utilizar menos barras de control y alargar el ciclo (EFECTO GLOBAL).
Permite utilizar menos ´acido b´orico y hacer negativo el coeficiente de temperatura del moderador (EFECTO GLOBAL).
Venenos consumibles
Venenos consumibles
Venenos consumibles
Existen dos tipos de venenos consumibles,
1. Discretos
2. Integrales
Discretos:
Se utilizan en los PWR.
Son haces de varillas similares a las barras de control, los utilizados hoy en d´ıa se denominan WABA (Wet Annular Burnable Absorber) (los utilizados anteriormente se denominaban PYREX que eran parecidos a los WABA pero utilizaban borosilicato).
Estos venenos solo se pueden colocar en elementos en los que no se insertan barras de control. Dentro del elemento solo pueden ir en las posiciones de las varillas de control.
Venenos consumibles discretos
(a) Esquema de un WABA (b) Configuraciones de WABA
Venenos consumibles integrales
1. Existen de varios tipos, mezclados con el combustible como el Gd2O3, y el Er2O3 o
2. mediante una delgada capa que recubra las pastillas de combustible como el IFBA (Integral Fuel Burnable Absorber) que consiste en ZrB2.
Estos venenos se pueden colocar en cualquier elemento combustible fresco lo que permite contar con mas opciones a la hora de calcular las configuraciones de recarga.
Dentro del elemento se pueden colocar en cualquier varilla. Adem´as en el caso de los BWR se pueden utilizar varillas con distintas distribuciones axiales de Gd2O3 dentro del combustible.
En Espa˜na se utiliza gadolinio, Gd2O3 en todos los BWR y en la mayor´ıa de los PWR.
En algunos casos de PWR se utiliza una t´ecnica mixta, de forma que en unos elementos se incluye veneno consumible integral y en otros veneno consumible discreto. Este tipo de t´ecnica se ha utilizado en CNA y CNV-II, disminuyendo gradualmente el uso de venenos discretos.
La causa de que se utilicen venenos integrales en la mayor´ıa de los PWR espa˜noles es que para los ciclos de 18 meses, que son los habituales en Espa˜na, se utilizan enriquecimientos de hasta el 4,5 %
Venenos consumibles integrales
(a) Ejemplos de configuraciones en un PWR (b) Distribuciones deGd2O3 en varillas de el-ementos combustibles frescos (BWR)
