Pastiglia di combustibile nucleare che presenta a caldo deformazioni ridotte (ES)

1986 agosto 1 - 1987 luglio 4

Temi

Innovazioni tecnologiche · Nucleare · Ricerca e sviluppo

Produttore

Ansaldo (1853 - ***)

Descrizione

Corrispondenza tra Ansaldo (avv. Salvadè, dott. Migliore, avv. Moretto) e Studio Professionale Proprietà Intellettuale Vettor Galletti.

Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Meccanico Nucleare Spa poi Ansaldo Impianti Spa
Inventore: Ugo Rocca
Riassunto: Pastiglia di combustibile nucleare, di forma sostanzialmente cilindrica, che presenta, a caldo, deformazioni ridotte, con minor pericolo, quindi, di interazioni meccaniche con la guaina.
La pastiglia suddetta prevede, in corrispondenza delle due basi, in posizione assiale, una coppia di incavi sostanzialmente conici, con il vertice rivolto verso il centro della pastiglia, il cui diametro maggiore è minore o uguale alla metà del diametro della pastiglia di combustibile; inoltre, il rapporto tra la profondità di ciascun incavo e il diametro maggiore dello stesso è minore o uguale a uno.

Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: Nei reattori nucleari, le pastiglie di combustibile nucleare, usualmente, sono costituite da cilindretti di Ossido di Uranio (UO₂) sinterizzato, di dimensioni dell’ordine del centimetro; esse sono contenute in tubi di Zircaloy (o d’acciaio), chiusi alle estremità. Più tubi assemblati mediante piastre di estremità opportune, distanziatori radiali, elementi elastici, ecc. costituiscono un elemento di combustibile di reattori nucleari.
Le pastiglie di Ossido di Uranio (UO₂) sono disposte in senso assiale in un tubo di Zircaloy (o acciaio) con un piccolo gioco diametrale, al fine di permetterne il caricamento e la dilatazione in senso radiale. Un gioco assiale opportuno, con molle di compressione, per contenere gli spostamenti durante il trasporto e nel corso del funzionamento, assicura l’espansione a caldo in senso assiale.

Tecnica nota e limiti della tecnica nota: Durante il funzionamento all’interno del reattore, nelle pastiglie di combustibile nucleare, per effetto del flusso neutronico si produce potenza e si genera un flusso di calore verso il fluido refrigerante (acqua), che scorre all’esterno della guaina; questo provoca un’espansione termica in senso assiale e radiale, che porta la pastiglia a deformarsi; questo comporta un’interazione più o meno forte con la guaina, soprattutto in corrispondenza delle estremità delle pastiglie.
Per ridurre le deformazioni a caldo e, quindi, l’interazione con la guaina, si ricorre usualmente a “cianfrinature” dei bordi oppure a cavità di espansione sulle due facce oppure su una faccia soltanto della pastiglia; tuttavia i risultati sperimentali non sono completamente soddisfacenti.
Secondo un’altra forma di realizzazione nota, si effettua un foro centrale nelle pastiglie; questa soluzione fornisce risultati sperimentali più soddisfacenti e, inoltre, ha due pregi:
1) elimina una parte della pastiglia che risulta poco interessante dal puto di vista neutronico;
2) contribuisce sensibilmente all’espansione termica.
La configurazione suddetta non è usata sperimentalmente perché presenta gli inconvenienti riportati nel seguito.
a) Richiede arricchimenti in fissili (Urania 235 p.e.) leggermente più alti per compensare l’alta percentuale di vuoti che comporta questa soluzione;
b) il “canale” che si forma lungo la barra di combustibile può favorire gli spostamenti di massa in seguito a frammentazione, “cracherizzazione”, ecc. dell’Ossido di Uranio (UO₂), alterando così la configurazione di fissili di progetto.
Al fine di avere una pastiglia nella quale sia ridotto l’inconveniente a) ed eliminato l’inconveniente b), secondo un’ulteriore forma di realizzazione nota qui riportata, è stata realizzata una pastiglia “parzialmente” forata, avente, in sezione, due “U” di diametro “D” opportuno e di profondità “H” opportuna, con h/d