Pastiglia di combustibile nucleare che presenta a caldo deformazioni ridotte (ES)
Tipologia
Fascicolo
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<1.
Esposizione dell’idea inventiva: La presente invenzione costituisce un perfezionamento dell’ultima forma di realizzazione descritta nel paragrafo “Tecnica nota e limiti della tecnica nota”, riguardante una pastiglia “parzialmente” forata e si differenzia da tutte quelle oggetto della tecnica nota qui prese in considerazione per i valori particolari dei parametri geometrici ad essa relativi, ovvero:
h/d < 1; d/D < ½, dove:
d = diametro del foro;
h = profondità del foro;
D = larghezza della pastiglia.
Si ritiene che, con le proporzioni sopraccitate, si ottimizzi la soluzione finalizzata ad eliminare del materiale poco sfruttato neutronicamente e si riducano le deformazioni a caldo della pastiglia, dovute all’espansione termica in senso radiale ed assiale, eliminando cos+ le interazioni più forti con la guaina, dovute a dette deformazioni.
Più in dettaglio, la presente invenzione riguarda una pastiglia di combustibile nucleare, di forma sostanzialmente cilindrica, che presenta a caldo deformazioni ridotte e che, pertanto, è meno pericolosa, in quanto è assai minore il pericolo dovuto alle interazioni meccaniche con la guaina.
La pastiglia prevede, in corrispondenza delle due basi, in posizione assiale, una coppia di incavi sostanzialmente conici, con il vertice arrotondato da una calotta sferica, con il vertice rivolto verso il centro della pastiglia e con sezione diametrale sostanzialmente a forma di “U”; le braccia di tali “U” sono preferibilmente allargate verso l’esterno, cioè verso la base della pastiglia.
Vantaggi:
1) Riduzione notevole delle deformazioni a caldo della pastiglia, dovute all’espansione termica durante il funzionamento del reattore, quando produce potenza per effetto del flusso neutronico e si genera un flusso di calore verso il fluido refrigerante (acqua) che scorre all’interno della guaina; questo provoca, come conseguenza, una forte diminuzione dell’interazione con la guaina, soprattutto in corrispondenza delle estremità delle pastiglie.
2) Non richiede arricchimenti in fissile al fine di compensare un’alta percentuale di vuoto.
3) Non favorisce gli spostamenti di massa dovuti a frammentazione,” cracherizzazione”, ecc. dell’Ossido di Uranio (UO₂); pertanto, la configurazione del fissile di progetto non è alterata.
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<1.
Esposizione dell’idea inventiva: La presente invenzione costituisce un perfezionamento dell’ultima forma di realizzazione descritta nel paragrafo “Tecnica nota e limiti della tecnica nota”, riguardante una pastiglia “parzialmente” forata e si differenzia da tutte quelle oggetto della tecnica nota qui prese in considerazione per i valori particolari dei parametri geometrici ad essa relativi, ovvero:
h/d < 1; d/D < ½, dove:
d = diametro del foro;
h = profondità del foro;
D = larghezza della pastiglia.
Si ritiene che, con le proporzioni sopraccitate, si ottimizzi la soluzione finalizzata ad eliminare del materiale poco sfruttato neutronicamente e si riducano le deformazioni a caldo della pastiglia, dovute all’espansione termica in senso radiale ed assiale, eliminando cos+ le interazioni più forti con la guaina, dovute a dette deformazioni.
Più in dettaglio, la presente invenzione riguarda una pastiglia di combustibile nucleare, di forma sostanzialmente cilindrica, che presenta a caldo deformazioni ridotte e che, pertanto, è meno pericolosa, in quanto è assai minore il pericolo dovuto alle interazioni meccaniche con la guaina.
La pastiglia prevede, in corrispondenza delle due basi, in posizione assiale, una coppia di incavi sostanzialmente conici, con il vertice arrotondato da una calotta sferica, con il vertice rivolto verso il centro della pastiglia e con sezione diametrale sostanzialmente a forma di “U”; le braccia di tali “U” sono preferibilmente allargate verso l’esterno, cioè verso la base della pastiglia.
Vantaggi:
1) Riduzione notevole delle deformazioni a caldo della pastiglia, dovute all’espansione termica durante il funzionamento del reattore, quando produce potenza per effetto del flusso neutronico e si genera un flusso di calore verso il fluido refrigerante (acqua) che scorre all’interno della guaina; questo provoca, come conseguenza, una forte diminuzione dell’interazione con la guaina, soprattutto in corrispondenza delle estremità delle pastiglie.
2) Non richiede arricchimenti in fissile al fine di compensare un’alta percentuale di vuoto.
3) Non favorisce gli spostamenti di massa dovuti a frammentazione,” cracherizzazione”, ecc. dell’Ossido di Uranio (UO₂); pertanto, la configurazione del fissile di progetto non è alterata.
Data testuale
1986 agosto 1 - 1987 luglio 4
Estremi cronologici
August 1, 1986 – July 4, 1987
Consistenza
cc. 7
Stato di conservazione
Ottimo
Soggetto produttore
Identificativo
BRA.000053
Collocazione
Deposito 420
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