Dispositivo intrinseco di stabilizzazione della potenza di un reattore nucleare termico (RU)
Tipologia
Fascicolo
Descrizione
Corrispondenza tra Ansaldo (Salvadè, Bozzoni, Criscuolo, Amato) e studio di consulenza Jacobacci, Casetta & Perani
Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Spa
Inventori: Luigi Criscuolo, Salvatore Amato
Riassunto: Oggetto della presente invenzione è un dispositivo intrinseco di stabilizzazione della potenza di un reattore nucleare termico.
Secondo l’invenzione, il dispositivo comprende una molteplicità di capsule metalliche, distribuite nel nocciolo del reattore; all’interno di ogni capsula è presente una quantità opportuna di un assorbitore neutronico in regime bifase (liquido-vapore).
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione e problema da risolvere: Nei reattori nucleari è di fondamentale importanza la stabilizzazione della loro potenza.
La stabilità di un reattore può essere vista in termini di risposta di potenza e di variazione di reattività, generate da varie cause, quali il movimento delle barre di controllo, la variazione di portata del refrigerante, ecc.
Un reattore è instabile se una variazione di reattività fa aumentare senza limiti la sua potenza; l’aumento di potenza può avvenire con continuità o tramite oscillazioni con ampiezza crescente.
Un reattore è stabile se una variazione di reattività lo porta da uno stato stazionario ad un altro con continuità oppure con oscillazioni smorzate.
Nei reattori nucleari sono comunemente presenti alcuni meccanismi intrinseci di controreazione alle variazioni di reattività, che, con il loro intervento, operano un’azione stabilizzatrice sui transitori di potenza.
L’efficacia di una controreazione dipende dalla sua intensità e dalla sua prontezza d’intervento.
Limiti della tecnica nota: Nei reattori nucleari sono normalmente presenti alcuni meccanismi intrinseci di controreazione alla variazione di reattività, che, con il loro intervento, operano un’azione stabilizzatrice sui transitori di potenza.
I meccanismi di controreazione più familiari presenti nei noccioli nucleari sono legati alla variazione di temperatura del combustibile, detta effetto Doppler, la cui rapidità d’intervento è immediata e del moderatore, la cui rapidità d’intervento è invece lenta, in quanto si verifica in ritardo a causa dei tempi di trasferimento del calore dal combustibile al moderatore.
I meccanismi di controreazione legati alla temperatura, tuttavia, durante i transitori di raffreddamento del nocciolo, inseriscono reattività positiva, contrastando le diminuzioni di potenza.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: Il dispositivo oggetto della presente invenzione utilizza fenomeni fisici elementari ed è in grado di inserire in un nocciolo di un rettore nucleare, in maniera intrinseca, una controreazione negativa di reattività (CNR) all’aumentare della potenza e, pertanto, di contribuire ad aumentare la stabilità del reattore.
Esposizione dell’idea inventiva: La presente invenzione riguarda un dispositivo intrinseco di stabilizzazione della potenza di un reattore nucleare termico, che comprende una molteplicità di capsule metalliche, realizzate con un metallo o con una lega (acciaio inossidabile, Zircaloy, Molibdeno, Tungsteno), avente una resistenza meccanica ed una resistenza all’attacco dell’assorbitore elettronico elevate, una densità elevata ed un basso assorbimento neutronico.
Le capsule sopraccitate sono distribuite nel nocciolo del reattore e presentano, al loro interno, una quantità opportuna di un assorbitore neutronico in regime bifase (liquido-vapore), la cui quantità è scelta in modo tale che, alla massima temperatura di lavoro, quando tutto l’assorbitore è allo stato di vapore, la pressione all’interno della capsula sia inferiore alla sua pressione di collasso.
L’assorbitore neutronico è, preferibilmente, Mercurio, Cloruro di Mercurio, Ioduro di Boro.
Le capsule metalliche sono impilate nel nocciolo del reattore, all’interno di tubi metallici chiusi ermeticamente, disposti nei tubi di guida degli elementi di combustibile non impegnati nelle barre di controllo.
Quando la densità di potenza nelle zone di combustibile circostanti una capsula aumenta, la sorgente di calore nell’assorbitore aumenta e, a causa dell’evaporazione del liquido, atomi assorbenti passano dalla zona liquida della capsula a quella occupata dal vapore, che, normalmente, è sottoposta ad un flusso neutronico più elevato.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: All’interno di una capsula metallica è contenuta una quantità opportuna di assorbitore, in parte liquido (zona L) ed in parte allo strato di vapore (zona V).
Una possibile sistemazione delle capsule in un nocciolo di un reattore ad acqua in pressione secondo il dispositivo rivendicato è data dai seguenti elementi:
• un tubo di guida di un elemento di combustibile, utilizzato in questo caso per l’alloggiamento delle capsule;
• un'intercapedine percorsa da un flusso d’acqua;
• un involucro metallico ermeticamente chiuso, in genere d’acciaio, all’interno del quale sono impilate le capsule;
• un’intercapedine posta tra la superficie esterna delle capsule e la superficie interna dell’involucro metallico.
Rispetto al flusso neutronico nel combustibile circostante la capsula, la zona (L), con assorbitore neutronico in fase liquida (alto valore di densità atomica), al di là di una data estensione assiale, è sempre caratterizzata da un flusso neutronico depresso rispetto a quello della zona (V) con assorbitore in fase vapore.
I fenomeni fisici che intervengono sono i seguenti:
• evaporazione dell’assorbitore liquido per il trasferimento da (L) a (V);
• condensazione del vapore dell’assorbitore per il trasferimento da (V) a (L).
Detti fenomeni sono controllati dalla temperatura della capsula, che dipenda dalla trasmissione del calore, generato dalla capsula, ad un refrigerante esterno.
Vantaggi:
Il dispositivo aggiunge nel nocciolo un nuovo meccanismo di controreazione di reattività negativa all’incremento di potenza; pertanto:
1) Rende più facilmente negativo il coefficiente di potenza in alcuni reattori particolari;
2) Contribuisce con gli altri meccanismi di controreazione a contenere le escursioni di potenza nei transitori “overpower”, causati da errori dell’operatore o da un cattivo funzionamento delle barre di controllo;
3) Potenzia il coefficiente di reattività Doppler soprattutto alle alte potenze, dove esso diventa negativo;
4) Concorre, con il Doppler, ad arrestare le escursioni di potenza innescate da una rapida inserzione di reattività positiva, dovuta all’espulsione di una barra di controllo;
5) Contrasta le oscillazioni di potenza dovute alla ridistribuzione dello Xeno;
6) Facilita il controllo del reattore.
Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Spa
Inventori: Luigi Criscuolo, Salvatore Amato
Riassunto: Oggetto della presente invenzione è un dispositivo intrinseco di stabilizzazione della potenza di un reattore nucleare termico.
Secondo l’invenzione, il dispositivo comprende una molteplicità di capsule metalliche, distribuite nel nocciolo del reattore; all’interno di ogni capsula è presente una quantità opportuna di un assorbitore neutronico in regime bifase (liquido-vapore).
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione e problema da risolvere: Nei reattori nucleari è di fondamentale importanza la stabilizzazione della loro potenza.
La stabilità di un reattore può essere vista in termini di risposta di potenza e di variazione di reattività, generate da varie cause, quali il movimento delle barre di controllo, la variazione di portata del refrigerante, ecc.
Un reattore è instabile se una variazione di reattività fa aumentare senza limiti la sua potenza; l’aumento di potenza può avvenire con continuità o tramite oscillazioni con ampiezza crescente.
Un reattore è stabile se una variazione di reattività lo porta da uno stato stazionario ad un altro con continuità oppure con oscillazioni smorzate.
Nei reattori nucleari sono comunemente presenti alcuni meccanismi intrinseci di controreazione alle variazioni di reattività, che, con il loro intervento, operano un’azione stabilizzatrice sui transitori di potenza.
L’efficacia di una controreazione dipende dalla sua intensità e dalla sua prontezza d’intervento.
Limiti della tecnica nota: Nei reattori nucleari sono normalmente presenti alcuni meccanismi intrinseci di controreazione alla variazione di reattività, che, con il loro intervento, operano un’azione stabilizzatrice sui transitori di potenza.
I meccanismi di controreazione più familiari presenti nei noccioli nucleari sono legati alla variazione di temperatura del combustibile, detta effetto Doppler, la cui rapidità d’intervento è immediata e del moderatore, la cui rapidità d’intervento è invece lenta, in quanto si verifica in ritardo a causa dei tempi di trasferimento del calore dal combustibile al moderatore.
I meccanismi di controreazione legati alla temperatura, tuttavia, durante i transitori di raffreddamento del nocciolo, inseriscono reattività positiva, contrastando le diminuzioni di potenza.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: Il dispositivo oggetto della presente invenzione utilizza fenomeni fisici elementari ed è in grado di inserire in un nocciolo di un rettore nucleare, in maniera intrinseca, una controreazione negativa di reattività (CNR) all’aumentare della potenza e, pertanto, di contribuire ad aumentare la stabilità del reattore.
Esposizione dell’idea inventiva: La presente invenzione riguarda un dispositivo intrinseco di stabilizzazione della potenza di un reattore nucleare termico, che comprende una molteplicità di capsule metalliche, realizzate con un metallo o con una lega (acciaio inossidabile, Zircaloy, Molibdeno, Tungsteno), avente una resistenza meccanica ed una resistenza all’attacco dell’assorbitore elettronico elevate, una densità elevata ed un basso assorbimento neutronico.
Le capsule sopraccitate sono distribuite nel nocciolo del reattore e presentano, al loro interno, una quantità opportuna di un assorbitore neutronico in regime bifase (liquido-vapore), la cui quantità è scelta in modo tale che, alla massima temperatura di lavoro, quando tutto l’assorbitore è allo stato di vapore, la pressione all’interno della capsula sia inferiore alla sua pressione di collasso.
L’assorbitore neutronico è, preferibilmente, Mercurio, Cloruro di Mercurio, Ioduro di Boro.
Le capsule metalliche sono impilate nel nocciolo del reattore, all’interno di tubi metallici chiusi ermeticamente, disposti nei tubi di guida degli elementi di combustibile non impegnati nelle barre di controllo.
Quando la densità di potenza nelle zone di combustibile circostanti una capsula aumenta, la sorgente di calore nell’assorbitore aumenta e, a causa dell’evaporazione del liquido, atomi assorbenti passano dalla zona liquida della capsula a quella occupata dal vapore, che, normalmente, è sottoposta ad un flusso neutronico più elevato.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: All’interno di una capsula metallica è contenuta una quantità opportuna di assorbitore, in parte liquido (zona L) ed in parte allo strato di vapore (zona V).
Una possibile sistemazione delle capsule in un nocciolo di un reattore ad acqua in pressione secondo il dispositivo rivendicato è data dai seguenti elementi:
• un tubo di guida di un elemento di combustibile, utilizzato in questo caso per l’alloggiamento delle capsule;
• un'intercapedine percorsa da un flusso d’acqua;
• un involucro metallico ermeticamente chiuso, in genere d’acciaio, all’interno del quale sono impilate le capsule;
• un’intercapedine posta tra la superficie esterna delle capsule e la superficie interna dell’involucro metallico.
Rispetto al flusso neutronico nel combustibile circostante la capsula, la zona (L), con assorbitore neutronico in fase liquida (alto valore di densità atomica), al di là di una data estensione assiale, è sempre caratterizzata da un flusso neutronico depresso rispetto a quello della zona (V) con assorbitore in fase vapore.
I fenomeni fisici che intervengono sono i seguenti:
• evaporazione dell’assorbitore liquido per il trasferimento da (L) a (V);
• condensazione del vapore dell’assorbitore per il trasferimento da (V) a (L).
Detti fenomeni sono controllati dalla temperatura della capsula, che dipenda dalla trasmissione del calore, generato dalla capsula, ad un refrigerante esterno.
Vantaggi:
Il dispositivo aggiunge nel nocciolo un nuovo meccanismo di controreazione di reattività negativa all’incremento di potenza; pertanto:
1) Rende più facilmente negativo il coefficiente di potenza in alcuni reattori particolari;
2) Contribuisce con gli altri meccanismi di controreazione a contenere le escursioni di potenza nei transitori “overpower”, causati da errori dell’operatore o da un cattivo funzionamento delle barre di controllo;
3) Potenzia il coefficiente di reattività Doppler soprattutto alle alte potenze, dove esso diventa negativo;
4) Concorre, con il Doppler, ad arrestare le escursioni di potenza innescate da una rapida inserzione di reattività positiva, dovuta all’espulsione di una barra di controllo;
5) Contrasta le oscillazioni di potenza dovute alla ridistribuzione dello Xeno;
6) Facilita il controllo del reattore.
Data testuale
1991 - 1992
Estremi cronologici
1991 – 1992
Consistenza
cc. 41
Stato di conservazione
Ottimo
Soggetto produttore
Identificativo
BRA.000045
Collocazione
Deposito 418
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