ES2628581T3

ES2628581T3 - Componente de reactor

Info

Publication number: ES2628581T3
Application number: ES11716087.9T
Authority: ES
Inventors: Lars Hallstadius; Karin Backman; Björn REBENSDORFF; Hans Widegren
Original assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: JP2013521493A; SE536815C2; SE1050188A1; US20130051513A1; WO2011108974A1; JP2015148617A; EP2543043B1; EP2543043A1; KR20130012113A

Abstract

Componente de reactor (1) adaptado para ser utilizado en reactores de fisión, que comprende un núcleo (2) que consiste en un primer material y una capa (3) que consiste en un segundo material, en el que la capa (3) encierra al menos parcialmente el núcleo (2), en el que el componente de reactor (1) comprende una capa intermedia (4) entre el núcleo (2) y la capa (3), caracterizado porque la capa (3) está constituida por al menos una sustancia seleccionada del grupo consistente en Ti, Zr, Al, Fe, Cr, Ni, SiC, SiN, ZrO2, Al2O3, y la mezcla de los mismos, y un resto posible, y porque la capa intermedia (4) está dispuesta para proporcionar una transición gradual de las propiedades del primer material al segundo material y tiene un gradiente de material que comprende una disminución de la concentración del primer material desde el núcleo (2) hasta la capa (3) y un aumento de la concentración del segundo material desde el núcleo (2) hasta la capa (3).

Description

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DESCRIPCION

Componente de reactor Campo tecnico de la invencion

La presente invencion se refiere a un componente de reactor de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1, vease el documento US-3.249.509.

Tecnica anterior

Los componentes de reactor para reactores de fision son componentes que se encuentran situados en un ambiente que esta influenciado por el proceso de fision o en las proximidades del proceso de fision. Tales componentes de reactor pueden tener diversas funciones tales como material estructurales en elementos de combustible nuclear, componentes para controlar el proceso de fision, componentes para la medicion de diferentes parametros en el reactor, etc. Los componentes de reactor a menudo estan en contacto con un entorno exterior, tal como el entorno reactivo en un reactor de fision. El entorno exterior puede comprender sustancias qmmicamente agresivas a altas temperaturas y presion. El entorno exterior alrededor de los componentes de reactor puede consistir, por ejemplo, en un moderador y un medio de enfriamiento, que comprende agua ligera en reactores de agua a presion y de agua en ebullicion.

Las sustancias agresivas en el ambiente exterior pueden reaccionar con los componentes de reactor, por ejemplo por diferentes tipos de influencia de corrosion, y por lo tanto la funcion de los componentes se puede deteriorar o cesar por completo. Un ejemplo de la influencia de la corrosion es la llamada corrosion de sombra, que puede dar lugar a una corrosion local aumentada en los componentes de reactor que estan situados en la proximidad de un proceso de fision. La corrosion de sombra puede dar lugar a un grosor de oxido localmente alto sobre los componentes de reactor, lo que puede dar lugar a que la funcion del componente de reactor se deteriore o se detenga por completo. Los componentes de reactor tambien pueden ser influenciados por diferentes formas de procesos de abrasion o de desgaste en combinacion con corrosion u otra interaccion. Tambien se pueden producir en los componentes de reactor diferentes formas de procesos de eliminacion de material, tales como la abrasion que elimina material, el desgaste y la corrosion por erosion. La abrasion se puede producir, por ejemplo, por el contacto entre los componentes cercanos o debido al contacto entre el componente de reactor y una corriente de material del entorno exterior, tal como el medio de refrigeracion que fluye a traves del reactor. En el ultimo caso, el material puede ser retirado del componente de reactor cuando el medio del entorno exterior con alta velocidad choque contra el componente de reactor y elimine material de la superficie del componente. Cuando uno o mas componentes de reactor han sido afectados por abrasion, corrosion u otra influencia, puede ser necesario detener el reactor para retirar los componentes de reactor que fallan. Una parada operativa da lugar a grandes costes en forma de perdida de produccion y costes para la reparacion o el intercambio de los componentes de reactor que fallan.

Los componentes de reactor por su operacion en el reactor pueden ser activados y convertirse en radiactivos. El entorno exterior en el reactor alrededor de los componentes de reactor puede ser contaminado por los componentes de reactor y por el entorno exterior, reaccionando unos con los otros o por medio de diversas formas de procesos de eliminacion del material. Una contaminacion del exterior con material procedente de los componentes de reactor da como resultado una dispersion de sustancias radiactivas en el reactor. La retirada de material de los componentes de reactor tambien puede dar lugar a que se desgasten piezas de los componentes de reactor. Estas piezas se pueden desplazar en el sistema de refrigeracion y producir abrasion sobre otros componentes de reactor, por ejemplo los tubos de revestimiento en un elemento de combustible, lo que puede dar lugar a que la funcion de los componentes de reactor se deteriore o cese. En el ejemplo con abrasion sobre las barras de combustible en un elemento de combustible, esto puede dar lugar a los llamados fallos de combustible, en los que el material fisionable entra en contacto con el exterior y contamina el entorno exterior. Una contaminacion del entorno exterior da lugar a que el personal de mantenimiento en el reactor este expuesto a dosis de radiacion incrementadas en los trabajos de man- tenimiento. Tambien puede ser requerido que el reactor se pare y que se intercambien los componentes de reactor que fallan.

El grosor del material de los componentes de reactor esta dimensionado con ciertos margenes de seguridad contra la aparicion de diferentes tipos de interaccion, por ejemplo, por corrosion y abrasion. Es deseable reducir el grosor del material de los componentes de reactor por medio de diferentes tipos de mejoras. Una razon para disminuir el grosor del material de un componente es que los componentes de reactor usados debido a su reactividad necesitan un tratamiento especial de almacenamiento hasta que su reactividad ha disminuido a ciertos niveles. Este tipo de tratamiento o almacenamiento es costoso, por lo que es deseable una reduccion de la cantidad de material de los componentes de reactor. La funcion de ciertos componentes de reactor se mejora cuando el grosor sus materiales disminuye. Un ejemplo de un componente de reactor cuya funcion es mejorada por un grosor de material reducido son los llamados separadores que funcionan para separar las barras de combustible en un elemento de combustible y para crear turbulencias en el flujo del medio de enfriamiento para transferir calor desde las barras de combustible al medio refrigerante. Al reducir el grosor del material de los separadores, se reduce la perdida de presion en el

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elemento de combustible producida por los separadores. De este modo, por ejemplo, se puede aumentar el numero de separadores en un elemento de combustible con una capacidad mejorada de transferencia de calor al medio de enfriamiento y, al mismo tiempo, se mantiene la perdida de presion total sobre el elemento de combustible.

Una tecnica para tratar combustible nuclear quemado para su almacenamiento posterior se describe en el documen- to EP - 1249844. En el documento, el combustible nuclear quemado es tratado con un polvo de aluminio y boro que se presiona por medio de Prensado Isostatico en Fno (CIP) y a continuacion se sinterizan juntos por medio de sinte- rizacion por plasma.

El documento WO 97/50091 revela un separador de un material ceramico para un elemento de combustible. El se- parador ceramico se fabrica por medio del procedimiento de sinterizacion tradicional. Un problema cuando se utilizan materiales ceramicos como materiales estructurales es asegurar las propiedades mecanicas del material, tales como resistencia, resistencia a la fatiga, etc. En la fabricacion tradicional de componentes ceramicos se introducen diferen- tes tipos de defectos en el material, lo que tiene una implicacion negativa sobre las propiedades mecanicas. El documento no revela ningun gradiente de material entre dos materiales diferentes.

El documento WO 94/14164 revela un revestimiento resistente a la abrasion sobre un elemento de combustible y una barra de control. El revestimiento comprende un material ceramico mezclado en una matriz de vidrio, en el que la matriz de vidrio forma la union al material metalizado situado debajo. El revestimiento es aplicado sobre el material metalizado por medio de un procedimiento de pulverizacion. El documento no revela ningun gradiente de material entre dos materiales diferentes.

Sumario de la invencion

El objeto de la presente invencion es proporcionar un componente de reactor con propiedades mejoradas.

Este objeto se logra con el componente que se ha definido inicialmente que comprende las caractensticas que estan definidas en la porcion caracterizadora de la reivindicacion 1.

El componente de reactor alcanza el objeto que se ha mencionado mas arriba por medio de la capa intermedia entre el nucleo y la capa. La capa intermedia comprende o consiste en una mezcla del primer material y del segundo material.

El componente de reactor se refiere a un componente que esta adaptado para ser utilizado en reactores de fision. El componente de reactor comprende un nucleo y una capa que encierra al menos parcialmente el nucleo. El nucleo del componente consiste en el primer material y la capa del componente consiste en el segundo material.

De acuerdo con la invencion, la capa del componente de reactor consta de al menos una sustancia seleccionada del grupo compuesto por Ti, Zr, Al, Fe, Cr, Ni, SiC, SiN, ZrO2, A^O3, mezcla de los mismos y el resto posible. Las sus- tancias de este grupo poseen propiedades que son adecuadas para la capa del componente de reactor.

La capa intermedia es una capa entre el nucleo y la capa que proporciona una transicion de las propiedades desde el primer material al segundo material. La capa intermedia comprende una transicion escalonada o gradual de la concentracion del primer y del segundo material. La capa intermedia tiene un gradiente de material, lo que significa que la concentracion del primer material y del segundo material en la capa intermedia son mayores que cero. El gradiente de material comprende un cambio de concentracion en comparacion con el nucleo y en comparacion con la capa. El gradiente de material puede comprender una mezcla homogenea del primer material y del segundo material. El gradiente de material puede comprender tambien un cambio dentro de la capa intermedia de la proporcion entre la concentracion del primer y el segundo material. De este modo, el gradiente de material se puede ajustar en funcion de las propiedades del material, por ejemplo con respecto a la dilatacion por la temperatura, del primer y del segundo material con el fin de obtener buenas propiedades de material del componente de reactor. Por medio del gradiente de material se forma una transicion entre el primer material en el nucleo y el segundo material en la capa, lo cual proporciona una fuerte adhesion entre la capa y el nucleo. El gradiente de material en la capa intermedia da lugar a una reduccion de las tensiones interiores en el componente producidas por las diferencias termicas y elasti- cas entre el primer material y el segundo material. De este modo, surge una adhesion mejorada de la capa al nucleo, que proporciona una funcionalidad mejorada al componente.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, el gradiente de material comprende una disminucion sucesiva de la concentracion del primer material desde el nucleo hasta la capa y un aumento sucesivo de la concentracion del segundo material desde el nucleo hasta la capa. De este modo, el gradiente de material esta dispuesto para proporcionar una transicion gradual de las propiedades del primer material al segundo material, y viceversa.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, el componente de reactor se fabrica por medio de sinterizacion, que proporciona al componente una buena sinterizacion del primer material junto con el segundo material. El procedimiento de sinterizacion puede comprender o estar combinado con una presion y / o una temperatura elevada aplica- das. El procedimiento de sinterizacion asegura que varias propiedades del material, tales como el tamano del grano

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y la porosidad, del componente sinterizado se pueden controlar dentro de un intervalo amplio. El procedimiento de sinterizacion puede comprender las etapas de: alimentar el primer material y el segundo material a un espacio de una herramienta de tal manera que el segundo material encierre al menos parcialmente al primer material y sinteri- zar juntos el primer material y el segundo material con el componente de absorcion de neutrones de manera que se forme la capa intermedia entre el nucleo y la capa. En la alimentacion del primer material y del segundo material se forma una zona intermedia entre una parte interior del espacio y una parte exterior del espacio. La zona intermedia comprende una disminucion de la concentracion del primer material desde la parte interior del espacio hasta la parte exterior de un espacio y el aumento de la concentracion del segundo material desde la parte interior de un espacio hasta la parte exterior de un espacio . Ademas, el espacio se puede hacer vibrar de tal manera que el primer material y el segundo material se llevan juntos y forman la zona intermedia. El primer material que se alimenta puede ser en forma de polvo. Tambien el segundo material que se alimenta puede ser en forma de polvo.

Ademas, el espacio puede estar dividido por un miembro de separacion interior, que comprende la parte interior y un elemento de separacion exterior que comprende la parte exterior, en la que se forma una parte intermedia entre el elemento de separacion exterior y el miembro de separacion interior. Los elementos de separacion se pueden confi- gurar, por ejemplo, como tubos dependiendo de la forma de los componentes que se van a fabricar. La parte intermedia se alimenta con una mezcla del primer material y del segundo material para formar la zona intermedia. La parte intermedia tambien se puede dividir en divisiones de al menos un miembro intermedio, en el que las divisiones son alimentadas con una mezcla de diferentes proporciones entre la concentracion del primer material y el segundo material.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, la capa esta dispuesta para proteger el nucleo, por ejemplo de un entorno exterior. De esta manera, el nucleo del componente de reactor esta protegido contra la interaccion, tal como la producida por diferentes tipos de corrosion y abrasion. La interaccion puede comprender una reaccion entre el componente de reactor y un entorno exterior, tal como la corrosion del componente de reactor o la eliminacion del material sobre el componente de reactor. La interaccion tambien puede comprender la abrasion entre componentes de reactor adyacentes. Por medio de la proteccion proporcionada por la capa al nucleo del componente de reactor, se puede asegurar la funcionalidad del componente de reactor, en el que se mejora la fiabilidad de funcionamiento de un componente de reactor. De la misma manera, la capa protege a los componentes circundantes de ser afecta- dos por el componente de reactor, tal como la interaccion por la corrosion de sombra. De este modo, se puede evitar la parada operativa de reactor debido a componentes de reactor que fallan. Gracias a la funcion protectora de la capa al nucleo del componente de reactor, tambien se evita la abrasion de piezas del nucleo del componente de reactor. Estas piezas pueden crear danos en otros componentes de reactor, por ejemplo, en forma de fallos de combustible en los elementos de combustible. Puesto que el componente de reactor esta protegido por la capa, se evita tambien la eliminacion del material del componente de reactor que comprende sustancias radioactivas. De este modo, se puede evitar la dispersion de sustancias radioactivas en el entorno exterior. Al evitar que el entorno exterior se contamine, se reduce la exposicion del personal de mantenimiento a las dosis de radiacion en los trabajos de mantenimiento en el reactor. La funcion protectora de una capa tambien se puede usar para reducir el grosor del material del componente de reactor. De esta manera, se pueden reducir los costes de tratamiento de residuos de los componentes de reactor usados. Para ciertos componentes de reactor, tales como separadores en elementos de combustible, una reduccion del grosor del material de los componentes de reactor proporciona un rendimiento mejo- rado. Este rendimiento mejorado se puede utilizar, por ejemplo, con el fin de incrementar la eficiencia de reactor.

El entorno exterior esta compuesto por el entorno alrededor de los componentes de reactor, que comprende princi- palmente un medio de moderacion y un medio de enfriamiento. En la operacion de reactor, el entorno exterior forma un entorno reactivo que en contacto puede reaccionar con el componente de reactor.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, la capa es esencialmente resistente a la corrosion en un entorno de un reactor de fision. Esencialmente resistente a la corrosion significa que la capa es qmmicamente inerte o esencialmente qmmicamente inerte y que por lo tanto su efecto protector se mantiene cuando se expone al ambiente exterior en un reactor de fision. Debido a la resistencia a la corrosion de la capa, el nucleo del componente de reactor esta protegido de la interaccion con el entorno exterior. De este modo, se garantiza la integridad y la funcion del componente de reactor.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, la capa esta dispuesta para aislar electricamente al menos parcial- mente el nucleo con respecto a un entorno exterior. El aislamiento electrico significa que la capa resiste la conduc- cion de una corriente electrica. Puesto que la capa afsla al menos parcialmente electricamente al nucleo, se evitan diversos tipos de influencia de la corrosion, tales como la corrosion de sombra, sobre los componentes de reactor o la influencia de la corrosion entre diferentes componentes de reactor.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, la capa tiene una mayor resistencia a la abrasion que el nucleo del componente de reactor. De este modo, la capa protege el nucleo del componente de reactor de diferentes formas de abrasion, tales como abrasion mecanica entre componentes de reactor adyacentes, corrosion por erosion, etc. De este modo, se garantiza la integridad y la funcion del componente de reactor.

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De acuerdo con una realizacion de la invencion, la capa de un componente de reactor comprende al menos un material metalico y un material ceramico. Ciertos materiales de estos grupos poseen propiedades que son especialmen- te adecuadas en los entornos de un reactor. Por ejemplo, cierto material ceramico, tal como el SiC, tiene una alta resistencia a la corrosion, una alta dureza y es resistente al calor. Por ejemplo, ciertos materiales metalicos, tales como el Zr, tienen una alta resistencia a la corrosion y buenas propiedades mecanicas.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, la capa encierra completamente al nucleo. De este modo, el nucleo esta completamente protegido y separado del entorno exterior.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, el componente de reactor comprende al menos una parte de un separador para un elemento de combustible. De este modo, el separador se puede montar a partir de uno o mas componentes de reactor en diferentes configuraciones. Por lo tanto, el separador esta adaptado para su uso en diferentes tipos de reactores. Debido a la capa, el separador esta protegido contra diferentes formas de interaccion, tales como la corrosion de sombra, abrasion, friccion, corrosion por erosion, etc.

La funcion de un separador es separar las barras de combustible en un elemento de combustible y crear turbulen- cias en el flujo del medio refrigerante para transferir calor desde las barras de combustible al medio refrigerante. El separador comprende una rejilla de celdas separadoras, que estan adaptadas para recibir barras de combustible. La red o el separador pueden estar construidos, por ejemplo, por paredes separadoras longitudinales y transversales de manguitos unidos o por otros disenos. El componente de reactor puede comprender, por ejemplo, una pared sepa- radora que, junto con una pluralidad de paredes separadoras, se montan en un separador. De la misma manera, el componente de reactor puede comprender un manguito separador que, junto con una pluralidad de manguitos sepa- radores, esta montado en un elemento separador. Tambien se pueden combinar otras disposiciones del componente de reactor de manera que individualmente o conjuntamente formen un separador.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, el separador esta dispuesto para ser utilizado en un reactor de fision de agua ligera de un reactor de tipo de agua en ebullicion.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, el componente de reactor constituye al menos una parte de una punta de una barra de control adaptada para ser insertada en o adyacente a un elemento de combustible. Por medio de la capa, la punta de la barra de control esta protegida contra diferentes formas de interaccion, tales como corrosion de sombra, abrasion, desgaste, corrosion por erosion, etc.

La funcion de una barra de control es controlar la reactividad en un reactor de fision. La barra de control puede en- trar en contacto con o ser influenciada por componentes adyacentes, tales como el tubo de gma en un elemento de combustible para un reactor de agua a presion o el canal de combustible en un elemento de combustible para un reactor de agua en ebullicion.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, la punta de la barra de control esta dispuesta para ser utilizada en un reactor de fision de agua ligera de un tipo de reactor de agua a presion.

Breve descripcion de los dibujos

La invencion se explicara a continuacion con detalle haciendo referencia a diferentes realizaciones de la invencion y con referencia a los dibujos adjuntos.

La figura 1 desvela una seccion transversal de un componente de reactor de acuerdo con una realizacion de la invencion en una vista desde el lado.

Las figuras 2 a 5 desvelan diagramas con diferentes ejemplos de la concentracion de material de una sec- cion transversal de los componentes de reactor.

La figura 6a desvela una vista en perspectiva de un ejemplo de la invencion en forma de un separador para un elemento de combustible.

La figura 6b desvela una seccion transversal de una pared separadora en un separador.

La figura 7a desvela una vista en perspectiva de un ejemplo de la invencion en forma de una punta de una barra de control para un reactor de agua a presion.

La figura 7b desvela una seccion transversal de una punta de una barra de control para un reactor de agua a presion.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas de la invencion

La figura 1 desvela un ejemplo de un componente 1 de reactor, en lo que sigue denominado como el componente, de acuerdo con una realizacion de la invencion en una vista en seccion transversal vista desde el lado. El compo-

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nente 1 de la figura 1 es un cuerpo con un centro en 0 y una superficie en R, a lo largo de un eje x. El componente puede tener una forma arbitraria dada por su funcion en el reactor. Por ejemplo, la forma del componente 1 puede ser plana, rectangular, cuadrada, esferica, cilmdrica, etc.

El componente 1 esta adaptado para ser utilizado en reactores de fision y comprende un nucleo 2 que consta de un primer material y una capa 3 que consiste en un segundo material. La capa 3 de un componente, en el ejemplo que se muestra en la figura 1, encierra completamente el nucleo 2 y protege el nucleo 2 de un entorno exterior por medio de sus propiedades protectoras, tales como resistencia a la corrosion y aislamiento electrico.

El componente 1 se fabrica por sinterizacion utilizando un procedimiento de sinterizacion adecuado. Ejemplos de procedimientos de sinterizacion adecuados que se pueden usar para la invencion son la tecnica de sinterizacion clasica, sinterizacion a presion atmosferica y temperatura elevada, prensado isostatico en fno, prensado isostatico en caliente, sinterizacion con chispas de plasma, etc.

La sinterizacion se realiza de tal manera que se forma una capa intermedia 4 entre el nucleo 2 y la capa 3. La capa intermedia 4 comprende tanto el primer material como el segundo material. La capa intermedia 4 tiene un gradiente de material que comprende una disminucion de la concentracion del primer material desde el nucleo 2 a la capa 3 y un aumento de la concentracion del segundo material desde el nucleo 2 a la capa 3. La capa intermedia 4 forma una transicion entre el nucleo 2 y la capa 3, de manera que las propiedades de material del primer material se transfieren a las propiedades del segundo material y viceversa. De este modo se crea una buena adhesion entre el nucleo 2 y la capa 3.

Las figuras 2 a 5 desvelan ejemplos de la concentracion de material de una seccion transversal de un componente de reactor. El eje x de las figuras es un eje dimensional, en el que 0 indica el centro del componente y R representa la periferia exterior del componente. El eje y de las figuras denota la concentracion de material para el componente en porcentaje para el primer material, denominado aqrn A y marcado con una lmea de trazos, y el segundo material, denominado aqrn B y marcado con una lmea continua. En las figuras, el nucleo 2, la capa intermedia 4 y la capa 3 estan designados a lo largo del eje x de la figura.

La figura 2 desvela un ejemplo de una variacion de la concentracion de material dentro de un componente de reactor, en el que la capa intermedia 4 entre el nucleo 2 y la capa 3 tiene un gradiente de material que comprende una disminucion gradual de la concentracion de un primer material desde el nucleo 2 a la capa 3 y un incremento esca- lonado de la concentracion de un segundo material desde el nucleo 2 a la capa 3. En el ejemplo de la figura 2, una disminucion de la concentracion del primer material desde el nucleo 2 a la capa intermedia 4 se produce de manera escalonada, en el que la concentracion del primer material disminuye desde esencialmente el 100% en el nucleo 2 hasta esencialmente el 50% en la capa intermedia 4. La concentracion del primer material es constante dentro de la capa intermedia 4. Ademas, se produce una disminucion de la concentracion del primer material desde la capa intermedia 4 a la capa 3 escalonadamente desde esencialmente el 50% a esencialmente el 0%. Por el contrario, se produce un aumento de la concentracion del segundo material desde el nucleo 2 a la capa intermedia 4 escalonadamente, en el que la concentracion del segundo material aumenta desde esencialmente el 0% en el nucleo 2 hasta esencialmente el 50% en la capa intermedia 4. La concentracion del segundo material es constante dentro de la capa intermedia 4. Ademas, un incremento de la concentracion del segundo material desde la capa intermedia 4 a la capa 3 se produce escalonadamente desde esencialmente el 50% hasta esencialmente el 100%.

La figura 3 desvela, de la misma manera que la figura 2, un ejemplo de una variacion escalonada de la concentracion del material dentro del componente de reactor, con la diferencia de que la capa intermedia comprende dos zonas de concentracion, una primera zona de concentracion 41 y una segunda zona de concentracion 42 con dife- rentes concentraciones del primer material y del segundo material. La concentracion del primer material y del segundo material es constante dentro de la primera zona de concentracion 41 y de la segunda zona de concentracion 42. En el ejemplo de la figura 3, una disminucion de la concentracion del primer material del nucleo 2 a la capa intermedia 4 se produce escalonadamente, en el que la concentracion del primer material disminuye desde esencialmente el 100% en el nucleo 2 hasta esencialmente el 70% en la primera zona de concentracion 41 de la capa intermedia 4. Dentro de la capa intermedia 4, se produce una disminucion escalonada de la concentracion del primer material desde la primera zona de concentracion 41 a la segunda zona de concentracion 42, desde esencialmente el 70% hasta esencialmente el 30%. Se produce una disminucion escalonada de la concentracion del primer material desde la segunda zona de concentracion 42 de la capa intermedia 4 a la capa 3, desde esencialmente el 30% hasta esencialmente el 0%. Por el contrario, se produce un aumento de la concentracion del segundo material desde el nucleo 2 hasta la capa intermedia 4.

La figura 4 desvela un ejemplo de una variacion de la concentracion del material dentro de un componente de reactor, en el que la capa intermedia 4 entre el nucleo 2 y la capa 3 tiene un gradiente de material que comprende una disminucion sucesiva de la concentracion del primer material desde el nucleo 2 hasta la capa 3, y un aumento suce- sivo de la concentracion del segundo material desde el nucleo 2 a la capa 3. Dentro de la capa intermedia 4, desde el nucleo 2 hasta la capa 3, se produce una disminucion proporcional constante de la concentracion de un primer material, desde esencialmente el 100% a esencialmente el 0%. Por el contrario, se produce un aumento de la con-

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centracion del segundo material dentro de la capa intermedia 4, desde el nucleo 2 hasta la capa 3, desde esencial- mente el 0% hasta esencialmente el 100%.

La figura 5 desvela un ejemplo de una variacion de la concentracion de material dentro de un componente de reactor, en el que la capa intermedia 4 entre el nucleo 2 y la capa 3 tiene un gradiente de material que comprende una disminucion sucesiva de la concentracion de un primer material desde el nucleo 2 hasta la capa 3, y un aumento sucesivo de la concentracion de un segundo material desde el nucleo 2 a la capa 3. En el ejemplo de la figura 5, se produce sucesivamente una disminucion de la concentracion del primer material desde el nucleo 2 hasta la capa intermedia 4. Dentro de la capa intermedia 4 se produce una disminucion gradual de la concentracion del primer material, desde esencialmente el 100% hasta esencialmente el 0%. La transicion entre el nucleo 2 y la capa 3 puede ocurrir, por ejemplo, de una manera no lineal. Por el contrario, se produce un aumento de la concentracion del segundo material desde el nucleo 2. En el ejemplo mostrado, la capa intermedia 4 constituye la parte principal del componente, mientras que el nucleo 2 y la capa 3 constituyen una parte menor del componente.

La figura 6a desvela una vista en perspectiva de un ejemplo de un componente de reactor en forma de un separador 60 para un elemento de combustible. La funcion del separador 60 es separar las barras de combustible en un ele- mento de combustible no mostrado en la figura y crear turbulencias en el flujo del medio refrigerante para transferir calor desde las barras de combustible al medio refrigerante. El separador 60 comprende celdas separadoras 62 para recibir las barras de combustible. El separador 60 esta construido por una pluralidad de paredes separadoras 64. La red del separador 60 puede estar construida, por ejemplo, de paredes separadoras longitudinales y transversales 64 de manguitos unidos o por otras construcciones. Una pared separadora 64 puede por sf sola constituir el componente de reactor, que junto con una pluralidad de paredes separadoras 64 se monta para formar un separador 60. De la misma manera, el componente de reactor puede constituir un manguito separador que, junto con una pluralidad de manguitos separadores, esta montado formando un separador 60. Tambien pueden combinarse otras disposiciones del componente de reactor de manera que individualmente o conjuntamente constituyan un separador 60.

La figura 6b desvela una seccion transversal de una pared separadora 64 en un separador 60. La pared separadora 64 comprende un nucleo 2 de un material metalico, tal como Inconel o Zircaloy, y una capa 3 de un material cerami- co, tal como dioxido de zirconio (ZrO2). Entre la capa 3 y el nucleo 2, se proporciona una capa intermedia 4, que forma una transicion gradual de las propiedades del material desde el nucleo 2 a la capa 3. La capa 3 tiene propie- dades protectoras que permiten reducir el grosor del material de la pared separadora en comparacion con un separador sin la capa 3, en la que se reduce la cafda de presion formada por el separador 60 en el elemento de combustible. Por medio de la capa 3, el separador 60 esta protegido contra diferentes formas de interaccion, tales como corrosion de sombra, abrasion, corrosion por friccion y erosion, etc. Por medio del efecto protector de la capa 3 tambien se protegen los componentes circundantes alrededor del componente de reactor contra diferentes formas de interaccion, tales como la corrosion de sombra, la abrasion, la corrosion por friccion y erosion, etc.

La figura 7a desvela una vista en perspectiva de un ejemplo de un componente de reactor en forma de una punta de barra de control 74 de una barra de control 70 para un reactor de agua a presion. Una pluralidad de barras de control 70 estan unidas a un elemento de barra de control, no descrito en la figura, que se ajusta de acuerdo con el diseno de combustible de interes. La funcion de la barra de control 70 es terminar el proceso de fision en un reactor de agua a presion. La barra de control comprende tubos de barra de control que estan llenos de un material absorbente de neutrones 72, tal como boro, hafnio, cadmio, etc. La barra de control 70 cae dentro de un tubo grna del elemento de combustible, no descrito en la figura, cuando el reactor debe ser parado.

La figura 7b desvela una seccion transversal de una punta de barra de control 74. La punta de barra de control 74 comprende un nucleo 2 de un material absorbente de neutrones y una capa 3 de un material ceramico, tal como carburo de silicio (SiC). Entre la capa 3 y el nucleo 2 hay una capa intermedia 4 que forma una transicion gradual de las propiedades del material desde el nucleo 2 a la capa 3. La capa 3 tiene propiedades protectoras que aseguran que la punta de barra de control 74 no se dana en contacto con el tubo de grna de un elemento de combustible. Debido al efecto protector de la capa 3, los componentes circundantes tales como tubos de grna, dispositivos de posicionamiento ("tarjeta de grna") para la barra de control, etc, tambien estan protegidos contra diferentes formas de interaccion, tales como abrasion, desgaste y corrosion por erosion, etc.

La invencion no esta limitada a las realizaciones descritas, sino que puede ser modificada y variada dentro del al- cance de las reivindicaciones que siguen.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Componente de reactor (1) adaptado para ser utilizado en reactores de fision, que comprende un nucleo (2) que consiste en un primer material y una capa (3) que consiste en un segundo material, en el que la capa (3) encie- rra al menos parcialmente el nucleo (2), en el que el componente de reactor (1) comprende una capa intermedia (4) entre el nucleo (2) y la capa (3), caracterizado porque la capa (3) esta constituida por al menos una sus- tancia seleccionada del grupo consistente en Ti, Zr, Al, Fe, Cr, Ni, SiC, SiN, ZrO2, AhO3, y la mezcla de los mis- mos, y un resto posible, y porque la capa intermedia (4) esta dispuesta para proporcionar una transicion gradual de las propiedades del primer material al segundo material y tiene un gradiente de material que comprende una disminucion de la concentracion del primer material desde el nucleo (2) hasta la capa (3) y un aumento de la concentracion del segundo material desde el nucleo (2) hasta la capa (3).
2. Componente de reactor (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el gradiente de material comprende una disminucion sucesiva de la concentracion del primer material desde el nucleo (2) hasta la capa (3) y un aumento sucesivo de la concentracion del segundo material desde el nucleo (2) hasta la capa (3).
3. Componente de reactor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el componente de reactor (1) esta fabricado por medio de sinterizacion.
4. Componente de reactor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa (3) es esencialmente resistente a la corrosion en un entorno de un reactor de fision.
5. Componente de reactor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa (3) esta dispuesta para proteger el nucleo (2) de un entorno exterior.
6. Componente de reactor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa (3) esta dispuesta para aislar electricamente al menos parcialmente el nucleo (2) con respecto a un entorno exterior.
7. Componente de reactor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por- que la capa (3) tiene una mayor resistencia a la abrasion que el nucleo (2).
8. Componente de reactor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa (3) comprende al menos uno de entre un material metalico y un material ceramico.
9. Componente de reactor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa (3) encierra completamente el nucleo (2).
10. Componente de reactor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el componente (1) comprende al menos una parte de un separador (60) para un elemento de combustible.
11. Componente de reactor (1) de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado porque el separador (60) esta dispuesto para ser utilizado en un reactor de fision de agua ligera del tipo reactor de agua en ebullicion.
12. Componente de reactor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el componente (1) constituye al menos una parte de una punta de una barra de control (74) dispuesta para ser insertada dentro o en la proximidad de un elemento de combustible.
13. Componente de reactor (1) de acuerdo con la reivindicacion 12, caracterizado porque la punta de la barra de control (74) esta configurada para ser utilizada en un reactor de fision de agua ligera de un reactor de tipo de agua a presion.