Топливная сборка
Номер патента: 23017
Опубликовано: 29.04.2016
Авторы: Морозов Алексей Глебович, Монтгомери Майкл Х., Кузнецов Валентин Федорович, Кевролев Валерий Владимирович, Башкирцев Сергей Михайлович
Формула / Реферат
1. Топливная сборка для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора, содержащая
каркас, включающий в себя хвостовик, выполненный в форме и конфигурации, обеспечивающей его монтаж к внутренней конструкции активной зоны ядерного реактора, и
множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов, опирающихся на каркас, каждый из которых содержит
топливный сердечник, содержащий делящийся топливный материал, расположенный в матрице из металлического нетопливного материала, и оболочку, окружающую топливный сердечник, причем водно-топливное отношение в зоне топливных элементов составляет 2,4 или менее, при этом
водно-топливное отношение представляет собой отношение площадей внутри поперечного сечения, которое перпендикулярно продольным осям множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов и проходит через множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов, причем это отношение представляет собой отношение (1) общей плошали, имеющейся для потока замедлителя для множества топливных элементов, к (2) общей площади топливных сердечников множества топливных элементов.
2. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов содержит множество удлиненных, изготовленных методом экструзии металлических топливных элементов; топливный материал содержит металлический топливный материал; топливный сердечник содержит сердечник из металлического топливного сплава, содержащий сплав металлического топливного материала и металлического нетопливного материала.
3. Топливная сборка по п.2, отличающаяся тем, что сердечник содержит δ-фазный UZr2.
4. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливный материал содержит керамический топливный материал, расположенный в матрице из металлического нетопливного материала.
5. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов составляет по меньшей мере 60% общего объема всех топливных элементов топливной сборки.
6. Топливная сборка по п.5, отличающаяся тем, что общий объем всех топливных элементов топливной сборки включает в себя общий объем всех топливных элементов, которые поддерживаются хвостовиком.
7. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что средняя толщина оболочки топливных элементов составляет по меньшей мере 0,6 мм.
8. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливная сборка имеет термодинамическую конструкцию и физическую форму, предназначенные для ее работы в наземном ядерном энергетическом реакторе.
9. Топливная сборка по п.1 в комбинации с наземным ядерным энергетическим реактором, причем топливная сборка расположена внутри наземного ядерного энергетического реактора.
10. Комбинация по п.9, отличающаяся тем, что ядерный энергетический реактор представляет собой реактор на тяжелой воде.
11. Топливная сборка по п.8, отличающаяся тем, что наземный ядерный энергетический реактор содержит традиционную ядерную энергетическую установку, имеющую конструкцию реактора, которая находилась в фактической эксплуатации до 2010 г.; и каркас выполнен в форме и конфигурации, предназначенных для ее постановки в наземный ядерный энергетический реактор вместо традиционной топливной сборки из оксида урана для вышеупомянутого реактора.
12. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что соответствующие топливные сердечники множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов изготовлены с помощью спекания топливного материала и металлического нетопливного материала.
13. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что в множестве топливных элементов топливный материал топливного сердечника обогащен до 20% или менее ураном-235 и/или ураном-233 и составляет от 20 до 30% объемного содержания топливного сердечника; и нетопливный материал составляет от 70 до 80% объемного содержания топливного сердечника.
14. Топливная сборка по п.13, отличающаяся тем, что во множестве топливных элементов степень обогащения топливного материала составляет от 15 до 20%.
15. Топливная сборка по п.13, отличающаяся тем, что во множестве удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов нетопливный металл топливного сердечника содержит цирконий.
16. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что во множестве топливных элементов топливный материал топливного сердечника содержит плутоний; нетопливный металл топливного сердечника содержит цирконий и нетопливный металл топливного сердечника составляет от 70 до 97% объемного содержания топливного сердечника.
17. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливный материал содержит комбинацию урана и тория, или плутония и тория, или урана, плутонии и тория.
18. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что оболочка множества топливных элементов металлургически сцеплена с топливным сердечником.
19. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что нетопливный металл множества топливных элементов содержит алюминий.
20. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что нетопливный металл множества топливных элементов содержит жаростойкий металл.
21. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что оболочка множества топливных элементов содержит цирконий.
22. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что каждый из множества топливных элементов имеет спирально закрученный многолопастной профиль, который образует множество спиральных ребер.
23. Топливная сборка по п.22, отличающаяся тем, что спиральные ребра соседних топливных элементов из вышеупомянутого множества топливных элементов периодически контактируют друг с другом вдоль осевой длины топливных элементов, причем такой контакт помогает поддерживать требуемое расстояние между соседними топливными элементами.
24. Топливная сборка по п.22, отличающаяся тем, что многолопастной профиль содержит вогнутые области между соседними лопастями.
25. Топливная сборка по п.22, отличающаяся тем, что многолопастной профиль содержит кончики лопастей и промежуточные секции между соседними лопастями и оболочка толще у кончиков, чем у промежуточных секций.
26. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливная сборка содержит выгорающий поглотитель.
27. Топливная сборка по п.26, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов содержит выгорающий поглотитель.
28. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливная сборки дополнительно содержит множество топливных элементов из диоксида урана, опирающихся на каркас, причем каждый из вышеупомянутого множества топливных элементов из диоксида урана содержит топливо из диоксида урана.
29. Топливная сборка по п.28, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые из множества удлиненных топливных элементов из диоксида урана расположены в поперечном направлении наружу от множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов.
30. Топливная сборка по п.29, отличающаяся тем, что топливная сборка дополнительно содержит кожух, который отделяет поток теплоносителя, протекающий около множества удлиненных топливных элементов из диоксида урана, от потока теплоносителя, протекающего около множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов.
31. Топливная сборка по п.30, отличающаяся тем, что отношение (1) общей площади внутри кожуха, имеющейся для замедлителя, к (2) общей площади поперечного сечения сердечников множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных сердечников внутри кожуха составляет 2,4 или менее.
32. Топливная сборка по п.28, отличающаяся тем, что топливо из диоксида урана содержит менее 15% степени обогащения ураном-235.
33. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что содержание урана во множестве из вышеупомянутого множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов равно 25% или менее по объему.
34. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что водно-топливное отношение для вышеупомянутого множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов равно 2,4 или менее.
35. Способ изготовления топливной сборки по п.1, предназначенной для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора, включающий в себя
изготовление каждого из множества удлиненных топливных элементов с помощью смешивания порошкообразного топливного материала с порошкообразным металлическим нетопливным материалом, причем порошкообразный топливный материал содержит делящийся материал, спекания смеси порошкообразного топливного материала и металлическою нетопливного материала для формирования заготовки топливного сердечника, охватывания заготовки топливного сердечника материалом оболочки и совместной экструзии пресс-заготовки топливного сердечника и материала оболочки для формирования топливного элемента; и
крепление множества удлиненных топливных элементов к каркасу топливной сборки.
36. Способ по п.35, отличающийся тем, что
множество удлиненных топливных элементов содержит множество удлиненных металлических топливных элементов;
порошкообразный топливный материал содержит порошкообразный металлический топливный материал и
заготовка топливного сердечника представляет собой металлическую заготовку топливного сердечника, содержащую сплав металлического топливного материала и металлического нетопливного материала.
37. Способ по п.35, отличающийся тем, что порошкообразный топливный материал содержит порошкообразный керамический топливный материал.
38. Способ по п.35, отличающийся тем, что множество удлиненных топливных элементов составляет по меньшей мере 60% общего объема всех топливных элементов топливной сборки.
39. Способ по п.35, отличающийся тем, что средняя толщина оболочки после совместной экструзии составляет по меньшей мере 0,6 мм.
40. Способ по п.35, отличающийся тем, что дополнительно содержит размещение вытеснителя внутри смеси порошкообразного топливного материала и металлического нетопливного материала до вышеупомянутого спекания, так что вышеупомянутое спекание приводит в результате к образованию заготовки топливного сердечника, которая включает в себя вытеснитель.
41. Способ по п.35, отличающийся тем, что
каркас содержит хвостовик, выполненный в форме и конфигурации, обеспечивающих его крепление к активной зоне наземного ядерного энергетического реактора; и
топливная сборка имеет термодинамическую конструкцию и физическую форму, обеспечивающие ее работу в наземном ядерном энергетическом реакторе.
42. Способ по п.41, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя размещение топливной сборки внутри наземного ядерного энергетического реактора.
43. Способ по п.35, отличающийся тем, что
водно-топливное отношение представляет собой отношение площадей внутри поперечного сечения, которое перпендикулярно продольным осям множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов и проходит через множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов, причем это отношение представляет собой отношение (1) общей площади, имеющейся для потока замедлителя для множества топливных элементов, к (2) общей площади топливных сердечников множества топливных элементов; и
водно-топливное отношение составляет 2,4 или менее.
44. Топливная сборка, предназначенная для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора, содержащая
каркас, включающий в себя хвостовик, выполненный в форме и конфигурации, предназначенных для его монтажа к внутренней конструкция активной зоны ядерного реактора;
первое множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов, опирающихся на каркас, причем каждый из вышеупомянутого первого множества топливных элементов содержит
топливный сердечник, содержащий топливный материал, расположенный в матрице из металлического нетопливного материала, причем топливный материал содержит делящийся материал, и
оболочку, окружающую топливный сердечник; и
второе множество удлиненных топливных элементов, опирающихся на каркас, причем в поперечном сечении топливной сборки второе множество удлиненных топливных элементов располагается в виде кольца шириной в один топливный элемент, которое окружает первое множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов;
первое множество удлиненных топливных элементов составляет по меньшей мере 60% общего объема всех топливных элементов топливной сборки,
причем водно-топливное отношение в зоне топливных элементов составляет 2,4 или менее.
45. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что каждый из второго множества удлиненных топливных элементов содержит полый стержень с таблеточным топливом из диоксида урана, расположенным внутри стержня.
46. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что часть топливной сборки, которая поддерживает второе множество удлиненных топливных элементов, является неотделимой от части топливной сборки, которая поддерживает первое множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов.
47. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что второе множество удлиненных топливных элементов является неотделимым, как единый блок, от первого множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов.
48. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что
топливная сборка образует решетку позиций 17´17;
каждый из первого множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов расположен в одной из позиций решетки;
ни один из первого множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов не расположен в любой из периферийных позиций решетки 17´17; и
каждый из второго множества удлиненных топливных элементов расположен в различной позиции из периферийных позиций решетки 17´17.
49. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что
топливная сборка имеет форму и конфигурацию, обеспечивающие се встраивание в наземный ядерный энергетический реактор вместо традиционной топливной сборки из оксида урана для вышеупомянутого реактора; и
наземный ядерный энергетический реактор представляет собой традиционную ядерную энергетическую установку, имеющую конструкцию реактора, которая фактически эксплуатировалась до 2010 г.
50. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что вышеупомянутый общий объем всех топливных элементов топливной сборки включает в себя общий объем всех топливных элементов, которые опираются на хвостовик.
Текст
Топливные сборки ядерного реактора включают в себя топливные элементы, которые спекаются или отливаются для образования заготовок и подвергаются совместной экструзии для получения спиральной многолопастной формы. Топливный сердечник может содержать металлический сплав из металлического топливного материала и металлического нетопливного материала или керамическое топливо в металлической матрице из нетопливного материала. Топливные элементы могут использовать более обогащенный делящийся материал и в то же время обеспечить поддержание безопасных рабочих температур. Такие топливные элементы, выполненные согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения, могут обеспечить более высокую установленную мощность при более безопасных, более низких температурах, чем возможно в случае использования традиционных топливных стержней из оксида урана. Топливная сборка может также включать в себя множество традиционных топливных стержней из диоксида урана, что может помочь топливной сборки удовлетворить требования относительно имеющегося пространства для размещения тепловых сборок внутри традиционных ядерных реакторов. Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к топливным сборкам ядерного реактора, используемым в активной зоне ядерного реактора, а более конкретно - к металлическим ядерным топливным элементам. Уровень техники В патентной заявке в США 2009/0252278 А 1 описана топливная сборка ядерного реактора, которая включает в себя блок запальной зоны и блок зоны воспроизводства ядерного реактора. Блок зоны воспроизводства ядерного реактора включает в себя топливные элементы на основе тория. Блок запальной зоны ядерного реактора включает в себя металлические топливные элементы, изготовленные из урана или плутония, используемые для высвобождения нейтронов, которые захватываются топливными элементами из тория зоны воспроизводства, в результате образуя делящийся уран U-233, который сгорает на месте и выделяет тепло для атомной электростанции. В традиционных атомных электростанциях обычно используются топливные сборки, которые включают в себя множество топливных стержней, каждый из которых содержит топливо из оксида урана, заключнное в цилиндрическую трубку. Краткое описание изобретения Площадь поверхности цилиндрической трубки обычных топливных стержней ограничивает количество тепла, которое может быть передано от стержня к первичному теплоносителю. Чтобы избежать перегрева топливного стержня в результате ограниченной площади поверхности для отбора теплового потока, количество делящегося материала в этих топливных стержнях из оксида урана или топливных стержней из смеси оксида плутония и оксида урана обычно существенно ограничивалось. Один или несколько вариантов осуществления данного изобретения позволяют преодолеть различные недостатки,присущие традиционным топливным стержням из оксида урана, путм замены их полностью металлическими многолопастными топливными стержнями, изготовленных с помощью совместной экструзии с использованием метода порошковой металлургии (топливных элементов). Металлические топливные элементы имеют значительно большую площадь поверхности, чем аналогичные им стержни из оксида урана и, следовательно, способствуют передаче значительно большего тепла от топливного элемента к первичному теплоносителю при более низкой температуре. Спиральные рбра многолопастных топливных элементов обеспечивают конструкционную поддержку топливного элемента, что может способствовать уменьшению количества или исключению дистанционирующих решток, которые требовались бы в противном случае. Уменьшение количества или исключение таких дистанционирующих решток имеет то преимущество, что оно уменьшает силу гидравлического сопротивления потоку теплоносителя, что может улучшить теплопередачу к теплоносителю. Более высокая теплопередача от металлических топливных стержней к теплоносителю означает,что возможно генерировать больше тепла (т.е. мощности) и в то же время поддерживать топливные элементы при более низкой рабочей температуре благодаря значительно более высокой теплопроводности металлов по сравнению с оксидами. Хотя традиционные топливные стержни из оксида или смеси оксидов обычно ограничены нагрузкой делящегося материала порядка 4-5% из-за соображений, связанных с перегревом, более высокие теплопередающие свойства металлических топливных элементов, выполненных согласно различным вариантам осуществления данного изобретения, позволяют использовать значительно более высокие загрузки делящегося материала и при этом поддерживать безопасную работу топлива. И наконец, использование металлических топливных элементов согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения может обеспечить большую величину вырабатываемой мощности из той же активной зоны реактора, чем возможна при использовании традиционных топливных стержней из оксида урана или смеси оксидов. Применение полностью металлических топливных элементов согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения может иметь то преимущество, что оно уменьшает риск отказа топлива, поскольку металлические топливные элементы снижают риск выброса газообразных продуктов деления в теплоноситель первого контура, что возможно в случае использования традиционных топливных стержней из оксида урана или смеси оксидов. Применение полностью металлических топливных элементов согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения может быть, кроме того, более безопасным, чем использование традиционных топливных стержней из оксида урана, поскольку полностью металлическая конструкция увеличивает теплопередачу внутри топливного элемента, тем самым уменьшая разницу температур внутри топливного элемента и уменьшая риск локального перегрева топливного элемента. В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения предложена топливная сборка для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора (например, наземного или морского ядерного реактора). Сборка включает в себя каркас, содержащий хвостовик, выполненный в форме и конфигурации, рассчитанных на его крепление к внутренней конструкции активной зоны ядерного реактора, и множество удлиннных металлических топливных элементов, опирающихся на каркас. Каждый из множества топливных элементов включает в себя металлический топливный сердечник из сплава металлов, содержащий металлический топливный материал и металлический нетопливный материал. Топливный материал включает в себя делящийся материал. Каждый топливный элемент также включает в себя оболочку, окружающую топливный сердечник. Множество удлиннных металлических топливных элементов составляет по меньшей мере 70% по объму от всего делящегося материала топливной сборки. В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения предложена топливная сборка для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора. Сборка включает в себя каркас, содержащий хвостовик, выполненный в форме и конфигурации, предназначенных для его крепления к внутренней конструкции активной зоны ядерного реактора. Сборка включает в себя также множество удлиннных, изготовленных с помощью экструзии металлических топливных элементов, опирающихся на каркас, причм каждый из вышеупомянутого множества топливных элементов включает в себя металлический топливный сердечник из сплава, включающий в себя металлический топливный материал и металлический нетопливный материал. Топливный материал содержит делящийся материал. Топливный элемент включает в себя также оболочку, окружающую топливный сердечник. Воднотопливное отношение в зоне металлических топливных элементов составляет 2,5 или менее. В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения предлагается способ изготовления топливной сборки для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора. Этот способ включает в себя изготовление каждого из множества удлиннных металлических топливных элементов с порошкообразным металлическим нетопливным материалом, причм порошкообразный металлический топливный материал включает в себя делящийся материал, спекание смешанного порошкообразного металлического топливного материала и металлического нетопливного материала для образования топливного сердечника, заключение топливного сердечника в оболочку и совместную экструзию топливного сердечника и материала оболочки для формирования топливного элемента. Этот способ включает также монтаж множества удлиннных металлических топливных элементов на каркасе топливной сборки. Водно-топливное отношение в зоне металлических топливных элементов может составлять 2,5 или менее. Этот способ может включать в себя позиционирование вытеснителя внутри смеси порошкообразного металлического топливного материала и металлического нетопливного материала перед вышеупомянутым спеканием, так что вышеупомянутое спекание приводит в результате к образованию топливного сердечника, который включает в себя вытеснитель. Топливная сборка может размещаться в наземном ядерном энергетическом реакторе. Согласно одному или нескольким этим вариантам осуществления данного изобретения множество удлиннных топливных элементов могут составлять по меньшей мере 60% от общего объма всех топливных элементов топливной сборки. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения средняя толщина оболочки составляет по меньшей мере 0,6 мм. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка имеет термодинамическую конструкцию и выполняется физически в форме, пригодной для эксплуатации в составе наземного ядерного энергетического реактора. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка может применяться в сочетании с наземным ядерным энергетическим реактором, причм топливная сборка располагается внутри наземного ядерного энергетического реактора. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения в отношении множества топливных элементов: топливный материал топливного сердечника имеет обогащение до 20% или менее по урану-235 и/или урану-233 и составляет от 20 до 30% объмного содержания топливного сердечника; нетопливный металл составляет от 70 до 80% объмного содержания топливного сердечника. В отношении множества топливных элементов степень обогащения топливного материала может составлять от 15 до 20%. Нетопливный металл топливного сердечника может включать в себя цирконий. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения сердечник включает в себя -фазный UZr2. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения в отношении множества топливных элементов: топливный материал топливного сердечника включает в себя плутоний; нетопливный металл топливного сердечника включает в себя цирконий, причм нетопливный металл топливного сердечника составляет от 70 до 97% объмного содержания топливного сердечника. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения топливный материал включает в себя комбинацию: урана и тория; плутония и тория; или урана, плутония и тория. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения оболочка множества из множества топливных элементов металлургически сцеплена с топливным сердечником. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения нетопливный металл множества из множества топливных элементов включает в себя алюминий. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения нетопливный металл множества из множества топливных элементов включает в себя жаростойкий металл. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения оболочка множества из множества топливных элементов включает в себя цирконий. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения множество из множества топливных элементов изготавливаются с помощью совместной экструзии топливного сердечника и оболочки. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка, один или большее число элементов топливной сборки и/или один или большее число топливных сердечников топливных элементов включают в себя выгорающий поглотитель. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения множество удлиннных металлических топливных элементов составляют по меньшей мере 80% от общего объма делящегося материала топливной сборки. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения наземный ядерный энергетический реактор представляет собой традиционную ядерную энергетическую установку,имеющую конструкцию реактора, которая фактически эксплуатировалась до 2010 г. Каркас топливной сборки может иметь форму и конфигурацию, предназначенные для встраивания в наземный ядерный энергетический реактор вместо традиционной топливной сборки на основе оксида урана для реактора. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения один или большее число топливных элементов имеют спирально закрученный многолопастной профиль,который образует множество спиральных рбер. Дистанционирующие рбра соседних топливных элементов из множества топливных элементов могут периодически контактировать друг с другом вдоль осевой длины топливных элементов, причм такое контактирование помогает поддерживать определнное расстояние между соседними топливными элементами. Топливная сборка может иметь водно-топливное отношение по меньшей мере 2,5 или 2,5 и менее. Многолопастной профиль может включать в себя вогнутые зоны между соседними рбрами. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения соответствующие топливные сердечники из металлического сплава множества металлических топливных элементов формируются с помощью спекания топливного материала и металлического нетопливного материала. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения многолопастной профиль включает в себя кончики лопастей и промежуточные секции между соседними лопастями, причм оболочка толще на кончиках лопастей, чем на промежуточных секциях между лопастями. В одном или нескольких таких вариантах осуществления данного изобретения предложен способ изготовления топливной сборки для использования в активной зоне наземного ядерного энергетического реактора. Этот способ включает в себя изготовление каждого из множества удлиннных металлических топливных элементов путм смешивания порошкообразного металлического топлива с порошкообразным металлическим нетопливным материалом, причм порошкообразный металлический топливный материал включает в себя делящийся материал. Изготовление каждого из удлиннных металлических топливных элементов включает в себя также спекание смеси порошкообразного металлического топлива и металлического нетопливного материала для образования заготовки топливного сердечника, заключение заготовки топливного сердечника в оболочку и совместную экструзию топливного сердечника и материала оболочки для образования топливного элемента. Этот способ включает в себя также монтаж множества удлиннных топливных элементов на каркасе топливной сборки, содержащей хвостовик,имеющий форму и конфигурацию для крепления к активной зоне наземного ядерного энергетического реактора. Множество удлиннных металлических топливных элементов составляют по меньшей мере 70% от общего объма делящегося материала топливной сборки. Топливная сборка имеет термодинамическую конструкцию и физическую форму, рассчитанные на е эксплуатацию в наземном ядерном энергетическом реакторе. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения этот способ также включает в себя позиционирование вытеснителя внутри смеси порошкообразного металлического топливного материала и металлического нетопливного материала перед спеканием, так чтобы спекание привело в результате к формированию топливного сердечника, включающего в себя вытеснитель. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения этот способ также включает в себя размещение топливной сборки внутри наземного ядерного энергетического реактора. В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения предложен ядерный реактор, который включает в себя реактор с тяжлой водой под давлением и топливную сборку, размещнную в реакторе с тяжлой водой под давлением. Топливная сборка включает в себя множество удлиннных металлических топливных элементов, прикреплнных друг к другу. Каждый из множества топливных элементов включает в себя металлический топливный сердечник из сплава металлов, изготовленный методом порошковой металлургии, содержащий металлический топливный материал и металлический нетопливный материал, причм топливный материал содержит делящийся материал. Каждый топливный элемент включает в себя также оболочку, окружающую топливный сердечник. Множество удлиннных металлических топливных элементов составляют по меньшей мере 70% от общего объма делящегося материала топливной сборки. Каждый из топливных элементов имеет спирально закрученный многоло-3 023017 пастной профиль, который образует множество спиральных дистанционирующих рбер. В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения предложен ядерный реактор, который включает в себя реактор с тяжлой водой под давлением и топливную сборку, распложенную в реакторе с тяжлой водой под давлением. Топливная сборка включает в себя множество удлиннных металлических топливных элементов, прикреплнных друг к другу, причм каждый из вышеупомянутого множества топливных элементов включает в себя металлический топливный сердечник из сплава,содержащий металлический топливный материал и металлический нетопливный материал, причм топливный материал содержит делящийся материал, и оболочку, окружающую топливный сердечник. Водно-топливное отношение в области металлических топливных элементов может составлять 2,5 или менее. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка включат в себя также множество топливных элементов из диоксида урана, опирающихся на каркас, причм каждый из топливных элементов из диоксида урана содержит топливо UO2. По меньшей мере, некоторые из множества удлиннных топливных элементов из диоксида урана могут быть расположены в поперечном направлении наружу от множества удлиннных металлических топливных элементов. Топливо из диоксида урана может быть обогащено менее чем на 15% ураном U-235. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка включает в себя также кожух, который отделяет поток теплоносителя, протекающий вблизи множества удлиннных топливных элементов из диоксида урана, от потока теплоносителя, протекающего вблизи множества удлиннных металлических топливных элементов. В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения предложена топливная сборка для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора. Эта сборка включает в себя каркас, содержащий хвостовик, выполненный в форме и имеющий конфигурацию, рассчитанные на крепление хвостовика к внутренней конструкции активной зоны ядерного реактора. Сборка включает в себя множество удлиннных, изготовленных методом экструзии металлических топливных элементов,опирающихся на каркас. Каждый из вышеупомянутого множества топливных элементов включает в себя металлический топливный сердечник из сплава, содержащий металлический топливный материал и металлический нетопливный материал, причм топливный материал содержит делящийся материал, и оболочку, окружающую топливный сердечник. Сборка включает в себя множество дополнительных удлиннных топливных элементов, опирающихся на каркас. Если смотреть на вид в разрезе топливной сборки, то множество дополнительных удлиннных топливных элементов могут быть расположены в виде кольца шириной в один топливный элемент, окружающего множество удлиннных, выполненных методом экструзии металлических топливных элементов. Множество удлиннных металлических топливных элементов может составлять по меньшей мере 60% от общего объма всех топливных элементов топливной сборки. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения каждый топливный элемент из множества дополнительных удлиннных топливных элементов традиционного контейнерного типа содержит полый стержень с таблеточным топливом из диоксида урана, расположенным внутри стержня. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения часть топливной сборки, которая поддерживает множество дополнительных удлиннных топливных элементов,является неотделимой от части топливной сборки, которая поддерживает множество удлиннных, изготовленных методом экструзии металлических топливных элементов. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения множество дополнительных удлиннных топливных элементов являются неотделимыми, как единый блок, от множества удлиннных, изготовленных методом экструзии металлических топливных элементов. Согласно одному или нескольким таким вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка образует решетку позиций 1717, причм каждый из множества удлиннных, изготовленных методом экструзии металлических топливных элементов расположен в одной из позиций этой решетки, ни один из множества удлиннных, изготовленных методом экструзии металлических топливных элементов, не расположен в любой из периферийных позиций рештки 1717 и каждый из множества дополнительных удлиннных топливных элементов расположен в отличной от других периферийной позиции решетки 1717. Согласно одному или нескольким вышеупомянутым вариантам осуществления данного изобретения сердечник может содержать керамический топливный материал вместо металлического топливного материала. В одном или нескольких таких вариантах осуществления данного изобретения топливный материал содержит керамический топливный материал, расположенный в матрице из металлического нетопливного материала. В противоположность этому, в одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения в отношении металлического топлива множество удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов содержит множество удлиннных, изготовленных методом экструзии металлических топливных элементов, причм топливный материал содержит металлический топливный материал, а топливный сердечник представляет собой топливный сердечник из сплава металлов, содержащий сплав металлического топливного материала и матрицу из металлического нетопливного материала. Эти и другие аспекты различных вариантов осуществления данного изобретения, а также способы эксплуатации и функционирования соответствующих элементов конструкции и комбинация частей и компонентов и аспекты экономики изготовления станут более очевидными при рассмотрении последующего технического описания и приложенной формулы изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, все из которых образуют часть данного технического описания, в котором одинаковые условные обозначения обозначают соответствующие аналогичные компоненты на различных рисунках. В одном варианте осуществления данного изобретения конструкционные компоненты, показанные на рисунках,изображены в масштабе. Следует, однако, понимать, что чертежи предназначены только для целей иллюстрации и описания, и не призваны ограничивать рамки объма данного изобретения. Кроме того,следует понимать, что конструкционные особенности, показанные или описанные в любом из вариантов осуществления данного изобретения, могут быть использованы также в других вариантах осуществления данного изобретения. При использовании в техническом описании и формуле изобретения единственное число подразумевает также, что данное понятие относится к множественному числу, если только контекст не указывает явно на отличное толкование. Краткое описание чертежей Для лучшего понимания вариантов осуществления данного изобретения, а также других целей и дополнительных характеристик данного изобретения ссылки сделаны на последующее техническое описание, которое должно использоваться в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых: на фиг. 1 дан вид в разрезе топливной сборки согласно одному из вариантов осуществления данного изобретения, причм разрез выполнен в плоскости самодистанционирования; на фиг. 2 дан вид в разрезе топливной сборки, изображнной на фиг. 1, причм разрез выполнен в плоскости, сдвинутой на 1/8 аксиальной завивки топливных элементов по отношению к виду, изображнному на фиг. 1; на фиг. 3 дан вид в разрезе топливной сборки, изображнной на фиг. 1, выполненном в плоскости,параллельной осевому направлению топливной сборки; на фиг. 4 дан общий вид топливного элемента топливной сборки, изображнной на фиг. 1; на фиг. 5 дан вид в разрезе топливного элемента, изображнного на фиг. 3; на фиг. 6 дан вид в разрезе топливного элемента, изображнного на фиг. 3, окружнного правильным многоугольником; на фиг. 7 А дан вид с торца на топливную сборку согласно альтернативному варианту осуществления данного изобретения, предназначенной для использования в реакторе с тяжлой водой под давлением; на фиг. 7 В дан вид сбоку на часть топливной сборки, изображнной на фиг. 7 А; на фиг. 8 приведена принципиальная схема реактора с тяжлой водой под давлением, использующей топливную сборку, изображнную на фиг. 7A и 7 В; на фиг. 9 дан вид в разрезе топливного элемента, изображнного на фиг. 3; на фиг. 10 дан вид в разрезе топливной сборки согласно одному из вариантов осуществления данного изобретения. Осуществление изобретения На фиг. 1-3 показана топливная сборка 10 согласно одному из вариантов осуществления данного изобретения. Как показано на фиг. 3, топливная сборка 10 содержит множество топливных элементов 20,опирающихся на каркас 25. Как показано на фиг. 3, каркас 25 содержит кожух 30, направляющие каналы 40, головку 50, хвостовик 60, нижнюю решетку 70, верхнюю решетку 80 и/или другие конструктивные элементы, которые позволяют сборке 10 функционировать в качестве топливной сборки в ядерном реакторе. Один или несколько из этих компонентов каркаса 25 могут отсутствовать согласно различным вариантам осуществления данного изобретения, не выходя за рамки объма данного изобретения. Как показано на фиг. 3, кожух 30 крепится к головке 50 и хвостовику 60. Хвостовик 60 (или другой подходящий конструктивный элемент сборки 10) имеет конструкцию и форму в качестве границы передачи потока теплоносителя между сборкой 10 и реактором 90, в который встраивается сборка 10 для обеспечения протекания потока теплоносителя в активную зону реактора через сборку 10 с помощью хвостовика 60. Головка 50 способствует направлению потока нагретого теплоносителя от сборки 10 к парогенераторам электростанции (для водоводяного энергетического реактора), турбинам (для ядерных реакторов с кипящей водой) и т.п. Головка 50 и хвостовик 60 имеют форму, которая специально конструируется для точного сопряжения с элементами внутренней конструкции активной зоны реактора. Как показано на фиг. 3, нижняя решетка 70 и верхняя решетка 80 предпочтительно жстко крепятся(например, с помощью сварки, подходящих крепжных элементов (например, болтов, винтов) и т.п.) к кожуху 30 или хвостовику 60 (и/или к другим подходящим структурным компонентам сборки 10). Нижние аксиальные концы элементов 20 образуют штифты 20 а, которые вставляются в отверстия 70 а в нижней решетке 70 для поддержки элементов 20 и для того, чтобы обеспечить надлежащее дистанционирование между элементами 20. Штифты 20 а крепятся в отверстиях 70 а таким образом, чтобы предотвратить вращение элементов 20 вокруг своей оси или их осевое перемещение относительно нижней решетки 70. Это ограничение вращения помогает гарантировать, что все точки контакта между соседними элементами 20 имеют место в одних и тех же осевых позициях вдоль элементов 20 (например, в плоскостях самодистанционирования, описанных ниже). Соединение между штифтами 20 а и отверстиями 70 а может быть выполнено с помощью сварки, плотной посадки, сопрягаемых нецилиндрических элементов,который предотвращают вращение (например, шпоночная канавка и шлиц), и/или с помощью подходящего механизма, служащего для ограничения осевого и/или вращательного перемещения элементов 20 относительно нижней решетки 70. Нижняя решетка 70 включает в себя осевые каналы (например, сетку промов), через которые поток теплоносителя поступает к элементам 20. Верхние аксиальные концы элементов 20 образуют штифты 20 а, которые вставляются в отверстия 80 а верхней решетки 80, чтобы позволить верхним штифтам 20 а свободно перемещаться в осевом направлении вверх в верхней решетке 80, и в то же время поддерживать необходимое расстояние между элементами 20. В результате этого, когда элементы 20 удлиняются в осевом направлении во время реакции расщепления атомных ядер, удлиняющиеся элементы 20 могут свободно проходить глубже в верхнюю решетку 80. Как показано на фиг. 4, штифты 70 а проходят в центральную часть элемента 20. На фиг. 4 и 5 показан отдельный топливный элемент/стержень 20 сборки 10. Как показано на фиг. 5,удлиннная центральная часть топливного элемента 20 имеет четырхлопастное поперечное сечение. Поперечное сечение элемента 20 остатся, по существу, равномерным по всей длине центральной части элемента 20. Каждый топливный элемент 20 имеет топливный сердечник 100, который включает в себя жаростойкий металл и топливный материал, который включает в себя делящийся материал. Вытеснитель 110, который содержит жаростойкий металл, расположен вдоль продольной оси в центре топливного сердечника 100. Вытеснитель 110 помогает ограничить температуру в центре самой толстой части топливного элемента 20 путм вытеснения делящегося материала, который в противном случае занимал бы это пространство, и минимизировать неравномерность теплового потока вдоль поверхности топливного элемента. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения вытеснитель 110 может быть полностью исключн. Как показано на фиг. 5, сердечник 100 заключн в оболочку 120 из жаростойкого металла. Оболочка 120 предпочтительно является достаточно толстой, достаточно прочной и достаточно гибкой, чтобы выдержать без разрушения разбухание сердечника 100, вызванного облучением (например, без появления контакта сердечника 100 с окружающей средой снаружи оболочки 120). Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения толщина всей оболочки 120 составляет по меньшей мере 0,3, 0,4, 0,5 и/или 0,7 мм. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения толщина оболочки 120 составляет по меньшей мере 0,4 мм, с тем чтобы уменьшить риск повреждения, связанного с распуханием сердечника, повреждения, связанного с окислением, и/или другого механизма повреждения оболочки 120. Оболочка 120 может иметь, по существу, равномерную толщину в окружном направлении (т.е. вокруг периметра оболочки 120, как показано на виде в разрезе фиг. 5) и вдоль осевой/продольной длины сердечника 100 (как показано на фиг. 4). В альтернативном варианте, как показано на фиг. 5, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения оболочка 120 является более толстой у кончиков лопастей 20b, чем у вогнутой межсекционной зоны 20 с между лопастями 20b. К примеру, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения оболочка 120 у кончиков лопастей 20b может быть по меньшей мере на 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 125 и/или 150% толще, чем оболочка 120 у вогнутых межсекционных зон 20 с. Более толстая оболочка 120 у кончиков 20b обеспечивает лучшее сопротивление износу у кончиков лопастей 20b, где соседние топливные элементы 20 соприкасаются друг с другом в плоскостях самодистанционирования (описанных ниже). Жаростойкий металл, используемый в вытеснителе 110, топливном сердечнике 100 и оболочке 120,содержит цирконий согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения. Термин "цирконий", используемый в настоящем техническом описании, может означать чисто цирконий или цирконий в сочетании с другим легирующим материалом (материалами). Однако могут использоваться и другие жаростойкие металлы вместо циркония, не выходя за рамки объма данного изобретения(например, ниобий, молибден, тантал, вольфрам, рений, титан, ванадий, хром, цирконий, гафний, рутений, осмий, иридий и/или другие металлы). Используемый здесь термин "жаростойкий металл" означает любой металл/сплав, имеющий температуру плавления выше 1800C (2073 K). Кроме того, в некоторых вариантах осуществления данного изобретения жаростойкий металл может быть заменн другим нетопливным металлом, например алюминием. Однако использование нежаростойкого нетопливного металла наиболее пригодно в случае активных зон реакторов, которые эксплуатируются при более низких температурах (например, малые активные зоны, которые имеют высоту около 1 м и номинальную электрическую мощность порядка 100 МВт или менее). Жаростойкие металлы предпочтительно применять в активных зонах с более высокими рабочими температурами. Как показано на фиг. 5, центральная часть топливного сердечника 100 и оболочка 120 имеет четырхлопастной профиль, образующий спиральные дистанционирующие рбра 130. Вытеснитель 110 может также иметь такую форму, чтобы он выступал наружу у рбер 130 (например, углы вытеснителя квадратного сечения могут быть выполнены соосными с рбрами 130). Согласно альтернативному варианту осуществления данного изобретения топливные элементы 20 могут иметь большее или меньшее число рбер 130, без отступления от рамок объма данного изобретения. К примеру, как в общем виде показано на фиг. 5, иллюстрирующей публикацию патентной заявки в США 2009/0252278 А 1, топливный элемент может иметь три ребра/лопасти, которые предпочтительно находятся на равном расстоянии друг от друга вдоль окружности. Число лопастей/рбер 130 может зависеть, по меньшей мере отчасти, от формы топливной сборки 10. К примеру, четырхлопастной элемент 20 может хорошо работать с топливной сборкой 10, имеющей квадратное сечение (например, такой, какая используется в реакторе АР-1000). В противоположность этому, трхлопастной топливный элемент может хорошо работать с топливной сборкой, имеющей гексагональное сечение (например, используемой в водоводяном ядерном реакторе). На фиг. 9 показаны различные размеры топливного элемента согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения любые из этих размеров, параметров и/или диапазонов, указанные в приведнной ниже таблице, могут быть увеличены или уменьшены на 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50% или более, без отхода от рамок объма данного изобретения. Как показано на фиг. 4, вытеснитель 110 имеет форму поперечного сечения в виде правильного квадратного четырхугольника с углами правильного квадратного четырхугольника, соосными с рбрами 130. Вытеснитель 110 образует спираль, которая совпадает со спиралью рбер 130, так что углы вытеснителя 110 остаются соосными с углами рбер 130 вдоль аксиальной длины топливного сердечника 100. В альтернативных вариантах осуществления данного изобретения с большим или меньшим числом рбер 130 вытеснитель 110 предпочтительно имеет поперечное сечение в форме правильного многоугольника с числом сторон, равным числу рбер элемента 20. Как показано на фиг. 6, площадь поперечного сечения центральной части элемента 20 предпочтительно является значительно меньшей, чем площадь квадрата 200, в котором кончик каждого из рбер 130 расположен по касательной относительно одной стороны квадрата 200. В более общем случае можно сказать, что площадь поперечного сечения элемента 20, имеющего п рбер, предпочтительно является меньшей, чем площадь правильного многоугольника, имеющего п сторон, в котором кончик каждого из рбер 130 направлен по касательной к одной стороне многоугольника. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения отношение площади сечения элемента 20 к площади квадрата (или соответствующего правильного многоугольника для элементов 20, имеющих большее или меньшее, чем 4, число рбер 130), составляет менее чем 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,35, 0,3. Как показано на фиг. 1, это отношение площадей примерно указывает на то, сколько имеющегося пространства внутри кожуха 30 занимают топливные элементы 20, так что более низкое отношение означает, что имеется больше пространства для теплоносителя, который также действует как замедлитель нейтронов, и это увеличивает водно-топливное отношение (что важно для нейтронной физики), уменьшает гидравлическое сопротивление и увеличивает теплопередачу от элементов 20 к теплоносителю. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения полученное в результате водно-топливное отношение составляет по меньшей мере 2,0,2,25, 2,5, 2,75 и/или 3,0 (в отличие от этого соотношения, равного 1,96, когда используются традиционные цилиндрические топливные стержни из оксида урана). Аналогично этому, согласно различным вариантам осуществления данного изобретения площадь потока теплоносителя топливной сборки 10 увеличивается на более чем 16% по сравнению с применением одной или нескольких традиционных топливных сборок, в которых используются цилиндрические топливные стержни из оксида урана. Увеличенная площадь потока теплоносителя может уменьшить перепад давления теплоносителя через сборку 10 (по сравнению с традиционными топливными сборками из оксида урана), что может иметь преимущества в отношении прокачки теплоносителя через топливную сборку 10. Как показано на фиг. 4, элемент 20 является удлиннным в осевом направлении. В проиллюстрированном здесь варианте осуществления данного изобретения каждый элемент 20 представляет собой элемент полной длины и проходит вдоль всего участка от нижней решетки 70 у нижней части топливной сборки 10 до верхней решетки 80 у верхней части топливной сборки 10. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения и конструкции реактора это может привести в результате к тому,что топливные элементы будут иметь длину от 1 м (для компактных реакторов) до более чем 4 м. Таким образом, для типичных реакторов элементы 20 могут иметь длину от 1 м до 5 м. Однако элементы 20 могут быть удлинены или укорочены для соответствия реактору другого размера, не выходя за рамки объма данного изобретения. Хотя показанные здесь элементы 20 сами по себе имеют полную длину, элементы 20 в альтернативном варианте могут быть сегментированы, так что множество сегментов вместе образуют элемент полной длины. К примеру, четыре отдельных сегмента топливного элемента 20 могут быть состыкованы соосно концом к концу для образования элемента полной длины. Дополнительные решетки 70, 80 могут быть предусмотрены в местах соединений между сегментами для поддержания аксиального дистанционирования и относительного расположения сегментов. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения топливный стержень 100 содержит комбинацию жаростойкого металла/сплава и топливного материала. Жаростойкий металл/сплав может содержать сплав циркония. Топливный материал может содержать низкообогащнный уран (например, U235, U233), плутоний или торий в сочетании с низкообогащнным ураном, как описано ниже, и/или плутонием Используемый здесь термин "низкообогащнный уран" означает, что весь топливный материал содержит менее чем 20% по весу делящегося материала (например, урана-235 или урана-233). Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения урановый топливный материал имеет степень обогащения в диапазоне от 1 до 20%, от 5 до 20%, от 10 до 20% и/или от 15 до 20% по весу урана-235. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения топливный материал содержит 19,7% обогащенного урана-235. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения топливный материал может составлять 3-10%, 10-40% и/или 20-30% объмного содержания топливного сердечника 100. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения жаростойкий металл может составлять 6099%, 60-97%, 60-90%, 65-85% и/или 70-80% объмного содержания топливного сердечника 100. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения объмные содержания в пределах одного или нескольких из этих диапазонов обеспечивают сплав с преимущественными свойствами,как показано на фазовой диаграмме материала для конкретного состава сплава. Топливный сердечник 100 может содержать сплав циркония-урана, который является высоколегированным топливом (т.е. с относительно высокой концентрацией легирующего компонента относительно содержания урана), содержащим либо -фазный UZr2, либо -фазный Zr. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения -фаза бинарного сплава U-Zr может находиться в диапазоне содержания циркония примерно 65-81 вес.% (приблизительно от 63 до 80 атомных%) топливного сердечника 100. Было обнаружено, что осуществление одного или нескольких вариантов данного изобретения приводит в результате к низкому объмному разбуханию топливного элемента 20, вызванного радиационным облучением. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения такое разбухание может быть значительно меньшим, чем имевшее место в том случае, если использовались низколегированные (только по -фазе) составы (например, по меньшей мере с 10, 20, 30, 50, 75, 100, 200, 300,500, 1000, 1200, 1500% или большим уменьшением объмного процента разбухания в расчте на атомный процент выгорания, чем в случае, если использовалось низколегированное топливо из -фазного U10Zr сплава). Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения разбухание топливного элемента 20 или сердечника 100, вызванного радиационным облучением, может составлять менее чем 20, 15, 10, 5, 4, 3 и/или 2 об.% в расчте на атомный процент выгорания. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения распухание ожидается на уровне примерно 1 об.% в расчте на атомный процент выгорания. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения топливный сердечник заменяется бинарным сплавом плутония-циркония с тем же самым или аналогичным объмным содержанием, как у описанных выше топливных сердечников 100 из U-Zr, или с другим объмным содержанием, чем у описанных выше сердечников 100 из сплава U-Zr. К примеру, содержание плутония в сердечнике 100 может быть значительно ниже, чем соответствующее содержание урана в соответствующем сердечнике 100 на основе урана, поскольку плутоний обычно содержит около 60-70 вес.% делящихся изотопов, в то время как низкообогащнный уран содержит 20 вес.% или менее делящихся изотоповU-235. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения объмное содержание плутония в сердечнике 100 может составлять менее чем 15%, менее чем 10% и/или менее чем 5%, причм объмное содержание жаростойкого металла меняется соответственно. Использование высоколегированного сердечника 100, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения, может иметь преимущество, заключающееся в сдерживании высвобождения газообразных продуктов деления во время радиационного облучения. Применение оксидных топлив и топлив из низколегированных металлов обычно сопровождается значительным выбросом газообразных продуктов деления, проблема которых обычно решается с помощью конструкции топливных элементов, как правило, путм установки специальной полости внутри топливного стержня для удержания внутри не выделяющихся газообразных продуктов деления. Топливный сердечник 100, выполненный согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения, в отличие от этого, не выбрасывает газообразные продукты деления. Это происходит отчасти благодаря более низкой рабочей температуре топливного сердечника 100 и тому факту, что атомы газообразных продуктов деления (конкретно Хе и Kr) ведут себя подобно тврдым продуктам деления. Образование пузырьков из газообразных продуктов деления и их миграция вдоль границ зрен к внешней поверхности топливного сердечника не происходят, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения. При достаточно более высоких температурах, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения, могут образовываться небольшие (диаметром в несколько микрон) пузырьки из газообразных продуктов деления. Однако эти пузырьки остаются изолированными внутри топливного сердечника и не образуют взаимосвязанной сетчатой структуры, которая способствовала бы высвобождению газообразных продуктов деления, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения. Металлургическое сцепление между топливным сердечником 100 и оболочкой 120 может обеспечить дополнительный барьер, препятствующий выбросу газообразных продуктов деления. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения топливный сердечник 100(или оболочка 120, или другая подходящая часть топливного элемента 20) одного или нескольких из топливных элементов 20 может быть легирована выгорающим поглотителем, таким как гадолиний, бор,эрбий или другой подходящий материал, поглощающий нейтроны, с тем чтобы образовать интегральный топливный элемент, содержащий выгорающий поглотитель. В разных топливных элементах 20 внутри топливной сборки 10 могут использоваться разные выгорающие поглотители и/или разные количества выгорающего поглотителя. К примеру, некоторые из топливных элементов 20 топливной сборки 10 (например, менее 75%, менее 50%, менее 20%, 1-15%, 1-12%, 2-12% и т.д.) могут включать в себя сердечники 100, содержащие 25, 20 и/или 15 весовых процентов или менее гадолиния (например, 1-25, 1-15, 5-15 вес.% и т.д.). Другие топливные элементы топливной сборки 10 (например, 10-95%, 10-50%, 20-25% или большее число топливных элементов 20 от числа топливных элементов 20, в которых используется гадолиний) могут содержать сердечники 100, содержащие 10 или 5 вес.% или менее эрбия (например, 0,110,0, 0,1-5,0 вес.% и т.д.). Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения выгорающий поглотитель вытесняет топливный материал (а не жаростойкий металл) по сравнению с топливными элементами, которые не содержат выгорающего поглотителя в их сердечниках 100. К примеру, согласно одному варианту реализации топливного элемента 20, сердечник которого в противном случае содержал бы 65 об.% циркония и 35 об.% урана в случае отсутствия выгорающего поглотителя, такой топливный элемент 20 включает в себя сердечник, который содержит 16,5 об.% Gd, 65 об.% циркония и 18,5 об.% урана. Со-9 023017 гласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения выгорающий поглотитель вытесняет жаростойкий металл вместо топливного материала. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения выгорающий поглотитель в сердечнике 100 вытесняет жаростойкий металл и топливный материал в пропорциональной степени. Соответственно, согласно этим различным вариантам осуществления данного изобретения выгорающий поглотитель внутри топливного сердечника 100 может быть расположен в -фазе UZr2 или в -фазе Zr, так что присутствие выгорающего поглотителя не изменяет фазовое состояние сплава UZr2 или сплава Zr, в котором находится выгорающий поглотитель. Топливные элементы 20 с сердечником 100, содержащим выгорающий поглотитель, могут составлять часть (например, 0-100%, 1-99%, 1-50% и т.д.) от общего числа топливных элементов 20 одной или нескольких топливных сборок 10, используемых в активной зоне реактора. К примеру, топливные элементы 20 с выгорающим поглотителем могут быть расположены в наиболее важных местах внутри рештки топливной сборки 10, которая включает также топливные элементы 20 без выгорающего поглотителя для обеспечения контроля распределения мощности и уменьшения концентраций растворимого бора в начале рабочего цикла. Аналогично этому, некоторые топливные сборки 10, которые включают в себя топливные элементы 20 с выгорающим поглотителем, могут располагаться в наиболее важных местах внутри активной зоны реактора по сравнению со сборками 10, которые не включают в себя топливных элементов 20 с выгорающим поглотителем, для обеспечения контроля распределения мощности и для уменьшения концентраций растворимого бора в начале рабочего цикла. Использование таких интегральных выгорающих поглотителей может способствовать конструированию более продолжительных рабочих циклов. Альтернативно и/или дополнительно отдельные нетопливные стержни с выгорающим поглотителем могут быть включены в состав топливной сборки 10 (например, рядом с топливными элементами 20,вместо одного или нескольких топливных элементов 20, вставленными в направляющие каналы в топливных сборках 10, в которые не вставляются стержни регулирования, и т.п.). В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения такие нетопливные стержни с выгорающим поглотителем могут быть сконструированы в виде паукообразной сборки, подобной той, что применяется в реакторах,сконструированных фирмами Babcock and Wilcox или Westinghouse (носящие название сборки стержней с выгорающим поглотителем (BPRA - burnable poison rod assembly. Эти стержни могут затем вставляться в направляющие каналы и закрепляться внутри некоторых топливных сборок 10, где отсутствуют регулирующие блоки системы управления реактивностью для начального цикла работы. Когда используется кластер с выгорающим поглотителем, его можно удалять, когда топливная сборка перегружается для выполнения следующего топливного цикла. Согласно альтернативному варианту осуществления данного изобретения, в котором отдельные нетопливные стержни с выгорающим поглотителем устанавливаются вместо одного или нескольких топливных элементов 20, нетопливные стержни с выгорающим поглотителем остаются в топливной сборке 10 и выгружаются наряду с другими топливными элементами 20,когда топливная сборка 10 достигает окончания своего срока службы. Топливные элементы 20 изготавливаются методом порошковой металлургии с помощью совместной экструзии. Как правило, порошкообразный жаростойкий металл и порошкообразный металлический топливный материал (а также порошкообразный выгорающий поглотитель, если он включен в сердечник 100) для топливного сердечника 100 перемешиваются, заготовка вытеснителя 110 устанавливается внутри порошкообразной смеси, и затем комбинация из порошка и вытеснителя 110 прессуется и спекается в исходный продукт/заготовку топливного сердечника (например, в пресс-форме, которая нагревается до различной степени в течение различных временных интервалов, с тем чтобы обеспечить спекание смеси). Заготовка вытеснителя 110 может иметь такую же или аналогичную форму поперечного сечения, что и окончательно сформированный вытеснитель 110. В альтернативном варианте заготовка вытеснителя 110 может иметь форму, которая сконструирована для деформирования в желаемую форму поперечного сечения вытеснителя 110 после экструзии. Заготовка топливного сердечника (включающая вытеснитель 110 и спечнный материал топливного сердечника 100) вставляется в полый стакан из оболочки 120, который имеет герметично закупоренное дно и отверстие на другом конце. Отверстие на другом конце стакана затем герметизируется с помощью заглушки, изготовленной из того же материала, что и оболочка,для образования заготовки. Заготовка может иметь цилиндрическую форму, или иметь форму, которая более точно напоминает окончательную форму поперечного сечения элемента 20, например, как показано на фиг. 5 и 9. Пресс-заготовка затем подвергается совместной экструзии при определнных температуре и давлении путм продавливания через фильеру для формирования элемента 20, включая окончательно сформированный сердечник 100, оболочку 110 и вытеснитель 120. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения, в которых используется нецилиндрический вытеснитель 110,заготовка может быть надлежащим образом сориентирована относительно фильеры экструзионного пресса, так что углы вытеснителя 110 оказываются соосными с лопастями 20b топливного элемента 20. Процесс экструзии может осуществляться путм прямой экструзии (т.е. перемещения заготовки через неподвижную фильеру) или косвенной экструзии (т.е. перемещения фильеры к неподвижной заготовке). В результате этого процесса обеспечивается металлургическое сцепление оболочки 120 с топливным сердечником 100, что снижает риск отслаивания оболочки 120 от топливного сердечника 100. Стакан и заглушка оболочки 120 металлургически соединяются друг с другом для герметизации топливного сердечника 100 внутри оболочки 120. Высокие температуры плавления жаростойких металлов, используемых в топливных элементах 10, приводят к тому, что порошковая металлургия становится наиболее предпочтительным методом для изготовления компонентов из этих металлов. Согласно одному или нескольким альтернативным вариантам осуществления данного изобретения заготовка топливного сердечника топливных элементов 20 может быть изготовлена путм отливки вместо спекания. Порошкообразный или монолитный жаростойкий металл и порошкообразный или монолитный топливный материал (а также порошкообразный выгорающий поглотитель, если он включен в сердечник 100) могут перемешиваться, расплавляться и заливаться в литейную форму. Литейная форма может образовывать полость в форме заготовки вытеснителя в отлитом сердечнике 100 таким образом,что заготовка вытеснителя 110 может быть вставлена после завершения отливки сердечника 100, аналогично тому, как добавляется оболочка 120 для формирования пресс-заготовки, предназначенной для экструзии. Остальные этапы изготовления топливных элементов 20 могут оставаться теми же или аналогичными описанным выше вариантам осуществления данного изобретения, в которых используется спекание вместо отливки. Последующая экструзия приводит в результате к металлургическому сцеплению между вытеснителем 110 и сердечником 100, а также между сердечником 100 и оболочкой 120. Согласно одному или нескольким альтернативным вариантам осуществления данного изобретения топливные элементы 20 изготавливаются с использованием порошкообразного керамического топливного материала вместо порошкообразного металлического топливного материала. Остальные этапы изготовления могут быть теми же, что описаны выше в отношении вариантов осуществления данного изобретения с использованием порошкообразного металлического топливного материала. В различных вариантах реализации данного изобретения с использование металлического топлива и керамического топлива в процессе изготовления образуется топливный сердечник 100, содержащий топливный материал,расположенный в матрице из металлического нетопливного материала. В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения с использованием металлического топлива полученный в результате топливный сердечник 100 содержит металлический топливный сердечник из сплава, содержащий сплав металлического топливного материала и матрицу из металлического нетопливного материала(например, сплав урана-циркония). В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения с использованием керамического топлива сердечник 100 содержит керамический топливный материал, расположенный в (вкрапленный внутрь) матрице из металлического нетопливного материала. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения керамический топливный материал,используемый в процессе изготовления, может содержать порошкообразный оксид урана или плутония,порошкообразный нитрид урана или плутония, порошкообразный карбид урана или плутония, порошкообразный гидрид урана или плутония, или комбинацию вышеуказанных веществ. В отличие от традиционных топливных элементов из диоксида урана, в которых таблетки из диоксида урана расположены в трубе, процесс изготовления согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения приводит в результате к тому, что керамическое топливо располагается в монолитной матрице из нетопливного материала (например, в матрице из циркония). Как показано на фиг. 4, шаг осевого закручивания спиральных рбер 130 выбирается согласно условию расположения осей соседних топливных элементов 10 с расстоянием между ними, равной ширине противолежащих углов в поперечном сечении топливного элемента, и может составлять от 5 до 20% длины топливного элемента 20. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения шаг (т.е. аксиальная длина, на которой лопасть/ребро делает полный поворот вокруг своей оси) составляет приблизительно 21,5 см, в то время как полная активная длина элемента 20 составляет примерно 420 см. Как показано на фиг. 3, стабильность вертикального расположения топливного элемента 10 обеспечивается внизу - за счт нижней решетки 70, вверху - за счт верхней решетки 80 и относительно высоты активной зоны - за счт кожуха 30. Как показано на фиг. 1, топливные элементы 10 имеют ориентацию вдоль окружности, так что профили лопастей любых двух соседних топливных элементов 10 имеют общую плоскость симметрии, которая проходит через оси двух соседних топливных элементов 10 по меньшей мере в одном поперечном сечении пучка топливных элементов. Как показано на фиг. 1, винтовая скрутка топливных элементов 20 в сочетании с их ориентацией обеспечивает, что существуют одна или большее число плоскостей самодистанционирования. Как показано на фиг. 1, в таких плоскостях самодистанционирования рбра соседних элементов 20 соприкасаются друг с другом для обеспечения соответствующего расстояния между такими элементами 20. Таким образом, расстояние между центрами элементов 20 будет примерно таким же, как ширина между углами каждого элемента 20 (12,6 мм в элементе, показанном на фиг. 5). В зависимости от числа лопастей 20b в каждом топливном элементе 20 и относительного геометрического расположения топливных элементов 20 все соседние топливные элементы 20 или только часть соседних топливных элементов 20 будут контактировать друг с другом. К примеру, в проиллюстрированном здесь варианте осуществления данного изобретения с четырьмя лопастями каждый топливный элемент 20 контактирует со всеми четырьмя соседними топливными элементами в каждой плоскости самодистанционирования. Однако в варианте осуществления данного изобретения с трехлопастными топливными элементами, в котором топливные элементы расположены в виде гексагональной структуры, каждый топливный элемент будет контактировать только с тремя из шести соседних топливных элементов в данной плоскости самодистанционирования. Трхлопастной топливный элемент будет контактировать с другими тремя соседними топливными элементами в следующей аксиально расположенной плоскости самодистанционирования (т.е. смещнной на 1/6 поворота от предыдущей плоскости самодистанционирования). В n-лопастном элементе 20, в котором n топливных элементов являются соседними по отношению к конкретному топливному элементу 20, плоскость самодистационирования будет существовать в каждом 1/n винтовом повороте, например через каждую 1/4 часть поворота для четырхлопастного топливного элемента 20, расположенного в квадратной структуре, так что четыре других топливных элементов 20 являются соседними с топливным элементом 20; через каждую 1/3 часть винтового поворота для трхлопастного элемента, в котором три топливных элемента являются соседними с топливным элементом (т.е. через каждые 120 градусов вдоль периметра топливного элемента). Шаг винтовой скрутки может быть изменн для образования большего или меньшего числа плоскостей самодистанционирования вдоль аксиальной длины топливных элементов 20. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения каждый четырхлопастной топливный элемент 20 включает в себя множество скруток, так что существует множество плоскостей самодистанционирования вдоль аксиальной длины набора топливных элементов 20. В проиллюстрированном варианте осуществления данного изобретения все элементы 20 скручены в одном и том же направлении. Однако согласно альтернативному варианту осуществления данного изобретения соседние элементы 20 могут быть скручены в противоположных направлениях, без отхода от рамок объма данного изобретения. Формула для числа плоскостей самодистанционирования вдоль длины топливного стержня следующая:n - число лопастей (рбер) и число топливных элементов, соседних по отношению к топливному элементу;h - шаг винтовой скрутки. Эта формула будет немного отличаться, если число лопастей и число топливных элементов, соседних относительно данного элемента, различны. В результате такого самодистанционирования в топливной сборке 10 могут отсутствовать дистанционирующие рештки, которые могли бы быть необходимы в противном случае для обеспечения требуемого расстояния между элементами вдоль длины сборки 10. Благодаря исключению дистанционирующих решток теплоноситель может более свободно протекать через сборку 10, что имеет преимущество, увеличивая теплопередачу от элементов 20 к теплоносителю. Однако согласно альтернативным вариантам осуществления данного изобретения сборка 10 может включать в себя дистанционирующую рештку (рештки), без отхода от рамок объма данного изобретения. Как показано на фиг. 3, кожух 30 образует трубчатую оболочку, которая проходит аксиально вдоль всей длины топливных элементов 20 и окружает элементы 20. Однако согласно альтернативному варианту осуществления данного изобретения кожух 30 может содержать аксиально расположенные бандажи с пространством между ними, каждая из которых окружает топливные элементы 20. Один или несколько таких бандажей могут в аксиальном направлении быть расположены соосно с плоскостями самодистанционирования. Аксиально расположенные угловые опоры могут проходить между такими аксиально расположенными бандажами для поддержки бандажей, поддержания центровки бандажей и увеличения прочности топливной сборки. Альтернативно и/или дополнительно отверстия могут быть вырезаны в остальном трубчатом/многоугольном кожухе 30 в тех местах, где кожух 30 не необходим или не желателен для обеспечения опоры. Использование сплошного кожуха 30 может способствовать более качественному регулированию отдельных потоков теплоносителя через каждую отдельную топливную сборку 10. В противоположность этому, использование бандажей или кожуха с отверстиями может облегчить лучшее перемешивание теплоносителя между соседними топливными сборками 10, что может иметь преимущество, заключающееся в снижении перепадов температур теплоносителя между соседними топливными сборками 10. Как показано на фиг. 1, периметр поперечного сечения кожуха 30 имеет форму, которая соответствует реактору, в котором используется сборка 10. В реакторах, таких как АР-1000, в которых используются квадратные топливные сборки, кожух имеет квадратное поперечное сечение. Однако кожух 30 может альтернативно иметь любую подходящую форму, в зависимости от типа реактора, в котором он используется (например, гексагональную форму для использования в водоводяном энергетическом реакторе (например, как показано на фиг. 1 публикации патентной заявки в США 2009/0252278 А 1. Направляющие каналы 40 предназначены для вставки стержней регулирования с поглотителем, изготовленных на основе карбида бора (В 4 С), серебряно-индиево-кадмиевого сплава (Ag, In, Cd), титаната диспрозия (Dy2O3TiO2) или других подходящих сплавов или материалов, используемых для управления реактивностью (не показано), или элементов с выгорающими поглотителями, изготовленных на основе карбида бора, оксида гадолиния (Gd2O3) или других подходящих материалов (не показаны), и расположены в головке 50 с возможностью эластичного осевого смещения. Направляющие каналы 40 могут содержать сплав циркония. К примеру, сборка направляющих каналов 40, показанная на фиг. 1, представляет собой сборку, используемую в реакторе АР-1000 (например, 24 направляющих каналов, расположенных в двух кольцевых рядах в позициях, показанных на рештке 1717). Форма, размер и характерные особенности каркаса 25 зависят от конкретной активной зоны реактора, для которой должна использоваться сборка 10. Таким образом, квалифицированный специалист в данной области техники поймт, каким образом следует изготовить каркас с соответствующими формой и размером для топливной сборки 10. К примеру, каркас 25 может быть выполнен в форме и конфигурации для постановки в активную зону реактора традиционной атомной электростанции вместо традиционной топливной сборки из оксида урана или смеси оксидов урана и плутония (мокс-топлива) для активной зоны ядерной установки. Ядерная энергетическая установка может содержать конструкцию активной зоны реактора, которая была в фактической эксплуатации до 2010 г. (например, 2-, 3- и 4-контурные водоводяные реакторы PWR, легководные кипящие ядерные реакторы BWR-4). В альтернативном варианте ядерная энергетическая установка может иметь совершенно новую конструкцию, которая специально приспособлена для использования с топливной сборкой 10. Как объяснялось выше, проиллюстрированная топливная сборка 10 предназначена для использования в реакторе АР-1000 или EPR (европейский реактор с водой под давлением). Сборка включает в себя решетку 1717 из топливных элементов 20, 24 из которых заменены направляющими каналами 40, как объяснялось выше для общего числа из 265 топливных элементов 20 в реакторе EPR или 264 топливных элементов 20 в реакторе АР-1000 (в реакторе АР-1000, в дополнение к 24 топливным элементам, заменяемым направляющими каналами, центральный топливный элемент также заменн инструментальной трубкой). Элемент 20 преимущественно обеспечивает 100% всего делящегося материала топливной сборки 10. В альтернативном варианте некоторая часть делящегося материала сборки 10 может быть обеспечена с помощью топливных элементов, отличающихся от элементов 20 (например, безлопастных топливных элементов, топливных элементов из оксида урана, элементов, имеющих величины соотношения топлива и/или степень обогащения, которые отличаются от элементов 20). Согласно различным таким вариантам осуществления данного изобретения топливные элементы 20 обеспечивают по меньшей мере 50, 60, 70,75, 80, 85, 90 и/или 95% по объму от всего делящегося материала топливной сборки 10. Использование металлических топливных элементов 20 согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения обеспечивает разнообразные преимущества по сравнению с топливом из оксида урана или смеси оксидов, обычно используемых в водоводяных ядерных реакторах на лгкой воде (LWR) (включая кипящие водяные реакторы и реакторы с водой под давлением), такие как сконструированные фирмой "Вестингауз" (Westinghouse) реакторы АР-1000, сконструированные фирмой "АРЕВА" (AREVA) реакторы EPR или скоструированные фирмой "Дженерал Электрик" (GE) реакторы ABWR. К примеру, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения номинальная мощность для реактора LWR, работающего на стандартном топливе из оксида урана или смеси оксидов, может быть увеличена приблизительно на 30% путм замены полностью металлическими топливными элементами 20 и/или топливной сборкой 10 стандартных топливных элементов из оксида урана и топливных сборок, используемых в настоящее время в существующих типах реакторов LWR или в новых типах реакторов LWR, которые были предложены. Одним из основных ограничений для увеличения номинальной мощности реакторов типа LWR, работающих на стандартном топливе из оксида урана, являлась малая площадь поверхности цилиндрических топливных элементов, которые используются в таком топливе. Цилиндрический топливный элемент имеет наименьшее отношение площади поверхности к объму для любого типа профиля поперечного сечения топливного элемента. Другим крупным ограничением стандартного топлива из оксида урана была относительно низкая степень выгорания, которая может быть достигнута в таких топливных элементах при одновременном удовлетворении приемлемых рабочих характеристик топлива. В результате этого указанные факторы, связанные с использованием стандартного топлива из оксида урана или смеси оксидов, значительно ограничивают уровень, до которого может быть увеличена номинальная мощность существующих реакторов. Один или несколько вариантов осуществления данного изобретения с полностью металлическими топливными элементами 20 позволяет преодолеть указанные выше ограничения. К примеру, как объяснялось выше, отсутствие дистанционирующих решток может уменьшить гидравлическое сопротивление и соответственно увеличить поток теплоносителя и тепловой поток от элементов 20 к первичному теплоносителю. Винтовая скрутка топливных элементов 20 может увеличить перемешивание и турбулентность теплоносителя, что может также увеличить тепловой поток от элементов 20 к теплоносителю. Результаты предварительных нейтронного и термогидравлического анализов приведены ниже, со- 13023017 гласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения: тепловая номинальная мощность реактора LWR может быть увеличена на 30,7% или более (например, тепловая номинальная мощность реактора EPR может быть увеличена от 4,59 до 6,0 ГВт); при объмном содержании урана в смеси урана-циркония на уровне 25% и уровня обогащения ураном-235, составляющей 19,7%, активная зона реактора EPR с четырхлопастной конфигурацией топливных элементов 20 может работать в течение примерно 500-520 эффективных суток на полной мощности при увеличенной тепловой номинальной мощности до 6,0 ГВт в случае замены 72 топливных сборок при перегрузке (один раз каждые 18 месяцев) или в течение 540-560 эффективных суток на полной мощности в случае замены 80 топливных сборок при перегрузке (один раз каждые 18 месяцев); благодаря увеличенной площади поверхности в многолопастном топливном элементе, даже при увеличенной номинальной мощности, составляющей 6,0 ГВт тепловой мощности, средняя величина поверхностного теплового потока многолопастного топливного элемента, как показано, может быть на 45% ниже, чем средняя величина теплового потока для цилиндрических топливных элементов из оксида урана, работающих при номинальной тепловой мощности 4,59 ГВт. Это может обеспечить больший запас прочности в отношении критического теплового потока (например, больший запас до кризиса теплоотдачи в реакторах PWR или реакторах BWR). Кроме того, это может позволить использовать 12 топливных элементов с выгорающим поглотителем в расчте на одну сборку. Выгорающие поглотители могут использоваться для удаления излишней радиоактивности в начале цикла или для увеличения действия допплеровского эффекта во время прогрева активной зоны; таким образом, топливные сборки 10 могут обеспечить большую выходную тепловую мощность при более низкой рабочей температуре топлива, чем в случае использования традиционных топливных сборок из оксида урана или смеси оксидов. Для использования повышенной выходной мощности сборки 10 традиционные энергетические установки могут быть модернизированы (например, с установкой большего числа и/или дополнительных насосов для теплоносителя, парогенераторов, теплообменников, компенсаторов давления, турбин). В действительности, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения модернизация может обеспечить на 30-40% больше электрической мощности по сравнению с существующим реактором. Такая возможность может позволить избежать необходимости сооружения полного второго реактора. Стоимость модернизации может быстро окупиться благодаря увеличению выходной электрической мощности. В альтернативном варианте, могут быть сооружены новые энергетические установки, включающие в себя необходимые системы для управления и использования более высокой выходной тепловой мощности сборок 10. Кроме того, один или несколько вариантов осуществления данного изобретения могут позволить реактору LWR работать с той же номинальной мощностью, что и при использовании стандартного топлива из оксида урана или смеси оксидов, с использованием существующих систем реактора без каких либо существенных модификаций реактора. К примеру, согласно одному варианту осуществления данного изобретения: реактор EPR имел бы такую же выходную мощность, как если бы использовалось традиционное топливо из оксида урана, а именно 4,59 ГВт тепловой мощности; с объмным содержанием урана, составляющим 25% смеси урана и циркония и степенью обогащения урана-235, составляющей приблизительно 15%, активная зона реактора EPR с четырхлопастной конфигурацией металлических топливных элементов 20 могла бы работать в течение примерно 500-520 эффективных суток на полной мощности в случае замены 72 топливных сборок во время перегрузки, или в течение 540-560 эффективных суток на полной мощности в случае замены 80 топливных сборок во время перегрузки; средняя величина поверхностного теплового потока для элементов 20 уменьшается приблизительно на 30% по сравнению со средней величиной поверхностного теплового потока для цилиндрических твэлов с традиционным топливом из оксида урана (например, 39,94 Вт/см 2 против 57,34 Вт/см 2). Поскольку повышение (перепад) температуры теплоносителя, протекающего через сборку 10 (например, разница между температурой на входе и температурой на выходе) и величина расхода теплоносителя, протекающего через сборку 10, остаются приблизительно такими же, как и в случае традиционных топливных сборок, уменьшенная средняя величина поверхностного теплового потока приводит в результате к соответствующему уменьшению температуры поверхности твэла, что способствует увеличению запасов прочности в отношении критического теплового потока (т.е. повышенному запасу до кризиса теплоотдачи в реакторах PWR или BWR). Дополнительно и/или альтернативно топливные сборки 10 согласно одному или нескольким вариантам данного изобретения могут постепенно загружаться в активную зону реактора вместо традиционных топливных сборок. Во время переходного периода топливные сборки 10, имеющие характеристики по выходу делящегося материала/нейтронов/тепловой мощности, аналогичные традиционным топливным сборкам, могут постепенно замещать такие традиционные топливные сборки во время последовательных этапов перегрузок топлива, без изменения рабочих параметров энергетической установки. Таким образом, топливные сборки 10 могут быть встроены в существующую активную зону, что может быть важно во время переходного периода (т.е. начало с частичной активной зоной с топливными сборками 10 и постепенный переход к полной топливной зоне с топливными сборками 10). Кроме того, загрузка делящимся материалом сборок 10 может быть приспособлена к конкретному переходу, желательному для оператора установки. К примеру, загрузка делящимся материалом может быть увеличена соответствующим образом, с тем чтобы увеличить тепловую выходную мощность реактора приблизительно на 0-30% или более относительно использования традиционных топливных сборок,которые заменяются сборками 10. Соответственно оператор энергетической установки может выбрать конкретное значение увеличения мощности на основании существующей инфраструктуры энергетической установки или возможностей работы энергетической установки во время проведения модернизации. Один или несколько вариантов реализации топливных сборок 10 и топливных элементов 20 согласно данному изобретению может быть использован в реакторах на быстрых нейтронах (в противоположность реакторам на лгкой воде), без отхода от рамок объма данного изобретения. В реакторах на быстрых нейтронах нетопливный металл топливного сердечника 100 представляет собой предпочтительно жаростойкий металл (например, чистый молибден или комбинацию молибдена и других металлов), а оболочка 120 предпочтительно изготовлена из нержавеющей стали (которая включает в себя любую разновидность нержавеющего сплава) или другого материала, подходящего для использования с теплоносителем в таких реакторах (например, натрий). Такие топливные элементы 20 могут быть изготовлены с помощью описанного выше процесса совместной экструзии или любого другого подходящего способа(например, вакуумной плавки). Как показано на фиг. 7A, 7 В и 8, топливные сборки 510, выполненные согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения, могут быть использованы в реакторе на тяжлой воде под давлением 500 (см. фиг. 8), таком как реактор CANDU. Как показано на фиг. 7A и 7 В, топливная сборка 510 содержит множество топливных элементов 20,смонтированных на каркасе 520. Каркас 520 содержит две торцевые пластины 520 а, 520b, которые смонтированы на противоположных осевых концах топливных элементов 20 (например, с помощью сварки,плотной посадки, любого из способов крепления, описанных выше и предназначенных для крепления элементов к нижней решетке 70). Элементы 20, используемые в топливной сборке 510, как правило, значительно более короткие, чем элементы 20, используемые в сборке 10. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения и конструкциям реактора 500 элементы 20 и сборки 510, используемые в реакторе 500, могут иметь длину около 18 дюймов. Элементы 20 могут располагаться относительно друг друга в сборке 510 таким образом, что плоскости самодистанционирования поддерживают расстояние между элементами 20 таким же способом, как описано выше в отношении сборки 10. Альтернативно элементы 20 сборки 510 могут быть расположены на таком расстоянии друг от друга, что соседние элементы 20 никогда не касаются друг друга, а вместо этого полностью полагаются на каркас 520 для поддержания требуемого дистанционирования между элементами 20. Дополнительно дистанционирующие устройства могут быть прикреплены к элементам 20 на их рбрах в различных позициях вдоль аксиальной длины элементов 20 для контактирования с соседними элементами 20 и чтобы способствовать обеспечению требуемого расстояния между элементами 20 (например, аналогично тому, как дистанционирующие устройства используются в традиционных топливных стержнях традиционных топливных сборок для реакторов с тяжлой водой под давлением для поддержания расстояния между стержнями). Как показано на фиг. 8, сборки 510 вставляются в каландровые трубы 500 а реактора 500 (иногда называемые в данной области техники как "каландры 500"). Реактор 500 использует тяжлую воду 500b в качестве замедлителя потока нейтронов и первичного теплоносителя. Первичный теплоноситель 500b циркулирует горизонтально по трубам 500 а и затем поступает в теплообменник, где тепло передатся в контур вторичного теплообменника, который обычно используется для выработки электроэнергии с помощью турбин. Загрузочные механизмы топливных сборок (не показаны) используются для загрузки топливных сборок 510 в одну сторону каландровых труб 500 а и выталкивания отработанных сборок 510 из противоположной стороны труб 500 а, обычно во время работы реактора 500. Топливные сборки 510 могут быть сконструированы в качестве непосредственной замены традиционных топливных сборок (также известных в данной области техники как пучки тепловыделяющих стержней ТВС) для существующих традиционных реакторов с тяжлой водой под давлением (например,для реакторов CANDU). В таком варианте осуществления данного изобретения сборки 510 вставляются в реактор 500 вместо традиционных сборок/пучков ТВС. Такие топливные сборки 510 могут быть сконструированы таким образом, что они имеют нейтронные/тепловые свойства, аналогичные заменяемым традиционным сборкам. В альтернативном варианте топливные сборки 510 могут быть сконструированы для обеспечения более высокой тепловой мощности. В таких вариантах осуществления данного изобретения с увеличением тепловой мощности новые или модернизированные реакторы 500 могут быть сконструированы для обеспечения более высокой выходной тепловой мощности. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка 10 предназначена для замены традиционной топливной сборки традиционного ядерного реактора. К примеру, топливная сборка 10, показанная на фиг. 1, специально сконструирована для замены традиционной топлив- 15023017 ной сборки, в которой используется решетка 1717 топливных стержней из диоксида урана. Если направляющие каналы сборки 10 остаются в точности тех же позициях, в которых они бы использовались в традиционной топливной сборке и если все топливные элементы 20 имеют одинаковый размер, то величина шага между топливными элементами/стержнями остатся неизменной между традиционной топливной сборкой из диоксида урана и одним или несколькими вариантами реализации топливной сборки согласно данному изобретению (например, шаг, равный 12,6 мм). Другими словами, продольные оси топливных элементов 20 могут быть расположены в тех же местах, в которых продольные оси традиционных топливных стержней из диоксида урана находились бы в аналогичной традиционной топливной сборке. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения топливные стержни могут иметь больший диаметр по окружности, чем аналогичные топливные стержни из диоксида урана (например, 12,6 мм по сравнению с внешним диаметром 9,5 мм для типичного топливного стержня из диоксида урана). В результате этого в плоскости самодистанционирования, показанной на фиг. 1, в поперечном сечении длина и ширина пространства, занимаемого топливными элементами 20, может быть немного больше, чем длина и ширина пространства, занимаемого традиционными топливными стержнями из диоксида урана в традиционной топливной сборке (например, 214,2 мм для топливной сборки 10 (т.е. 17 топливных элементов 2012,6 мм диаметра описанной окружности для одного топливного элемента) в отличие от 211,1 мм для традиционной топливной сборки из диоксида урана, которая включает в себя решетку 1717 топливных стержней из диоксида урана диаметром 9,5 мм, отделнных друг от друга шагом 12,6 мм). В традиционных топливных сборках из диоксида урана дистанционирующая рештка окружает топливные стержни и увеличивает общую площадь поперечного сечения традиционной топливной сборки до размера 214214 мм. В топливной сборке 10 кожух 30, аналогично этому, увеличивает общую площадь поперечного сечения топливной сборки 10. Кожух 30 может иметь любую подходящую толщину (например, 0,5 или 1,0 мм). В варианте осуществления данного изобретения, использующем кожух 30 толщиной 1,0 мм, общая площадь поперечного сечения варианта реализации топливной сборки 10 может составлять 216,2216,2 мм (например, 214 мм, занимаемых 17 топливными элементами диаметром 12,6 мм, плюс двойная толщина кожуха 30 толщиной 1,0 мм). В результате этого, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка 10 может быть несколько больше (например, 216,2216,2 мм), чем типичная топливная сборка из диоксида урана (214214 мм). Больший размер может затруднить возможность соответствующего встраивания топливной сборки 10 в позиции, предназначенные для топливной сборки, одного или нескольких традиционных реакторов,которые были сконструированы для использования с традиционными топливными сборками из диоксида урана. Для удовлетворения такого изменения размера, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения, может быть сконструирован и сооружн новый реактор для возможности использования более крупных топливных сборок 10. Согласно альтернативному варианту осуществления данного изобретения диаметр описанной окружности всех топливных элементов 20 может быть немного уменьшен, с тем чтобы уменьшить общую площадь поперечного сечения топливной сборки 10. К примеру, диаметр огибающей окружности каждого топливного элемента 20 может быть уменьшен на 0,13 мм до 12,47 мм, так что общая площадь поперечного сечения, занимаемая топливной сборкой 10, остатся сравнимой с общей площадью 214214 мм традиционной топливной сборки (например, 17 топливных элементов 20 диаметром 12,47 мм, плюс две толщины по 1,0 мм кожуха, что дат в результате 214 мм). Такое уменьшение размера решетки 1717 приведт к некоторому изменению положений направляющих каналов 40 в топливной сборке 10 по отношению к положениям направляющих каналов в традиционной топливной сборке. Для удовлетворения этого небольшого изменения в положениях направляющих каналов 40 положения соответствующего кластера стержней регулирования и приводных механизмов стержней регулирования в реакторе могут быть немного сдвинуты для установки направляющих каналов 40 с изменнным положением. В альтернативном варианте, если обеспечены достаточные зазоры и допуски для стержней регулирования в традиционном реакторе, традиционно расположенные стержни регулирования могут быть приемлемо вставлены в немного смещнные трубы 40 топливной сборки 10. В альтернативном варианте диаметр периферийных топливных элементов 20 может быть немного уменьшен, так чтобы вся сборка 10 вставлялась в традиционный реактор, сконструированный для использования обычных топливных сборок. К примеру, диаметр описанной окружности наружного ряда топливных элементов 20 может быть уменьшен на 1,1 мм, так чтобы общий размер топливной сборки составлял 214214 мм (например, 15 топливных элементов 20 диаметром 12,6 мм, плюс два топливных элемента 20 диаметром 11,5 мм, плюс две толщины по 1,0 мм кожуха 30). Альтернативно диаметр описанной окружности двух наружных рядов топливных элементов 20 может быть уменьшен каждый на 0,55 мм, так что общий размер топливной сборки остатся 214214 мм (например, 13 топливных элементов диаметром 12,6 мм, плюс 4 топливных элемента диаметром 12,05 мм, плюс двойная толщина по 1,0 мм кожуха 30). В таком варианте осуществления данного изобретения величина шага и расположение решетки 1313 топливных элементов 20 и направляющих труб 40 остаются неизменными, так что направляющие трубы 40 оказываются соосными с матрицей стержней регулирования и приводными меха- 16023017 низмами стержней регулирования в традиционном реакторе. На фиг. 10 показана топливная сборка 610 согласно альтернативному варианту осуществления данного изобретения. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка 610 предназначена для замены традиционной топливной сборки из диоксида урана в традиционном реакторе, при одновременном поддержании положений стержней регулирования реакторов, предназначенных для использования с различными традиционными топливными сборками из диоксида урана. Топливная сборка 610 в общем случае аналогична топливной сборке 10, которая была описана выше и показана на фиг. 1, однако она содержит несколько отличий, которые помогают сборке 610 лучше встраиваться в один или несколько существующих типов реакторов (например, в реакторы, использующие конструкцию топливной сборки фирмы "Вестингауз", в которой применяется решетка из 1717 стержней из диоксида урана), без изменения положений управляющих стержней и приводных механизмов управляющих стержней. Как показано на фиг. 10, топливная сборка включает в себя матрицу расстояний рештки 1717. Центральную решетку 1515 занимают 200 топливных элементов 20 и направляющие каналы 40, как описано выше в отношении аналогичной топливной сборки 10, показанной на фиг. 1. В зависимости от конкретной конструкции реактора центральный направляющий канал 40 может быть заменен дополнительным топливным элементом 20, если в конструкции реактора не используется центральная труба 40(т.е. 201 топливный элемент 20 и 24 направляющих канала 40). Положения направляющих каналов 40 соответствуют положениям направляющих каналов, используемых в реакторах, предназначенных для использования традиционных топливных сборок из диоксида урана. Периферийные положения (т.е. положения, расположенные в поперечном направлении наружу от топливных элементов 20) матрицы/рештки 1717 топливной сборки 610 занимают 64 топливных элемента/стержня 650 из диоксида урана. Как известно в данной области техники, топливные стержни 650 могут содержать стандартное таблеточное топливо из диоксида урана, расположенное в полом стержне. Таблеточное топливо из диоксида урана может быть обогащено ураном U-235 со степенью обогащения менее 20, менее 15, менее 10 и/или менее 5%. Стержни 650 могут иметь немного меньший диаметр (например, 9,50 мм), чем диаметр огибающей окружности топливных элементов 20, что немного уменьшает общие размеры в поперечном сечении топливной сборки 610, так что сборка 610 лучше входит в пространство, рассчитанное для вставки традиционной топливной сборки из диоксида урана. В проиллюстрированном варианте осуществления данного изобретения топливные стержни/элементы 650 содержат таблеточное топливо из диоксида урана. Однако топливные стержни/элементы могут альтернативно использовать любую другую подходящую комбинацию из одного или нескольких делящихся и/или воспроизводящих материалов (например, тория, плутония, урана-235, урана-233, любой комбинации указанных материалов). Такие топливные стержни/элементы 650 могут содержать металлическое топливо и/или оксидное топливо. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения топливные стержни 650 могут занимать меньше, чем все 64 периферийные позиции. К примеру, топливные стержни 650 могут занимать верхний ряд и левый столбец периферии, тогда как нижний ряд и правый столбец периферии могут занимать топливные элементы 20. Альтернативно топливные стержни 650 могут занимать любые две другие стороны периферии топливной сборки. Кожух 630 может быть модифицирован, с тем чтобы включать в себя дополнительные топливные элементы на периферии топливной сборки. Такие модифицированные топливные сборки могут быть расположены по соседству друг с другом, так что ряд/колонка периферийных топливных элементов в одной сборке всегда будет соседствовать с рядом/колонкой топливных элементов 20 в соседней топливной сборке. В результате этого дополнительное пространство для топливных сборок обеспечивается за счт того, что граница раздела между соседними топливными сборками оказывается немного сдвинута в сторону сборки, которая включает в себя топливные элементы 650 на периферийной стороне, у границы раздела. Такая модификация может обеспечить возможность использования большего числа топливных элементов 20 с большей выходной тепловой мощностью, чем предусмотрено в тепловых сборках 610. Кожух 630 окружает матрицу топливных элементов 20 и отделяет элементы 20 от элементов 650. Головка 50, хвостовик 60, кожух 630, каналы для теплоносителя, сформированные между ними, относительные перепады давления на элементах 20 и элементах 650 и/или увеличенный перепад давления на дистанционирующей рештке 660 (описанный ниже), окружающей элементы 650, могут привести в результате к более высокой величине расхода теплоносителя, протекающего внутри кожуха 630 и рядом с топливными элементами 20 с более высокой выходной тепловой мощностью, чем величина расхода теплоносителя, протекающего снаружи кожуха 630 и рядом с топливными стержнями 650, имеющими меньшую выходную тепловую мощность. Каналы и/или отверстия в кожухе могут быть предусмотрены для оптимизации относительных величин расхода теплоносителя, протекающего рядом с элементами 20,650, на основании их относительных величин выходной тепловой мощности и расчтных рабочих температур. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения водно-топливное отношение для топливных элементов 20 топливной сборки 610 меньше или равно 2,7, 2,6, 2,5, 2,4, 2,3, 2,2, 2,1, 2,0,1,9 и/или 1,8. В проиллюстрированном варианте осуществления данного изобретения водно-топливное отношение равно величине отношения (1) общей площади внутри кожуха 630, имеющейся для теплоносителя/замедлителя, например, аппроксимированной общей площадью поперечного сечения внутри кожуха 630, минус общая площадь поперечного сечения, занимаемая топливными элементами 20 (в предположении, что направляющие трубы 40 заполнены теплоносителем) к (2) общей площади поперечного сечения сердечников 100 топливных элементов 20 внутри кожуха 630. Согласно альтернативному варианту осуществления данного изобретения кожух 630 может быть заменн одним или несколькими кольцевыми бандажами или может быть снабжн отверстиями в кожухе 630, как объяснялось выше. Использование бандажей или отверстий в кожухе 630 может способствовать взаимному перемешиванию теплоносителя между топливными элементами 20 и топливными элементами 650. Как показано на фиг. 10, топливные элементы 650 расположены внутри кольцевой дистанционирующей рештки 660, которая в общем случае аналогична внешней части дистанционирующей рештки,используемой в традиционной топливной сборке из диоксида урана. Дистанционирующая рештка 660 может быть жстко соединена с кожухом 630 (например, с помощью сварки, болтов, винтов и других крепжных элементов). Дистанционирующая рештка 660 преимущественно выполнена такого размера,что она обеспечивает ту же величину шага между топливными элементами 650 и топливными элементами 20, которая обеспечивается между центральными топливными элементами (например, шаг 12,6 мм между осями всех топливных элементов 20, 630). Для обеспечения такого расстояния между элементами топливные элементы 630 могут быть расположены ближе к внешней стороне дистанционирующей рештки 660, чем к кожуху 630 и внутренней стороне дистанционирующей рештки 660. Топливная сборка 610 и дистанционирующая рештка 660 также предпочтительно выполняются таких размеров и расположения, что такая же величина шага обеспечивается между топливными элементами 650 соседних топливных сборок (например, шаг величиной 12,6 мм). Однако расстояние между любым из топливных элементов 20, 650 может изменяться относительно расстояния между другими топливными элементами 20,650, без отхода от рамок объма данного изобретения. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения топливные элементы 20 занимают по меньшей мере 60, 65, 70, 75 и/или 80% от общего объма всех топливных элементов 20, 650,содержащих расщепляющийся материал, топливной сборки 610. К примеру, согласно одному или нескольким вариантам осуществления данного изобретения, в которых топливная сборка 610 включает в себя 201 топливный элемент 20, каждый из которых имеет площадь поперечного сечения, составляющую приблизительно 70 мм 2, и 64 топливных элемента 650, каждый из которых имеет диаметр 9,5 мм, топливные элементы 20 составляют около 75,6% общего объма всех топливных элементов 20, 650 (201 топливный элемент 70 мм 2=14070; 64 топливных элемента 650(9,5/2)2=4534 мм 2; площади топливных элементов 20, 650 являются, по существу, пропорциональными объмам топливных элементов; (14070 мм 2/(14070 мм 2+4534 мм 2)=75.6%. Высота топливной сборки 610 соответствует высоте аналогичной традиционной топливной сборки,которую сборка 610 может заменить (например, высоте стандартной топливной сборки для конструкции реактора фирмы "Вестингауз" или "АРЕВА"). Проиллюстрированная топливная сборка 610 может быть использована в решетке 1717 реактораPWR, такого как 4-контурный реактор, АР-1000 или реактор EPR фирмы "АРЕВА". Однако конструкция топливной сборки 610 может быть также модифицирована для совместимости с реакторами другой конструкции (например, конструкции реактора, в которой используется гексагональная топливная сборка; в этом случае внешнюю периферию шестиугольника занимают стержни из диоксида урана, в то время как внутренние позиции занимают топливные элементы 20, или конструкции реакторов на кипящей воде,или малых модульных реакторов). Хотя конкретные размеры указаны в отношении конкретных вариантов осуществления данного изобретения, многообразие топливных элементов 20, 650 и топливных сборок 10 с другими размерами могут быть использованы в сочетании с разнообразными реакторами или типами реакторов, не выходя за рамки объма данного изобретения. В зависимости от конкретной конструкции реактора дополнительные позиции стержней топливной сборки могут быть заменены стержнями из диоксида урана. К примеру, хотя топливная сборка 610 включает в себя стержни из диоксида урана только во внешней периферийном ряду, топливная сборка 610 может альтернативно включать в себя стержни из диоксида урана во внешних двух рядах, не выходя за рамки объма данного изобретения. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения часть топливной сборки 610,которая поддерживает топливные элементы 650, является неотделимой от части топливной сборки 610,которая поддерживает топливные элементы 20. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения топливные элементы 20 являются неотделимыми, как единый блок, от топливных элементов 650 топливной сборки 610 (даже несмотря на то, что отдельные топливные элементы 20, 650 могут выниматься из сборки 610, например, в случае отказа отдельного топливного элемента). Аналогично этому,- 18023017 отсутствует замыкающий механизм, который выборочно блокировал бы часть топливных элементов 650 топливной сборки с частью топливных элементов 20 топливной сборки 610. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения топливные элементы 20 и топливные элементы 650 топливной сборки 610 имеют одинаковый расчтный срок службы, так что вся топливная сборка 610 используется внутри реактора и затем снимается как единый утилизируемый блок. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения увеличенная выходная тепловая мощность топливных элементов 20 внутри топливной сборки 610 может обеспечить увеличение номинальной мощности по сравнению с традиционной тепловой сборкой, содержащей все топливные стержни из диоксида урана, которую заменяет сборка 610. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения увеличение номинальной мощности составляет по меньшей мере 5, 10 и/или 15%. Увеличение номинальной мощности может находиться в диапазоне от 1 до 30%, от 5 до 25% и/или от 10 до 20%, согласно различным вариантам осуществления данного изобретения. Согласно различным вариантам осуществления данного изобретения топливная сборка 610 обеспечивает по меньшей мере 18 месячный топливный цикл, однако может способствовать достижению более чем 24-месячного или 36 месячного топливного цикла. Согласно варианту осуществления данного изобретения в отношении топливной сборки 610, в которой используются топливные элементы 20, имеющие примерные параметры,указанные выше в отношении элементов 20, изображнных на фиг. 10, сборка 610 обеспечивает увеличение номинальной мощности на 17% по сравнению с традиционной топливной сборкой из диоксида урана при рабочих параметрах, указанных в приведнных ниже таблицах. Топливные сборки 10, 510, 610 предпочтительно термодинамически сконструированы и выполнены в физической форме для использования в наземном ядерном реакторе 90, 500 (например, в наземных ядерных реакторах на лгкой воде (включая реакторы типа BWR и PWR), наземных реакторах на быстрых нейтронах, наземных реакторах на тяжлой воде), которые предназначены для выработки электроэнергии и/или тепла, которое используется в целях, отличных от выработки электроэнергии (например,для опреснения воды, химической обработки, генерации пара и т.д.). Такие наземные ядерные энергетические реакторы 90 включают в себя, наряду с другими, водоводяные реакторы WER, реакторы АР-1000,EPR, APR-1400, ABWR, BRW-6, CANDU, BN-600, BN-800, Toshiba 4S, Monju и т.д. Однако, согласно альтернативным вариантам осуществления данного изобретения топливные сборки 10, 510, 610 могут быть сконструированы для использования и использоваться в морских ядерных реакторах (например,устанавливаемых на кораблях и подводных лодках атомных энергоустановках, плавучих электростанциях, предназначенных для выработки электроэнергии для е использования на побережье, или в других применениях ядерных реакторов). Проиллюстрированные варианты осуществления данного изобретения предназначены для иллюстрации конструктивных и функциональных принципов данного изобретения и не должны рассматривать- 19023017 ся как ограничивающие объм данного изобретения. Наоборот, принципы данного изобретения предназначены для охвата любых и всех изменений, модификаций и/или замен, выполненных в духе и объме прилагаемой формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Топливная сборка для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора, содержащая каркас, включающий в себя хвостовик, выполненный в форме и конфигурации, обеспечивающей его монтаж к внутренней конструкции активной зоны ядерного реактора, и множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов, опирающихся на каркас, каждый из которых содержит топливный сердечник, содержащий делящийся топливный материал, расположенный в матрице из металлического нетопливного материала, и оболочку, окружающую топливный сердечник, причем водно-топливное отношение в зоне топливных элементов составляет 2,4 или менее, при этом водно-топливное отношение представляет собой отношение площадей внутри поперечного сечения,которое перпендикулярно продольным осям множества удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов и проходит через множество удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов, причм это отношение представляет собой отношение (1) общей площади, имеющейся для потока замедлителя для множества топливных элементов, к (2) общей площади топливных сердечников множества топливных элементов. 2. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что множество удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов содержит множество удлиннных, изготовленных методом экструзии металлических топливных элементов; топливный материал содержит металлический топливный материал; топливный сердечник содержит сердечник из металлического топливного сплава, содержащий сплав металлического топливного материала и металлического нетопливного материала. 3. Топливная сборка по п.2, отличающаяся тем, что сердечник содержит -фазный UZr2. 4. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливный материал содержит керамический топливный материал, расположенный в матрице из металлического нетопливного материала. 5. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что множество удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов составляет по меньшей мере 60% общего объема всех топливных элементов топливной сборки. 6. Топливная сборка по п.5, отличающаяся тем, что общий объм всех топливных элементов топливной сборки включает в себя общий объем всех топливных элементов, которые поддерживаются хвостовиком. 7. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что средняя толщина оболочки топливных элементов составляет по меньшей мере 0,6 мм. 8. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливная сборка имеет термодинамическую конструкцию и физическую форму, предназначенные для е работы в наземном ядерном энергетическом реакторе. 9. Топливная сборка по п.1 в комбинации с наземным ядерным энергетическим реактором, причм топливная сборка расположена внутри наземного ядерного энергетического реактора. 10. Комбинация по п.9, отличающаяся тем, что ядерный энергетический реактор представляет собой реактор на тяжлой воде. 11. Топливная сборка по п.8, отличающаяся тем, что наземный ядерный энергетический реактор содержит традиционную ядерную энергетическую установку, имеющую конструкцию реактора, которая находилась в фактической эксплуатации до 2010 г.; и каркас выполнен в форме и конфигурации, предназначенных для е постановки в наземный ядерный энергетический реактор вместо традиционной топливной сборки из оксида урана для вышеупомянутого реактора. 12. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что соответствующие топливные сердечники множества удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов изготовлены с помощью спекания топливного материала и металлического нетопливного материала. 13. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что в множестве топливных элементов топливный материал топливного сердечника обогащен до 20% или менее ураном-235 и/или ураном-233 и составляет от 20 до 30% объмного содержания топливного сердечника; и нетопливный материал составляет от 70 до 80% объмного содержания топливного сердечника. 14. Топливная сборка по п.13, отличающаяся тем, что во множестве топливных элементов степень обогащения топливного материала составляет от 15 до 20%. 15. Топливная сборка по п.13, отличающаяся тем, что во множестве удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов нетопливный металл топливного сердечника содержит цирконий. 16. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что во множестве топливных элементов топлив- 20023017 ный материал топливного сердечника содержит плутоний; нетопливный металл топливного сердечника содержит цирконий и нетопливный металл топливного сердечника составляет от 70 до 97% объмного содержания топливного сердечника. 17. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливный материал содержит комбинацию урана и тория, или плутония и тория, или урана, плутонии и тория. 18. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что оболочка множества топливных элементов металлургически сцеплена с топливным сердечником. 19. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что нетопливный металл множества топливных элементов содержит алюминий. 20. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что нетопливный металл множества топливных элементов содержит жаростойкий металл. 21. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что оболочка множества топливных элементов содержит цирконий. 22. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что каждый из множества топливных элементов имеет спирально закрученный многолопастной профиль, который образует множество спиральных рбер. 23. Топливная сборка по п.22, отличающаяся тем, что спиральные рбра соседних топливных элементов из вышеупомянутого множества топливных элементов периодически контактируют друг с другом вдоль осевой длины топливных элементов, причм такой контакт помогает поддерживать требуемое расстояние между соседними топливными элементами. 24. Топливная сборка по п.22, отличающаяся тем, что многолопастной профиль содержит вогнутые области между соседними лопастями. 25. Топливная сборка по п.22, отличающаяся тем, что многолопастной профиль содержит кончики лопастей и промежуточные секции между соседними лопастями и оболочка толще у кончиков, чем у промежуточных секций. 26. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливная сборка содержит выгорающий поглотитель. 27. Топливная сборка по п.26, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов содержит выгорающий поглотитель. 28. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что топливная сборки дополнительно содержит множество топливных элементов из диоксида урана, опирающихся на каркас, причм каждый из вышеупомянутого множества топливных элементов из диоксида урана содержит топливо из диоксида урана. 29. Топливная сборка по п.28, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые из множества удлиннных топливных элементов из диоксида урана расположены в поперечном направлении наружу от множества удлиненных, изготовленных методом экструзии топливных элементов. 30. Топливная сборка по п.29, отличающаяся тем, что топливная сборка дополнительно содержит кожух, который отделяет поток теплоносителя, протекающий около множества удлиннных топливных элементов из диоксида урана, от потока теплоносителя, протекающего около множества удлиннных,изготовленных методом экструзии топливных элементов. 31. Топливная сборка по п.30, отличающаяся тем, что отношение (1) общей площади внутри кожуха, имеющейся для замедлителя, к (2) общей площади поперечного сечения сердечников множества удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных сердечников внутри кожуха составляет 2,4 или менее. 32. Топливная сборка по п.28, отличающаяся тем, что топливо из диоксида урана содержит менее 15% степени обогащения ураном-235. 33. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что содержание урана во множестве из вышеупомянутого множества удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов равно 25% или менее по объму. 34. Топливная сборка по п.1, отличающаяся тем, что водно-топливное отношение для вышеупомянутого множества удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов равно 2,4 или менее. 35. Способ изготовления топливной сборки по п.1, предназначенной для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора, включающий в себя изготовление каждого из множества удлиненных топливных элементов с помощью смешивания порошкообразного топливного материала с порошкообразным металлическим нетопливным материалом,причм порошкообразный топливный материал содержит делящийся материал, спекания смеси порошкообразного топливного материала и металлическою нетопливного материала для формирования заготовки топливного сердечника, охватывания заготовки топливного сердечника материалом оболочки и совместной экструзии пресс-заготовки топливного сердечника и материала оболочки для формирования топливного элемента; и крепление множества удлиннных топливных элементов к каркасу топливной сборки. 36. Способ по п.35, отличающийся тем, что множество удлиненных топливных элементов содержит множество удлиннных металлических топливных элементов; порошкообразный топливный материал содержит порошкообразный металлический топливный материал и заготовка топливного сердечника представляет собой металлическую заготовку топливного сердечника, содержащую сплав металлического топливного материала и металлического нетопливного материала. 37. Способ по п.35, отличающийся тем, что порошкообразный топливный материал содержит порошкообразный керамический топливный материал. 38. Способ по п.35, отличающийся тем, что множество удлиннных топливных элементов составляет по меньшей мере 60% общего объма всех топливных элементов топливной сборки. 39. Способ по п.35, отличающийся тем, что средняя толщина оболочки после совместной экструзии составляет по меньшей мере 0,6 мм. 40. Способ по п.35, отличающийся тем, что дополнительно содержит размещение вытеснителя внутри смеси порошкообразного топливного материала и металлического нетопливного материала до вышеупомянутого спекания, так что вышеупомянутое спекание приводит в результате к образованию заготовки топливного сердечника, которая включает в себя вытеснитель. 41. Способ по п.35, отличающийся тем, что каркас содержит хвостовик, выполненный в форме и конфигурации, обеспечивающих его крепление к активной зоне наземного ядерного энергетического реактора; и топливная сборка имеет термодинамическую конструкцию и физическую форму, обеспечивающие е работу в наземном ядерном энергетическом реакторе. 42. Способ по п.41, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя размещение топливной сборки внутри наземного ядерного энергетического реактора. 43. Способ по п.35, отличающийся тем, что водно-топливное отношение представляет собой отношение площадей внутри поперечного сечения,которое перпендикулярно продольным осям множества удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов и проходит через множество удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов, причем это отношение представляет собой отношение (1) общей площади, имеющейся для потока замедлителя для множества топливных элементов, к (2) общей площади топливных сердечников множества топливных элементов; и водно-топливное отношение составляет 2,4 или менее. 44. Топливная сборка, предназначенная для использования в активной зоне ядерного энергетического реактора, содержащая каркас, включающий в себя хвостовик, выполненный в форме и конфигурации, предназначенных для его монтажа к внутренней конструкция активной зоны ядерного реактора; первое множество удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов, опирающихся на каркас, причм каждый из вышеупомянутого первого множества топливных элементов содержит топливный сердечник, содержащий топливный материал, расположенный в матрице из металлического нетопливного материала, причем топливный материал содержит делящийся материал, и оболочку, окружающую топливный сердечник; и второе множество удлиннных топливных элементов, опирающихся на каркас, причм в поперечном сечении топливной сборки второе множество удлиннных топливных элементов располагается в виде кольца шириной в один топливный элемент, которое окружает первое множество удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов; первое множество удлиненных топливных элементов составляет по меньшей мере 60% общего объма всех топливных элементов топливной сборки,причем водно-топливное отношение в зоне топливных элементов составляет 2,4 или менее. 45. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что каждый из второго множества удлиннных топливных элементов содержит полый стержень с таблеточным топливом из диоксида урана, расположенным внутри стержня. 46. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что часть топливной сборки, которая поддерживает второе множество удлиннных топливных элементов, является неотделимой от части топливной сборки, которая поддерживает первое множество удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов. 47. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что второе множество удлиннных топливных элементов является неотделимым, как единый блок, от первого множества удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов. 48. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что топливная сборка образует решетку позиций 1717; каждый из первого множества удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элемен- 22023017 тов расположен в одной из позиций рештки; ни один из первого множества удлиннных, изготовленных методом экструзии топливных элементов не расположен в любой из периферийных позиций рештки 1717; и каждый из второго множества удлиненных топливных элементов расположен в различной позиции из периферийных позиций рештки 1717. 49. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что топливная сборка имеет форму и конфигурацию, обеспечивающие се встраивание в наземный ядерный энергетический реактор вместо традиционной топливной сборки из оксида урана для вышеупомянутого реактора; и наземный ядерный энергетический реактор представляет собой традиционную ядерную энергетическую установку, имеющую конструкцию реактора, которая фактически эксплуатировалась до 2010 г. 50. Топливная сборка по п.44, отличающаяся тем, что вышеупомянутый общий объм всех топливных элементов топливной сборки включает в себя общий объм всех топливных элементов, которые опираются на хвостовик.
МПК / Метки
МПК: G21C 3/08, G21C 3/326, G21C 21/10, G21C 3/60, G21C 3/322, G21C 3/64
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/27-23017-toplivnaya-sborka.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Топливная сборка</a>
Топливная сборка легководного ядерного реактора (варианты) и легководный ядерный реактор
Номер патента: 19989
Опубликовано: 30.07.2014
Авторы: Морозов Алексей Глебович, Кузнецов Валентин Федорович, Кевролев Валерий Владимирович, Башкирцев Сергей Михайлович
МПК: G21C 3/02, G21C 1/00, G21C 3/326...
Метки: топливная, ядерный, реактора, ядерного, реактор, сборка, варианты, легководного, легководный
Формула / Реферат:
1. Топливная сборка легководного ядерного реактора, имеющая в плане квадратную форму и содержащаязапальный модуль, включающий в себя пучок запальных топливных элементов, в поперечном сечении расположенных по рядам и столбцам квадратной координатной сетки, при этом каждый из запальных топливных элементов содержит сердечник, включающий обогащенный уран или плутоний;воспроизводящий модуль, окружающий вышеупомянутый запальный модуль и содержащий...
Ядерный реактор (варианты), топливная сборка из запально-воспроизводящих модулей для ядерного реактора (варианты) и топливный элемент топливной сборки
Номер патента: 15019
Опубликовано: 29.04.2011
Авторы: Кузнецов Валентин Федорович, Башкирцев Сергей Михайлович, Кевролев Валерий Владимирович, Морозов Алексей Глебович
МПК: G21C 3/326
Метки: реактора, реактор, варианты, топливный, сборки, ядерный, сборка, элемент, модулей, ядерного, запально-воспроизводящих, топливной, топливная
Формула / Реферат:
1. Топливная сборка легководного реактора, имеющая в плане форму правильного шестиугольника и содержащая запальный модуль, окружающий его воспроизводящий модуль, головку, хвостовик и силовой каркас, при этом запальный модуль содержит пучок топливных элементов, каждый из которых имеет сердечник, включающий обогащенный уран или энергетический плутоний, при этом сердечник охвачен снаружи оболочкой из циркониевого сплава, и имеет трехлепестковый...
Глиоксаль как топливная присадка
Номер патента: 3932
Опубликовано: 30.10.2003
Авторы: Хёлдерих Вольфганг Ф., Киф Хорст
МПК: C10L 1/10
Метки: присадка, топливная, глиоксаль
Формула / Реферат:
1. Способ сокращения вредных выбросов загрязняющих веществ нефтяного топлива в двигателях внутреннего сгорания, включающий стадии: а) приготовления топливных присадок, включающих водные растворы глиоксаля и эмульгаторов, и/или ПАВ, и/или антифризов; добавления водного раствора глиоксаля в углеводородное топливо или б) приготовления топливных присадок, включающих ацетали и/или полуацетали глиоксаля, переработкой глиоксаля ацеталированием со...
Топливная присадка улучшенного состава и способ ее применения
Номер патента: 5569
Опубликовано: 28.04.2005
Авторы: Шраге Альберт, Лейкин Майкл, Вочтел Питер, Фут Артур Р.
МПК: C10L 1/22
Метки: применения, улучшенного, способ, состава, присадка, топливная
Формула / Реферат:
1. Присадка к топливу, содержащая нитропарафин и солюбилизирующий агент, при этом результатом использования топлива с такой присадкой является уменьшение выделения токсичных веществ по сравнению с топливом, не содержащим такой присадки. 2. Присадка по п.1, в которой солюбилизирующий агент содержит относительно полярные концевые группы молекулярной цепи и относительно неполярные концевые группы молекулярной цепи. 3. Присадка по п.1, в которой...
Сборка дроссельного узла штуцера
Номер патента: 19290
Опубликовано: 28.02.2014
Авторы: Кинг Кейт Джеймс, Фергюсон Эмили, Перрманн Стивен Дж.
МПК: E21B 34/04, F16K 3/26, E21B 33/035...
Метки: узла, дроссельного, штуцера, сборка
Формула / Реферат:
1. Сборка (110) дроссельного узла штуцера для использования в качестве седла затвора в штуцерной задвижке (100), имеющей затвор (19) и фланцевую муфту (13) для размещения затвора (19), содержащая дроссельный элемент (101), несущий элемент (103) дроссельного элемента и зажимное кольцо (105), при этом дроссельный элемент (101) и несущий элемент (103) дроссельного элемента выполнены с возможностью сборки в зажимном кольце (105) так, что дроссельный...
Предыдущий патент: Составной белок
Следующий патент: Комбинация для лечения рака или предраковых синдромов