CN101483072A - 具有辐照靶端件的燃料棒 - Google Patents

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CN101483072A CNA2008101849890A CN200810184989A CN101483072A CN 101483072 A CN101483072 A CN 101483072A CN A2008101849890 A CNA2008101849890 A CN A2008101849890A CN 200810184989 A CN200810184989 A CN 200810184989A CN 101483072 A CN101483072 A CN 101483072A
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Abstract

本发明涉及具有辐照靶端件的燃料棒。具体而言，示例性实施例涉及在任一端部具有端件(120/130)的燃料棒(100)，该端件(120/130)中容纳辐照靶。示例性实施例的端件(120/130)可容纳当曝露于在端件(120/130)位置处遇到的中子通量时可转变为所希望的同位素的材料。示例性实施例的端件(120/130)可由该材料构成或否则可装有该材料。示例性实施例的端件(120/130)可与各种全长度和/或部分长度的燃料棒(18)和(19)相配接，并且可起到上和/或下端塞(120/130)的作用，从而将燃料棒(100)与上和/或下连接板(14/16)相配接。

Description

具有辐照靶端件的燃料棒
技术领域
示例性实施例大体上涉及用于核电站的燃料结构和材料。
背景技术
通常，核电站包括在其中布置有燃料的反应堆芯，以通过核裂变来发电。在美国核电站中，一种普遍的设计是将燃料布置在多个燃料棒中，这些燃料棒束缚在一起作为置于反应堆芯中的燃料组件或燃料棒束。这些燃料棒典型地包括若干在整个组件的多个轴向位置处将燃料棒连结到组装构件上的元件。
发明内容
示例性实施例涉及任一端部具有端件的燃料棒，端件中容纳特殊的靶(target)。示例性实施例的端件可容纳当在端件位置处曝露于(exposed to)中子通量时可转变为所希望的同位素的材料。示例性实施例的端件可由所选择的靶材料构成，或为容纳该靶材料的中空体。示例性实施例的端件可与多种示例性实施例的全长度和/或部分长度燃烧棒配接，并可起到上端塞和/或下端塞的作用，从而将燃烧棒配接至上连接板和/或下连接板。
示例性实施例的燃料棒还可容纳包括核燃料的标准部件，并可用于运行中的核反应堆芯。因此，具有示例性实施例端件的示例性实施例燃料棒可在其辐照靶端件中产生多种所希望的同位素，同时起到常规燃料棒的作用，向运行中的核芯提供电力。
附图说明
通过参考附图进行详细描述，示例性实施例将变得更加明显，其中，相同的元件由相同的参考标号来表示，这些标号仅为了示意目的而给出，且因此而不限制本申请的示例性实施例。
图1是具有附接到燃料棒上的示例性实施例端件的燃料组件的示图。
图2A、2B和2C是包括示例性实施例端件的示例性实施例的燃料棒的示图。
图3是示例性实施例的端件的详细视图。
图4是另一示例性实施例的端件的详细视图。
图5是又一示例性实施例的端件的详细视图。
零件清单
10  燃料棒束
12  外部通道
14  上连接板
20  间隔件
16  下连接板
18  全长度燃料棒
22  燃料元件
19  部分长度燃料棒
100 燃料棒
101 燃料棒
120 上端件
130 下端件
200 端件
210 连接元件
220 渐缩部
230 包壳(cladding)材料
250 凹痕
300 端件
310 卡扣型连接器
320 与连接棒一起使用的螺纹端部
340 壳体
350 形成六角形截面的凹痕
360 附加容器
370 盖体
具体实施方式
本申请公开了示例性实施例的详细的示范性实施例。然而，本申请所公开的具体的结构性和功能性细节仅仅是为了描述示例性实施例的目的的代表性细节。然而，该示例性实施例可以许多备选的方式予以实施，并且不应将其理解为仅限于本申请所述的示例性实施例。
将理解的是，虽然在本申请中可使用用语第一、第二等来描述各个元件，但这些元件不应由这些用语所限制。这些用语仅用于使元件彼此区别开来。例如，第一元件可以称作第二元件，而且同样地，第二元件也可以称为第一元件而不脱离示例性实施例的范围。如本申请所使用的，用语“和/或”包括相关的所列条目的一个或多个条目的任一和所有组合。
将理解的是，当提到一个元件“连接”、“联接”、“配接”、“附接”或“固定”到另一元件上时，该元件可以直接连接或联接到另一个元件上，或者也可存在中间元件。相反，当提到一个元件“直接连接”或“直接联接”到另一个元件上时，则不存在中间元件。应该以类似的方式来理解用于描述元件之间的关系的其它词语(例如，“在...之间”比对“直接在...之间”，“相邻”比对“直接相邻”等)。
本申请中所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非意图限制示例性实施例。如本申请中所使用的，除非文字另有明确表示，单数形式“一”、“一个”、“该”也意图包括其复数形式。还将理解的是，当本申请中使用用语“包括”时，其表明存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或者添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。
还应注意的是，在一些备选的实施方案中，提及的功能/作用可能不会按照图中所示的顺序出现。例如，根据所涉及的功能/作用，两个连续显示的附图实际上可大致同时执行，或者有时可按照相反的顺序来执行。
如图1所示，核反应堆中的燃料组件10，例如BWR，可包括围绕上连接板14和下连接板16的外部通道12。多个全长度燃烧棒18和/或部分长度燃烧棒19可以在燃料组件10内布置成矩阵形式，并穿过多个间隔件20。示例性实施例的上端件120和/或下端件130可将燃料棒18和19连结至上连接板14和下连接板16，且在部分长度燃料棒19的情形中仅下端件130这样地连结。示例性实施例的端件120和130可分别与上连接板14和下连接板16相配接，且在连接棒的情形时为穿过上连接板14和下连接板16，并且可将燃料棒18或19轴向地紧固在燃料组件10中。
图2A、图2B和图2C分别显示了示例性实施例的全长度燃料棒18、部分长度燃料棒19和节段式棒100，各个示例性实施例的燃料棒18、19和100均在其任一端部具有两个示例性实施例的燃料棒端件120和130。除了示例性实施例的端件120和130之外，燃料棒18和19可容纳在多种燃料棒中所含有的常规元件，包括燃料元件22和包壳。例如，除了示例性实施例的端件120和130之外，图2A所示的示例性实施例的燃料棒18可以是在BWR燃料组件中通常含有的全长度燃料棒。除了示例性实施例的端件120和130之外，图2B所示的示例性实施例的燃料棒19可以是在BWR燃料组件中通常含有的部分长度燃料棒。全长度燃料棒18在图2B中以阴影示出，以显示部分长度燃料棒19缩减的长度。在部分长度燃料棒19中，由于部分长度燃料棒19可终止于中部棒束，故示例性实施例的端件130可与下连接板(未图示)相连结，而示例性实施例的端件120可不连结任何部件。因为部分长度燃料棒19可不在示例性实施例的上端件120处与组件连结，因此示例性实施例的端件130可以是成螺纹的或具有别的附加的配接元件，用以紧固部分长度燃料棒19和下连接板。图2C所示的示例性实施例的燃料棒100可以是成节段的，若干棒节段在连接点103处可移除地连结，如2007年11月28日提交的名称为“采用固定隔板的节段式燃料棒束设计”的相关申请11/022,677和##/###，###中所描述的，除了这些燃料棒和节段的端塞外，燃料棒和节段可通过引用而结合到本文中。作为备选，用于PWR或CANDU型反应堆中的燃料棒可连同示例性实施例的端件120和130一起使用。
示例性实施例的端件120和130可由同位素制成或可容纳同位素如镉、钴、铱、镍、铊和铊同位素，当在核反应堆芯中曝露于运行状态时，这些同位素可转变为所希望的同位素。与用来制造上端塞和下端塞的、可因其与中子通量的非交互性而选择的常规材料相比，示例性同位素具有大的核截面并且在存在中子通量时更容易改变。例如，端件可由铱-191和/或钴-59制成，或此类同位素可置于示例性端件120和130中。核芯中的中子通量在示例性实施例的端件120和130位置处可将铱-191转变为铱-192，铱-192可衰减成稳定的铂-192，这是一种用于各种新兴技术中的相对稀有且昂贵的材料。同样地，钴-59在相同的状况下可转变为在癌症治疗中有用且非常需要的钴-60。
在示例性实施例的端件120和130中能够产生若干其它的同位素。而且，由于示例性实施例的端件120和/或130可置于核芯中具有特定中子通量水平的位置，例如在具有更低且更恒定的通量分布的核芯端部处，故具有更短半衰期或更高截面的同位素可曝露于更适合的通量水平，以从这些同位素中产生所希望的材料。
图2A、图2B和图2C所示的示例性实施例的端塞120和130分别成形为上端塞和下端塞，其可与上连接板和下连接板相连接。在本示例中，示例性实施例的端件120和130可代替各种已知燃料棒设计中的常规上端塞和下端塞。示例性实施例的端件120和130可大体上成形为渐缩形，以便与上连接板和/或下连接板相配接，并将示例性实施例的燃料棒18、19和100紧固至上连接板和/或下连接板。
作为备选，示例性实施例的端件120和130可成形为不与连接板相连接的非渐缩形端塞。例如，如果示例性实施例的燃料棒100是部分长度燃料棒，则示例性实施例的上端件120可从该部分长度燃料棒的端部延伸而不连接至任何部件。
示例性实施例的端件120和130可以各种方式与示例性实施例的燃料棒100相连接。例如，示例性端件120和130可直接焊接至示例性实施例的燃料棒上，或者通过螺钉和螺纹孔、突起件和接收件或其它有效的连结元件而可拆卸地配接到示例性实施例的燃料棒上。示例性端件120和130可配接和/或焊接成与示例性实施例的燃料棒齐平，以便沿示例性实施例的燃料棒形成连续的外部直径并且降低或防止在示例性实施例的端件和示例性燃料棒之间的碎片捕集(catching)。
如图3所示，示例性实施例的端件200可大体上是坚固或刚性的。示例性实施例的端件200可包括连接元件210。连接元件210在图3中示出为螺纹部，其与示例性实施例的燃料棒中的螺纹孔相配接，用以可拆卸地紧固端件200和燃料棒。示例性实施例的端件200可包括渐缩部220，其构造为装入如上所述的连接板中。渐缩部220还可成形为用以接收膨胀弹簧(未示出)，该弹簧装配在示例性实施例的端件200和连接板之间并允许示例性实施例的燃料棒相对于连接板细小的轴向膨胀和收缩。
示例性实施例的端件200可由坚固和刚性的靶材料制成，使得端件200作为靶并且仍用作用于可能连接至上连接板或下连接板的端件。例如，端件200可完全由铱-191制成。
作为备选，示例性实施例的端件200可镀有或包覆有刚性的、非反应性的包壳材料230如镍。例如，当存在包壳材料230时，示例性实施例的端件200可由较少刚性和/或较不容易控制的材料构成，如钴-59。这样，包壳材料230可作为用于示例性实施例的端件200的刚性外壳(containment)。
示例性实施例的端件200还可包括在基部形成为例如六角形截面的一系列凹痕250，以便于示例性端件的操作、连接和拆卸。示例性实施例的端件200还可包括用以识别端件200以及存在于其内的任何靶或产品同位素的标记215。标记215可以直接印在示例性实施例的端件200上，或以别的方式固定在端件200上。
示例性实施例的端件200可以有若干种形式的变化。例如，示例性端件200可不是渐缩形的或大小形成为用以装入上连接板或下连接板。类似地，示例性实施例的端件200可用在包括示例性端件200的示例性实施例的燃料棒上的顶部或底部位置处。而且，连接元件210可采用多种形式，例如插接、楔接或卡扣式接收件，以便于将示例性实施例的端件200可拆卸地附接于各种可能的示例性实施例的燃料棒。连接元件210可备选地取消，且示例性实施例的端件可直接焊接在示例性实施例的燃料棒上。
图4为另一示例性实施例的端件300的详细视图。示例性实施例的端件300可包括相对于图3中示例性实施例的端件200(在此不再赘述)而言的若干多余元件。示例性实施例的端件300可包括螺纹非渐缩的端部320，该端部320比示例性实施例的端件200的渐缩端220更长。更长端部320可包括螺纹或其它紧固装置，并且适于将示例性实施例的端件300刚性地连结至上连接板(图1中的元件14)。由于长度的增加，示例性实施例的端件300可穿过上连接板，并允许连结于其上的示例性实施例的燃料棒用作连接棒。也就是，螺纹的更长端部320可允许包括它们的示例性实施例的燃料棒用作常规燃料组件的连接棒，允许接近和操作包含这些连接棒的示例性燃料组件。
图5为又一示例性实施例的端件400的详细视图。如图5所示，示例性端件400可包括中空的壳体440，且可接收和容纳一个或多个辐照靶。示例性实施例的端件400可由刚性的、非反应性的材料制成，这种材料包括例如锆合金和/或铝，当在核反应堆中曝露于运行状态时基本上保持其核特性。
壳体440可成形为便于接收辐照靶，并保持示例性实施例的端件400的长度和容积容量。在示例性端件400的制造过程中，固态、液态或气态辐照靶可直接置于壳体440中。作为备选，附加容器460可容有所需的辐照靶并置于壳体440中。容器460可以是申请11/022,677中所描述的容器，其外壳组件通过引用而结合到本文中。壳体440中可放置多个容器460，以便利用不同类型的、单独容纳的辐照靶而不会混和不同的靶。各个容器460可包括识别单个容器460中内含物的容器标记461。作为备选，壳体440可包括一个或多个刚性地固定到示例性端件400上将壳体440隔开的片(wafer)或盖体470。这样，壳体440中的多个辐照靶可由片或盖体470分开。
如在其它的示例性实施例中，示例性实施例的端件400可包括凹痕(或六角形)450。通过在特定点提供更低的断裂扭矩以进入壳体440，六角形450还可帮助拆除示例性端件400，以便于获得壳体440中容纳的辐照靶。标记415可附接或印在示例性实施例的端件400的外部，并且指明壳体440中容纳何种靶。
如图5所示，示例性实施例的端件可包括螺纹端部420，该螺纹端部420可直接拧入下连接板。这样的螺纹端部420和具有螺纹端部的示例性实施例的端件可结合连接棒一起使用，其中，这些连接棒对于它们之间的刚性连接用来抬升并移动燃料棒束。尽管示例性实施例端件400示出了与其它示例性实施例不同的卡扣式接收件型端件410和螺纹端部420，但应理解的是，上文所描述的任何配接元件和/或端部构造可与示例性端件300结合使用。
尽管已经单独地描述了示例性实施例的端件200、300和400，但将理解的是，一个示例性实施例的特征可与其它示例性实施例结合使用。例如，一个示例性实施例上示出的包壳可用在没有包壳但具有壳体的另一示例性实施例上。类似地，制造材料和辐照靶可用在各个示例性实施例的备选组合中。类似地，壳体和包壳可用于作为上端件和/或下端件的示例性实施例的端件上。而且，具有螺纹的示例性实施例的端件可用来自具有渐缩部的示例性实施例的端件中的其它元件来代替。
由于示例性实施例的端件和燃料棒提供了在常规燃料棒中不可能的位置处放置辐照靶，故示例性实施例可允许产生特有的辐照和辐照靶。例如，将辐照靶置于反应堆芯端部处通量较低和/或恒定的区域处可允许同位素的成功转变和采集，这些同位素具有更短的半衰期或其衰变链中包括具有在高通量位置处可被破坏的更高截面的元件。
通过对示例性实施例进行描述，本领域技术人员将了解的是，在常规的实践中可改变示例性实施例和示例性方法而无须进一步的创造性活动。这些变型不认为是脱离了示范性实施例的精神和范围，并且意图使得所有这些对于本领域技术人员显而易见的修改包含在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种燃料棒(100)，包括：
至少一个燃料元件(22)；
容纳所述至少一个燃料元件(22)的包壳；以及
至少一个端件(120/130)，其包括，
至少一个非裂变辐照靶，其具有当在运行的核反应堆中曝露于中子通量时充分地改变的核特性，以及
连接元件(210)，其被构造成用以将所述至少一个端件(120/130)连结到核燃料棒(100)的轴向端部上。
2.根据权利要求1所述的燃料棒(100)，其特征在于，所述连接元件(210)被构造成用以将所述至少一个端件(120/130)可移除地连结到所述燃料棒(100)的轴向端部上。
3.根据权利要求1所述的燃料棒(100)，其特征在于，所述非裂变靶为钴-59和铱-191中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的燃料棒，其特征在于，所述至少一个端件(400)还包括完全容纳在所述至少一个端件(400)中的壳体(440)，所述壳体(440)被构造成用以接收和容纳所述至少一个非裂变辐照靶。
5.根据权利要求4所述的燃料棒(100)，其特征在于，所述壳体(440)包括位于所述壳体(440)中的至少一个外壳结构，所述外壳结构被构造成用以向所述至少一个非裂变辐照靶之一提供双重外壳。
6.根据权利要求4所述的燃料棒(100)，其特征在于，所述壳体(440)包括至少一个片(470)，所述片(470)刚性地附接到所述端件(400)上并将所述壳体(440)隔开。
7.根据权利要求1所述的燃料棒(100)，其特征在于，所述至少一个端件(120/130)还包括渐缩部(220)，所述渐缩部(220)的形状形成为沿轴向与上连接板(14)和下连接板(16)之一相配接，以通过所述至少一个端件(120/130)刚性地连结所述核燃料棒(100)与所述上连接板(14)和所述下连接板(16)之一。
8.根据权利要求1所述的燃料棒(100)，其特征在于，所述至少一个端件(120/130)还包括镀覆所述至少一个端件(120/130)的材料，所述材料被构造成用以向所述至少个一端件(120/130)提供放射性的外壳。
9.一种燃料棒端件(120/130)，包括：
至少一个非裂变辐照靶，其具有当在运行的核反应堆中曝露于中子通量时充分地改变的核特性，以及
连接元件(210)，其被构造成用以将所述端件(120/130)连结到核燃料棒(100)的轴向端部上。
10.一种燃料棒束，包括：
上连接板(14)；
下连接板(16)；
多个核燃料棒(100)，其沿轴向布置在所述上连接板(14)和所述下连接板(16)之间；
多个核燃料棒端件(120/130)，各核燃料棒端件(120/130)，
将所述多个核燃料棒中的一个核燃料棒连结到所述上连接板(14)和所述下连接板(16)之一上，以及
由具有当在运行的核反应堆中曝露于中子通量时充分地改变的核特性的材料制成。
CNA2008101849890A 2007-12-18 2008-12-18 具有辐照靶端件的燃料棒 Pending CN101483072A (zh)

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