CN103106939B

CN103106939B - 一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法

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Publication number: CN103106939B
Application number: CN201310014693.5A
Authority: CN
Inventors: 吴宏春; 刘琨; 曹良志
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2033-01-15
Also published as: CN103106939A

Abstract

一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，包括初始循环堆芯燃料布置、过渡循环期间的换料过程以及在至少一个平衡循环期间的换料过程；具有嬗变靶件的嬗变组件为控制棒导向管、通量测量管、MA嬗变靶件棒、LLFP嬗变靶件棒和铀氢锆燃料棒构成的每边有多个燃料棒的正方形底网格，通量测量管位于网格中央，控制棒导向管离散布置在网格中，MA嬗变靶件棒和LLFP嬗变靶件棒布置在控制棒导向管周围，在网格四个顶角位置布置MA嬗变靶件棒，具有嬗变靶件的嬗变组件的核燃料采用铀氢锆燃料棒；本发明通过嬗变靶件、嬗变组件设计使得装载长寿命高放核素的组件在满足压水堆安全设计准则的基础上，能够抑制其在燃料循环过程中积累，实现长寿命高放核废物在压水堆内的有效嬗变。

Description

一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法

技术领域

本发明涉及长寿命高放核素的嬗变技术领域，具体涉及一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法。

背景技术

核燃料在反应堆内辐照产出能量的同时，会造成两个方面的后果：一方面会形成新的裂变材料钚；另一方面生成具有超长寿命和高放射性的锕系核素和裂变产物。反应堆运行后乏燃料高放核素所引起的核扩散和废物安全处置问题使得核燃料循环的末端成为备受关注的核能发展的关键。

长寿命高放核废料的嬗变处置是实现基于“分离-嬗变”先进闭式燃料循环的核心技术。嬗变是指一种核素通过发生核反应，生成另外一种核素的过程。次锕系核素（MA）中的镎-237（²³⁷Np），镅-241（²⁴¹Am）,镅-243（²⁴³Am），锔-242（²⁴²Cm），锔-243（²⁴³Cm），锔-244（²⁴⁴Cm）等核素，发生（n，γ）俘获反应、（n，2n）阈能反应等嬗变反应，其产物依然是锕系核素，只有通过（n，f）裂变反应才能将该类核素有效嬗变。

长寿命裂变产物（LLFP）嬗变在通常的反应堆能谱范围内（包括聚变中子谱、裂变中子谱和热中子谱），主转化反应时（n，γ）俘获反应和（n，2n）阈能反应。利用阈能反应实现LLFP的有效嬗变，只能通过提高高能中子（＞10MeV）通量水平才能达到，由此可知LLFP的主要转化反应是俘获反应，经过一次或多次的俘获反应和衰变过程最终使得嬗变产物是稳定的、低放射性的核素。针对于核素的半衰期，核素在乏燃料组分中的产额，潜在生物危害，地质贮藏扩散风险，核素同位素分离需求及在现有嬗变装置进行嬗变的有效半衰期（半嬗比）六项评价分析标准，从核素嬗变的需求（半衰期，产额，放射性危害，风险），核素嬗变可行性（嬗变核素同位素分离需求）和嬗变能力（半嬗比）三个方面分析LLFP嬗变可行性。对于LLFP中的锝-99（⁹⁹Tc）和碘-129（¹²⁹I），由于具有长半衰期、较强的迁移能力及高放射毒性等特点，是乏燃料地址贮藏长期风险的主要贡献核素，是嬗变研究的重要对象。

针对于长寿命高放核素，主要的嬗变装置有：

1)热中子堆。主要是利用MA在热能区具有较大的俘获截面，利用堆内富余中子，MA发生俘获反应后生成较易裂变的锕系核素后再发生裂变反应以实现锕系核素的有效嬗变；对于LLFP核素，主要是利用该类核素在超热能区和热能区具有较大的俘获吸收截面有利于LLFP核素嬗变；

2)快中子堆。MA发生裂变的阈能约为几个兆电子伏的量级，借助快中子可直接使MA嬗变；对于LLFP，主要是将⁹⁹Tc和¹²⁹I等核素制作成慢化靶件，利用进行嬗变。

3)次临界驱动系统。包括聚变驱动次临界嬗变系统和加速器驱动次临界嬗变系统。主要也是装载MA和LLFP靶件，进行嬗变研究。

从以上可以看出，针对于MA嬗变，当前有效的方法是通过MA核素在热能区较大的中子俘获反应截面，发生多次俘获嬗变成为易裂变核素后发生裂变反应，以实现MA的嬗变；针对于LLFP嬗变，主要思想还是希望利用该类核素在热能区和超热能区较强的中子俘获吸收，实现核素的有效嬗变。因此，在现有热中子堆内可以实现长寿命高放核素的嬗变。

商用压水堆系统，其第三代堆型在世界范围内已具有百万堆年的运行历史，作为新一代的非能动系统的研发工作也日臻趋于成熟。基于当前混合氧化物燃料（MOX）在压水堆的广泛应用和研究，将MA等装载在堆内不仅有利于使长寿命锕系核素的有效嬗变，同时可以通过燃料设计，降低易裂变铀需求，优化组件内的功率分布；利用现有轻水动力堆进目前压水堆需要使用额外的中子吸收毒物（钆，硼等）进行堆内剩余反应性的控制，而LLFP在堆内嬗变需要消耗大量的中子，通过使用LLFP核素替代现有的中子吸收毒物，充分利用现有压水堆成熟的技术和核素在低能和中能下较高的中子俘获能力，因此在现役压水堆内进行LLFP核素嬗变是可行的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，通过嬗变靶件设计、嬗变组件设计使得装载长寿命高放核素的组件在满足压水核反应堆安全设计准则的基础上，能够抑制长寿命高放核素在燃料循环过程中积累，实现长寿命高放核废物在压水堆内的有效嬗变。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，

在初始循环堆芯燃料布置时，在初始堆芯布置1堆芯外围装载具有嬗变靶件的嬗变组件3的新料，在此期间使压水堆工作；

在过渡循环期间使压水堆工作，在第一过渡循环和第二过渡循环开始之前的换料过程为：首先将初始循环于堆芯外围的、经过辐照的具有嬗变靶件的嬗变组件3装载到压水堆堆芯中间位置，替换原有的具有氧化物核燃料棒的燃料组件2，继续在该燃料组件布置位置装载具有嬗变靶件的嬗变组件3；对于堆芯内燃料组件装载位置，将经过三个辐照批次的具有氧化物核燃料棒的燃料组件2卸出堆芯，使用上一循环的经过一个辐照批次或两个辐照批次的具有氧化物核燃料棒的燃料组件2进行堆芯装载；

在至少一个平衡循环期间使压水堆工作，堆芯嬗变平衡循环堆芯布置17中将同时装载具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2）和具有嬗变靶件的嬗变组件（3），平衡循环的换料过程为：将经过三个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）卸出堆芯，使用在堆内经过两个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）进行替换，在堆内经过两个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）所在堆芯装载位置将装载在堆内经过一个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3），在堆内经过一个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）继续装载新的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）；对于具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2），堆芯换料过程相同，每个平衡循环之间具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2）新燃料组件更换具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2）乏燃料组件。

所述换料过程中更换乏燃料组件的具有嬗变靶件的嬗变组件3新燃料组件具有相同的核燃料同位素组分和相同的易裂变核素装载质量。

所述具有氧化物核燃料棒的燃料组件2为氧化物核燃料棒6、控制棒导向管7和通量测量管8构成的每边有多个燃料棒的正方形底网格，在所述的正方形底网格中控制棒导向管7周围装载不同数目的可燃毒物燃料棒9。

所述具有嬗变靶件的嬗变组件3为控制棒导向管7、通量测量管8、MA嬗变靶件棒10、LLFP嬗变靶件棒11和铀氢锆燃料棒12构成的每边有多个燃料棒的正方形底网格，所述通量测量管8位于正方形底网格中央，控制棒导向管7离散布置在正方形底网格中，所述MA嬗变靶件棒10和LLFP嬗变靶件棒11布置在控制棒导向管7周围，在正方形底网格四个顶角位置布置MA嬗变靶件棒10，所述的具有嬗变靶件的嬗变组件3的核燃料采用铀氢锆燃料棒12。

所述MA嬗变靶件棒10和LLFP嬗变靶件棒11由嬗变包壳16和包覆在其内的嬗变芯块15组成，所述嬗变芯块15由嬗变基体材料14和包覆在其内的嬗变包覆颗粒13组成。

所述MA嬗变靶件棒10中的嬗变颗粒13由钇稳定氧化锆材料内包覆MA嬗变核素组成，所述LLFP嬗变靶件棒11中的嬗变颗粒13由钇稳定氧化锆材料内包覆LLFP嬗变核素组成；所述嬗变颗粒13均匀弥散在所述嬗变基体材料14中；所述嬗变颗粒13占嬗变芯块15的体积比为60%，所述MA嬗变靶件棒10中的嬗变颗粒13的钇稳定氧化锆材料和MA嬗变核素的体积比为1：1，所述LLFP嬗变靶件棒11中嬗变颗粒13的钇稳定氧化锆材料和LLFP嬗变核素的体积比为1：1。

所述嬗变颗粒13中的MA嬗变核素的化学形式为氧化物形式，次锕系核素中镎，镅和锔的同位素核素比例选取卸料燃耗为50GWd/tIHM乏燃料次锕系核素组分，乏燃料堆外冷却七年。

所述嬗变颗粒13中的LLFP嬗变核素的化学形式，其中锝-99采用金属锝单质形式，其理论密度为11.46g/cm³，有效密度为95%；碘-129嬗变的化学形式采用碘化钡，其理论密度为5.15g/cm³，有效密度为95%。

所述MA嬗变靶件棒10中的嬗变基体材料14采用钍基体材料；所述LLFP嬗变靶件棒11中的嬗变基体材料14采用氢化锆惰性基体材料。

所述铀氢锆燃料棒12的核燃料为U-ZrH_1.6-ThH₂，其中U占核燃料的45wt％，U中U-235的含量为12.5wt%，ZrH_1.6和ThH₂占核燃料的55wt％，其中ZrH_1.6和ThH₂的体积比为3：1。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1.利用现役商用压水堆进行长寿命高放核素嬗变，因此，嬗变成本低；

2.使用U-ZrH_1.6作为燃料，提高组件内热中子通量，有利于MA核素发生多次俘获嬗变为易裂变锕系核素，同时有利于LLFP核素吸收热中子和超热中子嬗变为稳定核素，因此在压水堆内嬗变可以达到较高的嬗变效率；

3.使用嬗变靶件替代原有堆内布置的中子吸收毒物，提高堆内中子经济性。

附图说明

图1是压水堆装载嬗变组件的初始堆芯径向布置示意图。

图中标记：1.初始堆芯布置，2.具有氧化铀核燃料棒的燃料组件，3.具有嬗变靶件的嬗变组件，4.吊兰，5.压力容器。

图2是具有氧化铀核燃料棒的核燃料组件示意图，其中：图2（A）为不带可燃毒物的核燃料组件，图2（B）为带有8根可燃毒物棒的核燃料组件，图2（C）为带有20根可燃毒物棒的核燃料组件，图2（D）为带有24根可燃毒物棒的核燃料组件。

图中标记：6.氧化铀燃料棒，7.控制棒导向管，8.通量测量管，9.可燃毒物燃料棒。

图3是具有嬗变靶件的嬗变组件示意图。

图中标记：10.MA嬗变靶件棒，11.LLFP嬗变靶件棒，12.铀氢锆核燃料棒。

图4是嬗变靶件棒示意图。

图中标记：13.嬗变包覆颗粒，14.嬗变基体材料，15.嬗变芯块，16.嬗变靶件包壳。

图5是嬗变循环换料循环示意图。

图6是嬗变平衡循环示意图。

图中标记：17.平衡循环堆芯布置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明结构进行详细说明。

如图1所示，以现役某1000MWe压水核反应堆氧化铀燃料的堆芯循环布置为例，初始堆芯布置1外侧布置为压水核反应堆的结构装置吊兰4和压力容器5，初始堆芯布置1中每个方块表示一个具有氧化铀核燃料棒的燃料组件2或具有嬗变靶件的嬗变组件3。具有嬗变靶件的嬗变组件3布置在堆芯新燃料布置的位置。图中2A表示为不带可燃毒物的核燃料组件，2B表示带有8根可燃毒物棒的核燃料组件，2C表示带有20根可燃毒物棒的核燃料组件，2D表示带有24根可燃毒物棒的核燃料组件。

在初始循环时，使用具有嬗变靶件的嬗变组件3替换初始堆芯布置1堆芯外围的具有氧化物核燃料的燃料组件2的新燃料布置位置。堆芯外围共24个具有氧化物核燃料的燃料组件2替换为具有嬗变靶件的嬗变组件3。由于初始堆芯布置1活性区外围均匀布置具有嬗变靶件的嬗变组件3，功率在堆芯径向上是非常均匀的。

如图2（A）所示，氧化物核燃料棒6、控制棒导向管7和通量测量管8形成每边有17个燃料棒的正方形底的网格，构成所述的氧化物核燃料的燃料组件2。通过装载不同数目的UO₂-Gd₂O₃可燃毒物燃料棒9，不同可燃毒物棒装载方案见图2（B）、图2（C）和图2（D），UO₂-Gd₂O₃可燃毒物燃料棒9用于抑制堆芯初始剩余反应性，展平堆芯内的功率分布。这种用于压水核燃料反应堆的氧化物核燃料的燃料组件2，慢化作用较强区域位于控制棒导向管7周围。

如图3所示，具有嬗变靶件的嬗变组件3为控制棒导向管7、通量测量管8、MA嬗变靶件棒10、LLFP嬗变靶件棒11和铀氢锆燃料棒12构成的每边有多个燃料棒的正方形底网格，所述通量测量管8位于正方形底网格中央，控制棒导向管7离散布置在正方形底网格中，由于具有嬗变靶件的嬗变组件3慢化作用较强区域位于控制棒导向管7周围，因此，将MA嬗变靶件棒10和LLFP嬗变靶件棒11布置在控制棒导向管7周围，在正方形底网格四个顶角位置布置MA嬗变靶件棒10，用以展平组件内功率分布；同时，利用控制棒导向管7附近较强的慢化作用，使得嬗变靶件棒中子热化，利于嬗变。所述的具有嬗变靶件的嬗变组件3内核燃料采用铀氢锆燃料棒12，用以在所述的具有嬗变靶件的嬗变组件3内生成中子。

具有嬗变靶件的嬗变组件3允许与所述具有氧化物核燃料的燃料组件2具有结构相同的组件设计，图2A中的氧化物核燃料6替换为铀氢锆燃料棒12。铀氢锆燃料棒12采用相同的燃料组分。在此基础上，按照如图3所示的MA嬗变靶件棒10布置，在组件内装载96根MA嬗变靶件棒10，按照图中所示的LLFP嬗变靶件棒11组件内布置方式，在组件内装载12根所述的LLFP嬗变靶件棒11。这将降低嬗变堆芯设计成本。

将MA嬗变靶件棒10装载在组件中心靠近控制棒导向管7的位置，利于通过控制棒来调节MA嬗变靶件棒10的功率峰因子；将LLFP嬗变靶件棒11转载在组件内控制棒导向管7附近布置，有利于展平燃料组件功率。控制棒导向管7不布置其他栅元，以保证控制棒能够顺利插入燃料组件内部。在堆芯实际运行中，控制棒导向管7插入控制棒以调节堆芯的功率，通过外部中子吸收体来展平堆芯的功率；在运行末期，控制棒导向管7内插入停堆控制棒棒组，以保证堆芯正常停堆。

如图4所示为嬗变靶件棒示意图，MA嬗变靶件棒10和LLFP嬗变靶件棒11由嬗变包壳16和包覆在其内的嬗变芯块15组成，所述嬗变芯块15由嬗变基体材料14和包覆在其内的嬗变包覆颗粒13组成。所述嬗变包覆颗粒13（直径150-200μm）采用钇稳定氧化锆包覆嬗变核素，所述嬗变靶件棒中嬗变颗粒13的钇稳定氧化锆材料和嬗变核素的体积比为1：1。所述嬗变包壳16组成采用Zr-4合金。最终嬗变产生的气态产物由于包覆材料和嬗变基体材料14的包容作用，不会对嬗变靶件在辐照过程中的完整性产生影响；同时嬗变包覆颗粒13由于嬗变基体材料14的包容，不会和嬗变包壳16发生反应，保证嬗变靶件的完整性。

MA嬗变靶件棒10中嬗变颗粒13由钇稳定氧化锆材料包覆MA核素组成的，均匀弥散在嬗变基体材料14中，最终嬗变包覆颗粒13在基体材料中的体积装载组分是60%；嬗变包覆颗粒13中MA嬗变核素的化学形式选择为氧化物形式，次锕系核素中的镎，镅和锔的同位素核素比例选取卸料燃耗50GWd/tIHM（Gaga Watt day per ton initial heavy metal，即吉瓦日/吨重金属），乏燃料堆外冷却七年；所述MA嬗变靶件棒10内嬗变核素装载质量百分比为2.0wt%，易裂变钚-239和钚-241的装载质量百分比为5.6wt%，所述嬗变基体材料14采用钍基体材料。

LLFP嬗变靶件棒11中所述嬗变颗粒13由钇稳定氧化锆材料包覆LLFP核素组成的，均匀弥散在所述嬗变基体材料14，最终所述嬗变包覆颗粒13在基体材料中的体积装载组分是60%；所述嬗变包覆颗粒13中LLFP嬗变核素的化学形式，其中锝-99采用金属锝单质形式（理论密度11.46g/cm³，有效密度95%），具有较高的熔点（1150℃），适合作为⁹⁹Tc的化学形式入堆进行辐照。碘-129嬗变采用同位素组分进行嬗变，嬗变组分为乏燃料分离组分，所述碘同位素中碘-129和碘-127的重量百分比为84%：16%，碘靶件的化学形式采用碘化钡（理论密度5.15g/cm³，有效密度95%）。所述嬗变基体材料14采用氢化锆惰性基体材料，氢化锆材料有利于实现中子慢化，降低LLFP核素的空间共振自屏效应，利于LLFP核素的嬗变。

所述铀氢锆燃料棒12的核燃料为U-ZrH_1.6-ThH₂，其中U占核燃料的45wt％，U中U-235的含量为12.5wt%，ZrH_1.6和ThH₂占核燃料的55wt％，其中ZrH_1.6和ThH₂的体积比为3：1。ThH₂能够保证当前设计满足压水堆燃料组件的安全设计准则。

如图5所示为嬗变循环换料循环示意图，其中字母表示核燃料组件在堆芯X方向布置的位置，数字表示核燃料组件在堆芯Y方向布置的位置，所述堆芯燃料换料方案采用三批换料方式，采用“外-内”换料方案，降低堆芯径向中子泄漏。所述具有氧化物核燃料的燃料组件2和具有嬗变靶件的嬗变组件3在堆芯辐照三个循环后卸除堆芯进入乏燃料水池冷却。以图5的实施例简述堆芯换料过程：新的核燃料组件在堆芯辐照的第一个循环初始布置在堆芯燃料组件装载位置C10，在堆内进行第一循环辐照。在第一循环结束后，第二循环初始堆芯布料设计时，在堆芯燃料组件装载位置B11处继续装载新的核燃料组件，将在第一循环内装载在C10的核燃料组件替换到堆芯燃料组件装载位置B11，将第一循环内装载在B11的核燃料组件替换到堆芯燃料组件装载位置G15，将第一循环内装载在G15燃料组件卸出堆芯布置，开始核燃料组件在堆芯第二循环辐照。在第二循环结束后，第二循环初始堆芯布料设计时，将第二循环内装载在B11的核燃料组件替换到堆芯燃料组件装载位置G15，将第二循环内装载在G15燃料组件卸出堆芯布置，开始核燃料组件在堆芯第三循环辐照。第三循环结束后，将布置在G15的、经过三批堆芯辐照的核燃料组件卸出堆芯布置，进行堆外乏燃料冷却。。

如图6所示，按照上述堆芯燃料换料方案，初始堆芯布置1最终达到平衡循环堆芯布置17，堆芯布置原有68个具有氧化物核燃料的燃料组件2由具有嬗变靶件的嬗变组件3替代。针对于不同批次的长寿命高放核素嬗变组件，在图中分别以白色，灰色和横线网格来标示。具有嬗变靶件的嬗变组件3能够实现长寿命高放核素的有效嬗变，降低该类核素的积累。

按照所述堆芯燃料换料方案进行循环换料设计，长寿命高放放射性核素在压水堆内进行多循环换料，最终有利于降低最终压水核反应堆乏燃料中内高放核素的积累，实现MA和LLFP的嬗变。

在现役压水堆内MA的嬗变主要是通过该类核素发生俘获反应后生成易裂变的锕系核素后发生裂变反应实现堆内的有效焚烧；对于LLFP核素，主要转化反应是俘获反应，经过一次或多次的俘获反应和衰变过程最终使得嬗变产物是稳定的、低放射性的核素。

Claims

1.一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，其特征在于：

在初始循环堆芯燃料布置时，在初始堆芯布置（1）堆芯外围装载具有嬗变靶件的嬗变组件（3）的新料，在此期间使压水堆工作；

在过渡循环期间使压水堆工作，在第一过渡循环和第二过渡循环开始之前的换料过程为：首先将初始循环于堆芯外围的、经过辐照的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）装载到压水堆堆芯中间位置，替换原有的具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2），继续在该燃料组件布置位置装载具有嬗变靶件的嬗变组件（3）；对于堆芯内燃料组件装载位置，将经过三个辐照批次的具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2）卸出堆芯，使用上一循环的经过一个辐照批次或两个辐照批次的具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2）进行堆芯装载；

在至少一个平衡循环期间使压水堆工作，堆芯嬗变平衡循环堆芯布置（17）中将同时装载具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2）和具有嬗变靶件的嬗变组件（3），平衡循环的换料过程为：将经过三个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）卸出堆芯，使用在堆内经过两个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）进行替换，在堆内经过两个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）所在堆芯装载位置将装载在堆内经过一个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3），在堆内经过一个辐照批次的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）继续装载新的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）；对于具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2），堆芯换料过程相同，每个平衡循环之间具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2）新燃料组件更换具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2）乏燃料组件。

2.根据权利要求1所述的一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，其特征在于：所述具有氧化物核燃料棒的燃料组件（2）为氧化物核燃料棒（6）、控制棒导向管（7）和通量测量管（8）构成的每边有多个燃料棒的正方形底网格，在所述的正方形底网格中控制棒导向管（7）周围装载不同数目的可燃毒物燃料棒（9）。

3.根据权利要求1所述的一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，其特征在于：所述具有嬗变靶件的嬗变组件（3）为控制棒导向管（7）、通量测量管（8）、MA嬗变靶件棒（10）、LLFP嬗变靶件棒（11）和铀氢锆燃料棒（12）构成的每边有多个燃料棒的正方形底网格，所述通量测量管（8）位于正方形底网格中央，控制棒导向管（7）离散布置在正方形底网格中，所述MA嬗变靶件棒（10）和LLFP嬗变靶件棒（11）布置在控制棒导向管（7）周围，在正方形底网格四个顶角位置布置MA嬗变靶件棒（10），所述的具有嬗变靶件的嬗变组件（3）的核燃料采用铀氢锆燃料棒（12）。

4.根据权利要求3所述的一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，其特征在于：所述MA嬗变靶件棒（10）和LLFP嬗变靶件棒（11）由嬗变包壳（16）和包覆在其内的嬗变芯块（15）组成，所述嬗变芯块（15）由嬗变基体材料（14）和包覆在其内的嬗变包覆颗粒（13）组成。

5.根据权利要求4所述的一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，其特征在于：所述MA嬗变靶件棒（10）中的嬗变颗粒（13）由钇稳定氧化锆材料内包覆MA嬗变核素组成，所述LLFP嬗变靶件棒（11）中的嬗变颗粒（13）由钇稳定氧化锆材料内包覆LLFP嬗变核素组成；所述嬗变颗粒（13）均匀弥散在所述嬗变基体材料（14）中；所述嬗变颗粒（13）占嬗变芯块（15）的体积比为60%，所述MA嬗变靶件棒（10）中的嬗变颗粒（13）的钇稳定氧化锆材料和MA嬗变核素的体积比为1：1，所述LLFP嬗变靶件棒（11）中嬗变颗粒（13）的钇稳定氧化锆材料和LLFP嬗变核素的体积比为1：1。

6.根据权利要求5所述的一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，其特征在于：所述嬗变颗粒（13）中的MA嬗变核素的化学形式为氧化物形式，次锕系核素中镎，镅和锔的同位素核素比例选取卸料燃耗为50GWd/tIHM乏燃料次锕系核素组分，乏燃料堆外冷却七年。

7.根据权利要求5所述的一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，其特征在于：所述嬗变颗粒（13）中的LLFP嬗变核素的化学形式，其中锝-99采用金属锝单质形式，其理论密度为11.46g/cm³，有效密度为95%；碘-129嬗变的化学形式采用碘化钡，其理论密度为5.15g/cm³，有效密度为95%。

8.根据权利要求4所述的一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，其特征在于：所述MA嬗变靶件棒（10）中的嬗变基体材料（14）采用钍基体材料；所述LLFP嬗变靶件棒（11）中的嬗变基体材料（14）采用氢化锆惰性基体材料。

9.根据权利要求3所述的一种利用压水堆嬗变长寿命高放核素的方法，其特征在于：所述铀氢锆燃料棒（12）的核燃料为U-ZrH_1.6-ThH₂，其中U占核燃料的45wt％，U中U-235的含量为12.5wt%，ZrH_1.6和ThH₂占核燃料的55wt％，其中ZrH_1.6和ThH₂的体积比为3：1。