CN103943161A - 用于重水反应堆的多相堆芯设计和钍基燃料 - Google Patents

用于重水反应堆的多相堆芯设计和钍基燃料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于重水反应堆的多相堆芯设计和钍基燃料。具体地，本发明提供了一种用于钍基燃料燃耗的重水反应堆的通道型多相反应堆堆芯。所述多相反应堆堆芯包括包括用于接收钍基燃料的点火区燃料棒束的点火区燃料通道的至少一个点火区燃料通道区域；和包括用于接收钍基燃料的转换区燃料棒束的转换区燃料通道的至少一个转换区燃料通道区域；其中所述点火区燃料棒束具有的可裂变燃料的百分含量高于所述转换区燃料束。所述点火区燃料通道区域和所述转换区燃料通道区域可以以棋盘图案或环形图案布置在多相反应堆芯内。还提供了用于所述堆芯的燃料棒束。

Description

用于重水反应堆的多相堆芯设计和钍基燃料
技术领域
本发明涉及用于重水反应堆钍基燃料的堆芯设计（core designs），并且更具体而言涉及用于通道型重水反应堆的钍基点火区燃料（种子燃料，点火燃料，seed fuel）和转换区燃料（再生区燃料，转换燃料，blanket fuel）的多相堆芯设计以及用于多相堆芯设计的钍基燃料棒束（fuel bundles）。 
背景技术
近来人们已经对使用钍作为新型主能源的研究进行了探讨。钍-232（Th-232）是天然存在的同位素，并且基本上比铀更丰富。虽然不能发生裂变，但是一旦吸收中子，就会蜕变为铀233（U-233），这是一种极好的裂变燃料材料。因此，钍燃料概念要求Th-232首先在反应堆中经过辐照从而提供所必需的中子剂量。所产生的U-233可以化学上从母体钍燃料中分离出来并且再循环进入新燃料中，或U-233可以以相同的燃料形式原位使用。 
因此，钍燃料需要一种可裂变材料作为驱动剂从而使链反应（由此供给过剩中子）可以维持。可裂变驱动剂的选项为U-233、U-235或Pu-239。 
尽管很困难，但是可以设计在热反应堆中产生比其消耗的可裂变材料更多的U-233的钍燃料（这称之为具有大于1.0的裂变转化率，也被称为再生）。使用U-233作为可裂变驱动剂对利用钍的热再生是可能的，并且为了实现这个目的，在所述反应堆中的中子经济必须非常好（即，通过逸 出或寄生吸收的中子损失低）。在慢中子系统中增殖（breed）可裂变材料的可能性对于钍基燃料是独特的特性。 
使用钍的另一独特的选择是作为含有超铀元素如钚的燃料的“肥沃基质”。不像铀燃料那样，没有新的钚从钍组分中产生，并且因此这种金属净消耗的水平相当高。 
在新鲜的钍燃料中，所有这些裂变（由此的功率和中子）都是由所述驱动剂组分进行驱动。由于所述燃料的运转，U-233含量逐渐增加并且其越来越多地有助于所述燃料的功率输出。来自U-233的最终能量输出，并且由此间接地是钍的最终能量输出，取决于许多燃料设计参数，包括：所达到的燃料燃耗、燃料布置、中子能谱和中子通量。铀233原子核的裂变释放出与U-235大约相同量的能量（200MeV）。 
在钍燃料设计中的一个重要原理是，在燃料布置中称之为点火区区域(点火区域)的高可裂变（而因此是更高功率）燃料区在物理上是与称为转换区区（再生区）的所述燃料增殖（低或零功率）钍部分分离的。这种布置对于向钍原子核供给过剩的中子以使其可以转化成可裂变的U-233是更加更好的。 
用于使用钍基燃料的通道型重水反应堆的先前重水反应堆堆芯设计和相关燃料一直没能同时实现高燃料燃耗，高裂变利用率和高转化率，而同时也能满足高堆芯平均功率密度的设计目标，满足对棒束功率和最大线性元件额定工作极限的目的，同时保持反应性系数如例如冷却剂空泡反应性在增强安全特性的所需值内。 
重水反应堆中的以前研究倾向于集中在均匀堆芯的设计和使用吸收中子的毒物来降低空泡反应性的多相燃料棒束设计上，并已忽视考虑替代设计方案。 
因此，对减轻一个或多个各种缺点的钍燃料基堆芯设计和/或燃料棒束设计存在需要。 
发明内容
考虑到铀储量有限并且分布不均，钍是用于改善核燃料循环的可持续性的一种有吸引力的燃料选择。由于天然钍不含可裂变同位素，因此在反应堆中操作钍燃料必须涉及可裂变组分，通常是钚或铀。低级可裂变转换区燃料和高级可裂变点火区燃料物理分离成多相反应堆堆芯中独立的相邻区域使得具有提高裂变利用率和增加所述钍燃料循环的可持续性的潜力。 
在本发明的一个实施方式中，提供了一种用于钍基燃料燃耗的重水反应堆的通道型多相反应堆堆芯，所述多相反应堆堆芯包括： 
至少一个点火区燃料通道区域（点火燃料通道区域），包括用于接收钍基燃料的点火区燃料棒束的点火区燃料通道；和 
至少一个转换区燃料通道区域（转换燃料通道区域），包括用于接收钍基燃料的转换区燃料棒束的转换区燃料通道； 
其中所述点火区燃料棒束比所述转换区燃料棒束具有更高百分含量的可裂变燃料。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述至少一个点火区燃料通道区域和所述至少一个转换区燃料通道区域以棋盘图案布置在所述多相反应堆堆芯中。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述至少一个点火区燃料通道区域和所述至少一个转换区燃料通道区域以环形图案布置在所述多相反应堆堆芯中。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述点火区燃料棒束包含35%或更多的UO2和65%或更少的ThO2。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述点火区燃料棒束包含3%或更多的PuO2和97%或更少的ThO2。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述转换区燃料棒束包含30%或更少的UO2和70%或更多的ThO2。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述转换区燃料棒束包含2%或更少的PuO2和98%或更多的ThO2。 
在本发明的另一实施方式中，提供了一种适用于重水反应堆的通道型多相反应堆堆芯的燃料棒束，所述燃料棒束包括： 
中央置换管（中央位移管，central displacement tube）；和 
多个围绕所述中央置换管的钍基燃料细棒（fuel pins）。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述中央置换管填充有ZrO2、MgO、BeO、石墨或不流动的D2O冷却剂。 
在除了以上概述的其它实施方式中，存在21个围绕所述中央置换管的径向定位的钍基燃料细棒。 
在除了以上概述的其它实施方式中，存在35个围绕所述中央置换管的径向定位的钍基燃料细棒。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述燃料棒束是点火区燃料棒束而所述多个钍基燃料细棒包含具有3%更高的PuO2含量的（PuO2+ThO2）的均质混合物。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述燃料棒束是点火区燃料棒束而所述多个钍基燃料细棒包含具有35%更高的UO2含量的（UO2+ThO2）的均质混合物。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述燃料棒束是转换区燃料棒束而所述多个钍基燃料细棒包含具有2%或更低的PuO2含量的（PuO2+ThO2）的均质混合物。 
在除了以上概述的其它实施方式中，所述燃料棒束是转换区燃料棒束而所述多个钍基燃料细棒包含具有30%或更低的UO2含量的（UO2+ThO2）均质混合物。 
在一个其它实施方式中，本发明提供了如以上概述的那些实施方式的燃料棒束在用于钍基燃料燃耗的重水反应堆的通道型多相反应堆堆芯中的用途。 
附图说明
图1A-1E显示了根据本发明的5个不同燃料棒束设计的示例性示意性实施方式； 
图2是用于适应钍基点火区和转换区燃料棒束的多相堆芯设计的一个实施方式的示意性举例说明； 
图3是用于适应钍基点火区和转换区燃料棒束的多相堆芯设计的另一实施方式的示意性的举例说明； 
图4是用于适应钍基点火区和转换区燃料棒束的多相堆芯设计的另一实施方式的示意性举例说明； 
图5是用于适应钍基点火区和转换区燃料棒束的多相堆芯设计的另一实施方式的示意性举例说明； 
图6是用于适应钍基点火区和转换区燃料棒束的多相堆芯设计的另一实施方式的示意性举例说明； 
图7是用于适应钍基点火区和转换区燃料棒束的多相堆芯设计的另一实施方式的示意性举例说明。 
具体实施方式
提供了一种用于通道型重水反应堆的多相反应堆堆芯。类似于核能发电中当前正使用的通道型重水反应堆可以被用作这种设计的初始基础。所述多相堆芯包含用于在通道中接收点火区或转换区燃料棒束的通道的网格（栅格），如以下参照图2-7所讨论的。所述堆芯可以包含25％至84％的点火区燃料通道，而其余的是转换区燃料通道。 
核燃料是以一般采用一环或两环燃料细棒制成的短（～50cm）或较长（>50cm）燃料棒束的形式。已经确定，有助于最小化冷却剂空泡反应性而同时最大化燃料燃耗和裂变利用率，所述燃料棒束被设计成具有一个或两个环的燃料细棒，其中，中央置换管（中央位移管，central displacer tube）填充有不流动的冷却剂，或固体减速剂，例如石墨，或具有低中子散射和低中子吸收截面的材料，例如ZrO2或MgO。将在下面参照图1A-1E来更详细地讨论所述燃料棒束。 
核燃料棒束由钍制成，与钍或铀混合一起，一般是以氧化物、卡宾（carbine）、硅化物或金属容许的形式。 
如图2-7中在各种非限制性实施方式中所描述的，所述反应堆堆芯的实施方式是具有以网格布置的点火区燃料通道和转换区燃料通道的物理分隔区的多相设计。在图2-7中，点火区通道（点火通道）由S表示而转 换区通道（转换通道）由B表示。点火区燃料（点火燃料）由与钍混合的高浓度可裂变燃料制成，并且主要用于产生电力和驱动转换区燃料的过量中子。所述转换区燃料（转换燃料）由与钍混合的较低浓度的可裂变燃料制成，并且主要用于将增殖性钍燃料转化成可裂变燃料。通过所述转换区燃料来进行某些发电。 
在一个实施方式中，点火区通道仅是用于点火区棒束（点火棒束），而转换区通道仅用于转换区棒束（转换棒束，再生棒束）。 
在所示的实施方式中，所述多相堆芯中的每个通道具有12个棒束（点火区或转换区）。 
如所示出的，所述堆芯可以包含25％至84％的点火区燃料通道，而其余是转换区燃料通道。所述堆芯在点火区和转换区燃料通道的棋盘型布置中具有网格，如图6和图7中所示的那些。可替换地，所述堆芯可以在点火区和转换区燃料通道区的环形布置中具有网格，其中最外环的燃料通道毗邻于填充了转换区燃料通道的堆芯的径向反射器（未示出），如在图2、3、4和5中所示的那些。应该理解的是，存在可以使用或实施的几种多相点火区/转换区堆芯布置的不同排列，并且如图2～7中所示的那些预想并不是限制，相反是本发明的多相堆芯概念的各种实施方式的举例说明。 
所述多相堆芯允许不同和动态加燃料的策略作为转换区燃料区，并且所述点火区燃料区可以按照不同速率加燃料从而达到所需的燃耗水平和堆芯功率分布。加燃料的策略将在下面更详细地讨论。 
所述反应堆堆芯可以类似于目前的反应堆堆芯，如具有采用28.575cm正方网格间距的380个燃料通道的CANDU-6/EC-6反应堆。其每个通道包含12个燃料棒束，每个大约50cm长。目前的CANDU堆芯使用天然铀（NU）的均相堆芯。一些更高级的设计使用单一类型的燃料并且仍被视为均相的。 
图1A-1E中所示的是适用于所述多相堆芯的通道的燃料棒束的实施方式。 
如在图中可以看出，所述燃料棒束包括代替43-元件棒束中的中心8个燃料细棒的中央置换管（中央位移管），保留外环14个和21个燃料细棒（图1B和1C）。如图1D和1E中所示的另外设计包括代替43-元件棒束中的中心22个棒束的更大中央置换管，而保留外环21个燃料细棒。不希望受到限制，所述中央置换管可以填充ZrO2、MgO、BeO、石墨或不流动D2O冷却剂。 
所述中央置换管的目的是为了降低冷却剂空泡反应性（CVR）。所述中央置换管的优点是有助于降低所述CVR，改善在冷却剂损失情况下的假想事故期间网格和所述反应堆的安全特性。 
所述21-元件棒束或35-元件棒束的燃料细棒可以是钚和钍的组合或低浓缩的铀和钍，取决于所述棒束是否适用于点火区燃料区或转换区燃料区。 
在图1A中，内部8个燃料细棒都是相同的，即ThO2和外侧的35个燃料细棒都是相同的，即（PuO2+ThO2）或（UO2+ThO2）的均相混合物。 
图1B和图1C所示的燃料棒束中，35个燃料细棒都是相同的，即（PuO2+ThO2）或（UO2+ThO2）的均相混合物，其中图1B的燃料棒束具有填充了不流动D2O冷却剂的中心Zr-4位移管，并且图1C的燃料棒束具有填充了ZrO2的中心Zr-4位移管。 
在图1D和1E所示的燃料棒束中，所述21个燃料细棒都是相同的，即（PuO2+ThO2）或（UO2+ThO2）的均质混合物，其中图1D的燃料棒束具有填充了不流动D2O冷却剂的中心Zr-4位移管，并且图1E的燃料棒束具有填充了ZrO2的中心Zr-4位移管。 
在其中PuO2与ThO2混合的燃料棒束的实施方式中，所述Pu为“反应堆级”的Pu。在其中UO2与ThO2混合的燃料棒束的实施方式中，所述U是LEU（低浓缩铀），在一个非限制性实施方式中具有约5wt％的U-235/U的可裂变含量。在各种非限制性的实施方式中，(Pu+Th)O2中PuO2的体积分数可以在1％至13%的范围内。在各种非限制性的实施方式中，(U+Th)O2中UO2的体积分数可以在5％～70％的范围内。 
应该理解的是，所述混合物（(Pu+Th)O2或(U+Th)O2中PuO2或UO2的体积分数）取决于所述燃料是否是“点火区”或“转换区”燃料。点火区燃料比转换区燃料具有更高体积分数的PuO2或UO2。 
通常情况下，点火区燃料包含在(Pu,Th)O2中PuO2为3%或更高的燃料，或在(U,Th)O2中UO2为35％或更高的燃料。 
LEU（在所示的非限制性实施方式中，5wt％的U-235/U）对于与钍（Th）混合的选择一般是基于实践和经济上的考虑。5wt％的U-235/U随时可从遍布世界的现有浓缩设施获得，这因此更常用。 
反应堆级Pu（通常约0.67wt％的可裂变Pu（Pu-239+Pu-241））对于与Th混合的选择一般是基于假设当今世界可利用的大多数Pu库存量均发现于轻水反应堆（LWR）的废弃燃料中。可以想象的是，可能会使用来自其它来源的Pu，诸如废弃的CANDU反应堆天然铀燃料，或镁诺克斯（Magnox）反应堆天然铀燃料，或获自核武器储备的钚，或来自快中子增殖反应堆。在Pu的这些其它潜在来源中，可裂变含量会有所不同，可能会更高。原则上，来自这些替代源的钚也可以用于所述多相反应堆设计中，但考虑到可裂变钚含量更高的假设，则(Pu,Th)O2中的PuO2的体积分数将可能会降低从而实现相同水平的燃耗。 
一般而言，典型的点火区燃料将含有35％（或更多）的UO2和65％（或更少）的ThO2，或将含有3％（或更多）的PuO2和97％（或更少）的ThO2。然而典型的转换区燃料将含有30％（或更小）的UO2和70％（或 更多）的ThO2，或其将会包含2％（或更少）的PuO2和98％（或更多）的ThO2。 
作为点火区通道的堆芯的燃料通道的分数可以在约25％～约84％的范围内。在大多数设计中，所述分数为约50％的点火区燃料通道和50％的转换区燃料通道，例如，如图2、4和7中所示。图5中所示的堆芯布局包括约84％的点火区通道（点火通道）（320个通道）和16％的转换区通道（转换通道）（60个通道）。 
使用更多的点火区通道的一个优点是，可以产生更多的电力并实现更高的燃耗，而同时维持堆芯的反应性。此外，通过使用更多的点火区，所述反应堆可以在更高的功率水平下运行，具有较高的堆芯平均功率密度。 
通常情况下，大部分以前涉及钍基燃料的CANDU堆芯设计被假设是具有一种燃料类型的均相堆芯。 
加燃料速率（和所述燃料的堆芯平均燃耗）取决于所使用的燃料选择（其初始富集），堆芯中所需的径向和轴向功率分布，以及加燃料的方案。一种加燃料的方案是简单的双棒束切换，其中在交替通道中双向加燃料。棒束从反应堆的一侧插入，并逐步移动到另一边，直到它们达到所需的燃耗。 
调整每个通道的出口燃耗（而由此是加燃料速率）的目的是为了确保最大棒束功率保持低于～750kW，以及最大通道功率保持低于～6500kW。然而，还理想的是，使所述轴向和径向功率分布尽可能平坦，以便出于经济优势而最大化堆芯中产生的功率。 
初始堆芯设计使用的35-元件Pu/Th点火区燃料将达到20MWd/kg～40MWd/kg的燃耗的近似排放燃耗。在所研究的大多数情况中，意味着使用（3wt％PuO2/97wt％ThO2）用于点火区而达到～20MW/kg的燃耗。对于更接近40MW/kg的堆芯平均燃耗，这意味着使用（4wt%PuO2/96 wt%ThO2）。大多数所述转换区燃料为（2wt%PuO2/98wt%ThO2），燃烧至～20MWd/kg，或（1wt%PuO2/99wt%ThO2），燃烧至40MWd/kg。 
具有LEU/Th燃料的多相堆芯还没有测试过，但它们将会使用在具有Pu/Th燃料的堆芯分析中所用的相同方法。 
还有用于进一步提高多相点火区/转换区堆芯的性能的两种其它加燃料的策略，但是这些还没有进行测试： 
1）在给定的通道中实施所述燃料棒束的轴向滑移从而有助于拉平轴向功率分布。这可能尤其可用于使用具有较高水平的裂变富集（如5wt％PuO2/95wt%ThO2）和较高燃耗（大于40MWd/kg）的点火区燃料。采用轴向滑移已经在使用SEU燃料（1.2wt%至3wt%U-235/U）的CANDU反应堆堆芯的研究中过去由AECL进行过考虑。 
2）为了递送高浓缩，高燃耗点火区燃料通过堆芯两次或三次，稍微类似于在轻水反应堆中采用间歇式加燃料的情况。这就是那会称为2TT（2次通过钍）或3TT（3次通过钍）的燃料循环。 
例如，据估计具有足够反应活性（和初始裂变含量）以达到大排放燃耗的点火区燃料棒束，将在三个不同通道中三道次通过所述CANDU堆芯。 
此外，例如，35-元件棒束可能由（5wt%PuO2/95wt%ThO2）制成并且网格的物理计算表明，它可以实现～54MW/kg的最终燃耗。代替在单道次中将所述燃料棒束的燃耗从0推至54MW/kg，它可以被分成2个或3个道次通过堆芯。如果分成3道次，则所述燃料将在一个通道中在第一个道次就从0燃烧至18MW/kg，在第二道次中在另一个通道中从18燃烧至36MW/kg，并且最后在第三道次中通过另一通道从36燃烧至54MW/kg。给定的燃料通道的入口和出口之间的燃耗的较小变化将会有助于拉平所述轴向功率分布，并允许更高的堆芯功率密度，同时保持在峰值棒束功率和峰值通道功率的限度内。这种类型的加燃料方案结合了采用轻水 堆（如PWR）的多批区加燃料方案的CANDU反应堆的在线双向连续续加燃料的特征。 
表1至表9陈列了不同燃料设计的几何结构规格和材料详述。 
表1涉及反应堆级钚（RGPu）的组成，且显示了其中所述反应堆级钚包含～52wt％的Pu-239和～15wt％的Pu-241的实施方式，提供～67wt％的Pu-可裂变/Pu的总可裂变含量。 
表2显示了氧化物形式的LEU的同位素组成。因此，裂变含量为～5wt％的U-235/U而其余的铀为U-238和U-234。 
表3显示了所测试的不同网格的描述。在外侧35或21个细棒中存在10种不同的网格设计，这些设计区别在于几何结构（5种几何结构类型）和燃料类型（两种燃料类型（双燃料型），(U,Th)O2或(Pu,Th)O2）。只有棒束设计1和6具有8个中央ThO2细棒。所有其它细棒是(U，Th)O2或(Pu,Th)O2的混合物。 
表4显示了所测试的各种网格的组件（组分）的尺寸。这些尺寸是针对由(Pu,Th)O2或(U,Th)O2或ThO2制成的燃料芯块给出的，对于燃料元件的包层的半径，对于中央置换管的内外半径，对于压力管（PT）的内外半径，对于压力排管容器管（CT）的内外半径。 
表5涉及燃料棒束环的规格并显示了燃料细棒的数量和间距圆（节距圆）和半径，以及所述棒束中第一燃料细棒的角度偏差。注：棒束设计1a是具有4环燃料细棒（1+7+14+21）的唯一一个棒束。棒束设计1b和1c并不具有中央元件细棒或内环燃料细棒，只有两个外环燃料细棒（14+21）。棒束设计1d和1e仅有单个外环21燃料细棒。 
表6显示了用于所测试的各种网格的关键组件的材料规格。给出了材料的类型、其标称工作温度和其标称材料的质量密度。也指定了重水慢化 剂和重水冷却剂的标称纯度。然而，应当指出，慢化剂和冷却剂中的重水的纯度都可以提高。 
表7涉及在用于改性35-Pu/Th-Zr)2-棒燃料棒束的各种燃料类型中元素/同位素的质量分数并显示了对于(Pu,Th）O2中各种体积分数的PuO2，在(Pu,Th)O2中对于Pu-可裂变(Pu-239+Pu-241)Pu、Th和O的质量分数的值。包含低体积分数PuO2（例如，2％或更低）的燃料被当作转换区燃料，而含较高体积分数的PuO2（例如，3％或更高）的燃料被当作点火区燃料。 
以下也显示了具有不同点火区和转换区燃料的组合的两个堆芯（1S-1B，和84%点火区/16%转换区）的一个堆芯样品组的计算结果。用于1S-1B堆芯设计的数据如表8中所示。这显示了5种不同的堆芯设计的各种性能特性，其在所用的点火区和转换区燃料的类型中是不同的。 
表9涉及在84%点火区/16%转换区的多相点火区/转换区堆芯设计中各种点火区/转换区燃料组合的性能特性。在表9中示出了对于84％点火区/16％转换区堆芯设计的数据。这显示了4种不同的堆芯设计的各种性能特性，其在所用的点火区和转换区燃料的类型中是不同的。 
表1反应堆级钚（RGPu）的组成1
同位素 质量数 Pu的质量分数wt%
Pu-238 238.04955 2.75
Pu-239 239.05216 51.96
Pu-240 240.05381 22.96
Pu-241 241.05685 15.23
Pu-242 242.05874 7.10
1来自J.Pencer的217-123700-REPT-001的组成。基于样品SF97-4，在典型废弃PWR燃料中Pu的组成。参见Y.Nakahara,K.Suyama,J.Inagawa,R.Nagaishi,S.Kurosawa,N.Kohno,M.Onuki,and H.Mochizuki,“Nuclide Composition Benchmark Data for Verifying Burn-up Codes on Light  Water Reactor Fuels,”Nuclear Technology,Volume137,Number2:pp.111-126,2002。 
表2LEU的同位素组成 
同位素 质量比
U-234/U2 0.000380315
U-235/U 0.050000000
U-238/U 0.949619685
O16/U 0.134418107
O17/U 0.000054306
2在LEU中U-234与U-235的原子比假设与天然铀中发现的相同，为0.00764。 
表3所测试的不同网格的描述 
表5燃料棒束环的规格 
环 #细棒 间距半径（cm） 角度偏差（弧度）
1 1 0.000 0
2 7 1.725 0
3 14 2.970 0.2244
4 21 4.380 0
表6所测试的各种网格的关键组件的材料规格 
表7在用于改性的35-Pu/Th-ZrO2-棒燃料棒束的各种燃料类型中元素/同位素的质量分数 
*燃料类型“BLNK-xx”是指所述燃料用于在所述堆芯分析中作为转换区燃料指定的燃料通道中。“xx”是用于所述燃料组成的指示剂。当“xx”=“02”时，所述燃料是1wt%PuO2/99wt%ThO2。选取“xx”的值并除以2以获得所述燃料中的PuO2的wt%。其余的将是ThO2。所述燃料类型“SEED-xx”是指所述燃料用于在所述堆芯分析中作为点火区燃料指定的燃料通道中。“xx”的含义是相同的。 
表8在1S-1B多相点火区/转换区堆芯设计中的各种点火区/转换区燃料组合的性能特性 
表9在84%点火区/16%转换区的多相点火区/转换区堆芯设计中各种点火区/转换区燃料组合的性能特性 
上述多相反应堆堆芯和燃料棒束预想是本发明的举例说明，并且预想并不以任何方式进行限制。应该理解的是，可以进行所述多相反应堆堆芯和燃料棒束的这些设计、功能或用途的修改和替换，这都是本发明范围内的设想并且在所述权利要求的范围内。 

Claims (16)

1.一种用于钍基燃料燃耗的重水反应堆的通道型多相反应堆堆芯，所述多相反应堆堆芯包括：
至少一个点火区燃料通道区域，包括用于接收钍基燃料的点火区燃料棒束的点火区燃料通道；和
至少一个转换区燃料通道区域，包括用于接收钍基燃料的转换区燃料棒束的转换区燃料通道；
其中，所述点火区燃料棒束具有的可裂变燃料的百分含量高于所述转换区燃料棒束。
2.根据权利要求1所述的通道型多相反应堆堆芯，其中，所述至少一个点火区燃料通道区域和所述至少一个转换区燃料通道区域以棋盘图案布置在所述多相反应堆堆芯内。
3.根据权利要求1所述的通道型多相反应堆堆芯，其中，所述至少一个点火区燃料通道区域和所述至少一个转换区燃料通道区域以环形图案布置在所述多相反应堆堆芯内。
4.根据权利要求1、2或3所述的通道型多相反应堆堆芯，其中，所述点火区燃料棒束包含35%或更多的UO2和65%或更少的ThO2。
5.根据权利要求1、2或3所述的通道型多相反应堆堆芯，其中，所述点火区燃料棒束包含3%或更多的PuO2和97%或更少的ThO2。
6.根据权利要求1、2或3所述的通道型多相反应堆堆芯，其中，所述转换区燃料棒束包含30%或更少的UO2和70%或更多的ThO2。
7.根据权利要求1、2或3所述的通道型多相反应堆堆芯，其中，所述转换区燃料棒束包含2%或更少的PuO2和98%或更多的ThO2。
8.一种用于重水反应堆的通道型多相反应堆堆芯的燃料棒束，所述燃料棒束包括：
中央置换管；和
围绕所述中央置换管的多个钍基燃料细棒。
9.根据权利要求8所述的燃料棒束，其中，所述中央置换管填充有ZrO2、MgO、BeO、石墨或不流动的D2O冷却剂。
10.根据权利要求8或9所述的燃料棒束，其中，存在21个围绕所述中央置换管的径向定位的钍基燃料细棒。
11.根据权利要求8或9所述的燃料棒束，其中，存在35个围绕所述中央置换管的径向定位的钍基燃料细棒。
12.根据权利要求8或9所述的燃料棒束，其中，所述燃料棒束是点火区燃料棒束并且所述多个钍基燃料细棒包含具有3%或更高的PuO2含量的（PuO2+ThO2）均质混合物。
13.根据权利要求8或9所述的燃料棒束，其中，所述燃料棒束是点火区燃料棒束，并且所述多个钍基燃料细棒包含具有35%或更高的UO2含量的（UO2+ThO2）均质混合物。
14.根据权利要求8或9所述的燃料棒束，其中，所述燃料棒束是转换区燃料棒束，并且所述多个钍基燃料细棒包含具有2%或更低的PuO2含量的（PuO2+ThO2）均质混合物。
15.根据权利要求8或9所述的燃料棒束，其中，所述燃料棒束是转换区燃料棒束，并且所述多个钍基燃料细棒包含具有30%或更低的UO2含量的（UO2+ThO2）均质混合物。
16.根据权利要求8至15中任一项所述的燃料棒束在用于钍基燃料的燃耗的重水反应堆的通道型多相反应堆堆芯中的用途。
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