CN104981877A - 燃料组件 - Google Patents

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Abstract

公开的实施方案包括燃料导管、燃料组件、制造燃料导管的方法、制造燃料组件的方法以及使用燃料组件的方法。

Description

燃料组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年12月28日提交的美国临时申请第61/747,064号以及2013年3月11日提交的美国实用新型申请第13/794,604号的权益，其通过引用以其整体并入本文。
背景
本专利申请涉及燃料组件，以及与该燃料组件有关的方法。
概述
公开的实施方案包括燃料导管、燃料组件、制造和使用该燃料导管以及燃料组件的方法。
前述内容是概述，并且因此可以包含细节的简化、概括、包含和/或省略；因此，本领域技术人员将认识到，本概述仅是说明性的并且不意图以任何方式是限制性的。除了本文描述的任何说明性的方面、实施方案和特征以外，通过参考附图和以下的详细描述，另外的方面、实施方案和特征也将变得明显。本文描述的装置和/或方法和/或其他主题的其他方面、特征和优势在提出的教导中将变得明显。
附图简述
技术人员将理解的是，附图主要是为了说明性的目的，且不意图限制本文描述的发明主题的范围。附图不一定是按比例的；在某些情况下，本文公开的发明主题的各个方面在附图中可能被扩大或放大显示，以促进对不同特征的理解。在附图中，相同的参考符号通常指的是相同的特征(例如，功能上相似的和/或结构上相似的元件)。
图1a-1b提供了在一个示例性实施方案中的例证性的(a)核燃料组件和(b)燃料元件(fuel element)的示意性形式的局部剖面透视图。
图2a-2b提供了显示在一个示例性实施方案中的核反应堆中的燃料组件的压力分布和膨胀性能的示意图。
图3a-3b分别提供了显示在一个示例性实施方案中的燃料组件的六边形导管构型和十二边形导管构型的示意图。
图4提供了显示在一个示例性实施方案中的燃料组件中的多壁式导管设计的示意图。
图5提供了显示在一个示例性实施方案中的用作导管内部中的张紧装置的内部结构构件的示意图。
图6a-6d图示了在一个示例性实施方案中的燃料组件中具有内部空心结构和外部空心结构(以及在某些情况下的结构构件)的多壁式导管设计的几个变型。
图7a-7d图示了在一个示例性实施方案中的燃料组件的第一空心结构和/或第二空心结构中的穿孔(penetration)的各种实施方案。
图8a和图8b-8d分别提供了在一个示例性实施方案中的制造燃料组件的燃料导管的过程以及该过程的说明性细节的流程图。
图9a和图9b-9e分别提供了在一个示例性实施方案中的制造燃料组件的燃料导管的过程以及该过程的说明性细节的流程图。
图10a和图10b分别提供了描述在一个示例性实施方案中的涉及使用本文所描述的燃料组件的方法的过程以及该过程的说明性细节的流程图。详细描述
简介
在以下的详细描述中，参考形成说明书一部分的附图。在附图中，除非上下文另外规定，否则相似的或同样的符号在不同附图中的使用通常表示相似或相同的物品。
详细描述中所描述的说明性实施方案、附图和权利要求不意味着是限制性的。可以使用其他的实施方案，且可以作出其他的改变，而不偏离此处所呈现的主题的精神或范围。
本领域技术人员将认识到，为了概念清楚起见，本文描述的部件(例如操作)、装置、物体以及伴随它们的讨论被用作例子，并且预期各种配置修改。因此，如本文所使用的，所提出的具体实施例和伴随的讨论意图是它们较一般的类别的代表。一般来说，任何具体实施例的使用意图是其类别的代表，并且具体部件(例如操作)、装置和物体的未包括内容不应该被认为是限制性的。
为了陈述的清楚起见，本申请使用形式大纲标题。然而，应理解，大纲标题是为了陈述的目的，并且不同类型的主题可以在整个申请中被讨论(例如，装置/结构可以在过程/操作标题下被描述，和/或过程/操作可以在结构/过程标题下被讨论；和/或对单个主题的描述可能跨越两个或更多个主题标题)。因此，形式大纲标题的使用并不意图以任何方式是限制性的。
综述
通过综述，在一个实施方案中提供了燃料组件，燃料组件包括：燃料导管，燃料导管包括：具有第一横截面几何形状的第一空心结构，以及具有第二横截面几何形状的第二空心结构，第二空心结构布置于第一空心结构的外部，且第二横截面几何形状与第一横截面几何形状不同。
在另一个实施方案中提供了燃料组件，燃料组件包括：燃料导管，燃料导管包括：具有在应力下可改变的至少一种尺寸的第一空心结构，以及布置于第一空心结构的外部的第二空心结构，第一空心结构和第二空心结构界定在它们之间的空间；第二空心结构适合于经由其分布第一空心结构的应力的至少一部分。
在另一个实施方案中提供了燃料组件，燃料组件包括：燃料、多个燃料元件以及具有布置于其中的多个燃料元件的多个燃料导管，多个燃料导管中的至少一个包括：具有第一横截面几何形状的第一空心结构，以及具有第二横截面几何形状的第二空心结构，第二空心结构布置于第一空心结构的外部，且第二横截面几何形状与第一横截面几何形状不同。
在另一个实施方案中提供了制造燃料组件的方法，方法包括：形成适合于在应力下改变其至少一种尺寸的第一空心结构，以及适合于经由其分布第一空心结构的应力的至少一部分的第二空心结构；将第一空心结构布置于第二空心结构内部以形成燃料导管，使得在第一空心结构和第二空心结构之间界定空间。
在另一个实施方案中提供了制造燃料组件的方法，方法包括：形成具有第一横截面几何形状的第一空心结构；形成具有第二横截面几何形状的第二空心结构，第二横截面几何形状与第一横界面几何形状不同；以及将第一空心结构布置于第二空心结构的内部以形成燃料导管。
在另一个实施方案中提供了使用燃料组件的方法，方法包括：使用布置于第一空心结构内的多个燃料元件产生热量，第一空心结构布置于第二空心结构内；使第一空心结构经历应力；以及经由第二空心结构分布第一空心结构的应力。
燃料组件
图1a提供了根据一个实施方案的核燃料组件10的局部图示。燃料组件可以是可裂变核燃料组件或增殖性核燃料组件。组件可以包括燃料元件(或“燃料棒”或“燃料针”)11。图1b提供了根据一个实施方案的燃料元件11的局部图示。如在本实施方案中所示，燃料元件11可以包括覆层材料13、燃料14，以及在某些情况下至少一个空隙15。
燃料可以通过外部覆层材料13密封于腔内。在某些情况下，如图1b中所示，多种燃料材料可以轴向地堆放，但是并不需要是这种情况。例如，燃料元件可以仅含有一种燃料材料。在一个实施方案中，空隙15可以存在于燃料材料和覆层材料之间，尽管空隙不需要存在。在一个实施方案中，空隙填充有加压的气氛，比如加压的氦气气氛。
燃料可以含有任何可裂变材料。可裂变材料可以含有金属和/或金属合金。在一个实施方案中，燃料可以是金属燃料。可以理解的是，金属燃料可以提供相对高的重金属载量以及优良的中子经济性，其对于核裂变反应堆的增殖和燃烧过程是令人满意的。根据应用，燃料可以包括选自U、Th、Am、Np以及Pu的至少一种元素。如本文通过化学符号表示的术语“元素”可以指的是存在于周期表中的元素-这不应当与“燃料元件”的“元件”混淆。在一个实施方案中，燃料可以包括至少约90wt％U-例如至少95wt％、98wt％、99wt％、99.5wt％、99.9wt％、99.99wt％或更高的U。燃料还可以包括耐火材料，所述耐火材料可以包括选自Nb、Mo、Ta、W、Re、Zr、V、Ti、Cr、Ru、Rh、Os、Ir和Hf的至少一种元素。在一个实施方案中，燃料可以包括另外的可燃毒物，比如硼、钆或铟。在一个实施方案中，燃料导管的第一空心结构的内部可以包括多个燃料元件。
在一个实施方案中，金属燃料可以与约3wt％至约10wt％的锆成合金以在辐射期间在尺寸上稳定合金，且以抑制覆层的低温共熔以及腐蚀损害。钠热结合填充存在于合金燃料和覆层管内壁之间的空隙，以允许燃料膨胀且提供有效的热转移，这可以保持燃料温度是低的。在一个实施方案中，各个燃料元件11可以具有从约0.8mm直径至约1.6mm直径的细线12，该细线12围绕覆层管的周边螺旋缠绕，以提供冷却剂空间以及各个燃料元件56在燃料组件18和20(其还充当冷却剂导管)的壳体内的机械分离。在一个实施方案中，由于如通过大量经验数据所指示的辐射性能，覆层13和/或绕线12可以由铁素体-马氏体钢制造。
燃料元件
“燃料元件”，比如图1a-1b中所示的、在发电反应堆的燃料组件中的元件11，通常可采取圆柱棒形式。燃料元件可以是发电反应堆的一部分，所述发电反应堆为核电设备的一部分。根据应用，燃料元件可以具有关于其长度和直径的任何适宜的尺寸。燃料元件可以包括覆层13以及布置于覆层13的内部的燃料14。在核反应堆的情况下，燃料可以含有(或是)核燃料。在一个实施方案中，核燃料可以是环形核燃料。燃料元件可以另外包括布置于核燃料14和覆层13之间的衬层。衬层可以含有多个层。
燃料可以具有任何几何形状。在一个实施方案中，燃料具有环形的几何形状。在这样的实施方案中，呈环形形式的燃料可以允许在一定水平的燃耗之后实现期望水平的燃料密度。另外，这样的环形构型可以维持燃料和覆层之间的压缩力以促进热运输。根据应用，燃料可以被调整以具有各种性质。例如，燃料可以具有任何水平的密度。在一个实施方案中，期望具有高密度的燃料，比如尽可能接近理论密度铀的燃料(在含有铀的燃料的情况下)。在另一个实施方案中，具有高孔隙率(低密度)可以防止辐射期间另外的内部空隙的形成，这在核燃料操作期间减少了结构材料(比如覆层)上燃料压力。
根据应用，用于覆层13的覆层材料可以包括任何适宜的材料。在一个实施方案中，覆层13可以包括选自金属、金属合金以及陶瓷的至少一种材料。在一个实施方案中，覆层13可以含有耐火材料，比如耐火金属，耐火金属包括选自Nb、Mo、Ta、W、Re、Zr、V、Ti、Cr、Ru、Rh、Os、Ir、Nd以及Hf的至少一种元素。在另一个实施方案中，覆层材料可以选自陶瓷材料，比如碳化硅或氧化铝(矾土)。
在一个示例性实施方案中，覆层13中的金属合金可以是钢。钢可以选自奥氏体钢、铁素体-马氏体钢、氧化物分散的钢、T91钢、T92钢、HT9钢、316钢以及304钢。钢可以具有任何类型的微观结构。例如，钢可以包括马氏体相、铁素体相和奥氏体相中的至少一种。在一个实施方案中，所述钢的大体上全部具有选自马氏体相、铁素体相和奥氏体相的至少一种相。根据应用，微观结构可以被调整以具有特定相(或多个相)。覆层13可以包括如下文描述的铁基组合物。
燃料元件的部件中的至少一些可以被结合。结合可以是物理的(例如机械的)或化学的。在一个实施方案中，核燃料和覆层是机械地结合的。在一个实施方案中，第一层和第二层是机械地结合的。
应力分布
在一方面，本文描述的燃料组件的各种结构部件可以一起运作以分布应力。应力可以指弯曲应力、拉伸应力、轴向应力、压缩应力、环向应力或其组合。应力可以起因于燃料组件的内部，比如在导管内部的气体和/或冷却剂的压力，该气体具有产生向外推挤的压力的趋势。
参考图2a-2b，在燃料导管20的内部21和外部22之间的压力差可以产生引起燃料导管20的壁拉伸-即承受拉力的驱动力。压力差可以驱动已有的导管设计中的热诱导的蠕变以及辐射诱导的蠕变两者(见分别关于非蠕变结构和蠕变结构的图2a相对于图2b)。在核反应堆的区域23中的结构材料的体积膨胀也可能发生。膨胀可以不依赖于冷却剂压力，并且可以导致组件结构内的弯曲应力。内应力的另外的组成部分可以起因于燃料元件束的膨胀，其还可以对组件壁施加力。
参考图3a，当前组件，比如在液体金属冷却的快中子反应堆中使用的那些组件，使用单壁的、六边形的燃料导管31来容纳绕线的燃料元件。限制扭曲的一种现有方法是制造壁更厚的六边形导管。然而，这可能增加反应堆芯内的结构材料与燃料的比率，减少反应堆的中子经济性，并且增加组件的成本和重量。在当前设计中还已经考虑了具有12边的导管，显示为图3b中的32。十二边导管32具有减小的边长度和增大的边到边内角。这样的设计减少了导管中的弯曲应力，且因此减少了扭曲。然而，这些12边组件成为其最紧密的晶格构型的配置(十二边形单元填料与六边形单元填料相反；见图3b)可以留下间隙空间301，该间隙空间301需要用冷却剂或燃料填充。在前一种情况下，冷却剂与燃料的比率增大。在后一种情况下，反应堆需要多种组件类型，增加了成本和燃料管理的复杂性。因此，这些现有方法中没有一个是令人满意的。本文描述的燃料组件战胜了这些挑战。
燃料导管构型
本文描述的实施方案的另一个方面涉及燃料组件的结构部件或组件本身。例如，一个实施方案涉及燃料组件的燃料导管16，如图1a中所示。参考图4，根据一个实施方案，燃料导管可以包括具有第一横截面几何形状的第一空心结构401以及具有第二横截面几何形状的第二空心结构402。第二空心结构可以布置于第一空心结构的外部或内部-图4图示了前一种方案。在一个实施方案中，第二横截面几何形状与第一横截面几何形状不同。在另一个实施方案中，第二横截面几何形状与第一横截面几何形状至少大体上相同。在本文的一个实施方案中的“大体上相同”的几何形状可以指的是相同的几何形状，但是具有极其小的变化，比如(稍微)钝边(代替锐边)或包括至少一些弯曲度的边。在另一个实施方案中，第二横截面几何形状与第一横截面几何形状相同。
本文的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅表示分离的整体，且这些整体的顺序可以改变。因此，数目与整体之间的关联是非限制性的。在某些实施方案中，空心结构可以被称为“导管”，如在“多导管”构型中。
本文的术语“几何形状”可以指材料的形状和/或大小。例如，本文描述的结构可以具有横截面区域，该横截面区域具有包括(或是)具有多个边(或边缘)的多边形、圆形或不规则形状的形状。多边形可以是三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十一边形、十二边形、十三边形、十四边形、十五边形或具有更多边的其他几何形状。本文的圆形横截面区域还可以指椭圆形横截面区域。因此，取决于横截面区域，三维感的结构可以是立方体(或更多边)、圆柱体等。
在某些实施方案中，内部(相对于第二结构)第一空心结构以及外部(相对于第一结构)第二空心结构各自可以包括如它们相应的横截面几何形状的多边形。在一个实施方案中，第一横截面几何形状可以包括具有比第二横截面几何形状多的边的多边形。在另一个实施方案中，第一横截面几何形状可以包括具有与第二横截面几何形状相同数目的边的多边形。在另一个实施方案中，第一横截面几何形状可以包括具有比第二横截面几何形状少的边的多边形。
在其中第一空心结构和第二空心结构具有多边形横截面区域的情况下，该区域可以具有前述多边形几何形状中的任一种。在一个实施方案中，第一横截面几何形状可以包括十二边形。在一个实施方案中，第二横截面几何形状可以包括六边形。在一个实施方案中，当第一横截面几何形状可以包括具有比第二横截面几何形状多的边的多边形时，第一横截面几何形状可以包括十二边形且第二横截面几何形状可以包括六边形。在可选的实施方案中，第一横截面几何形状可以包括八边形且第二横截面几何形状可以包括正方形。在另一个实施方案中，第一横截面几何形状可以包括圆形且第二横截面几何形状可以包括八边形。在可选的实施方案中，第一横截面几何形状可以包括具有比第二横截面几何形状少的边的多边形-例如，第一横截面几何形状包括六边形且第二横截面几何形状包括八边形。
燃料组件的空心结构可以具有相同的厚度或不同的厚度。厚度不需要被限制为任何特定值，且可以根据应用而变化。例如，第一空心结构和/或第二空心结构的厚度可以在约0.1mm和约20mm之间-例如在约0.2mm和约15mm之间、在约0.3mm和约10mm之间、在约0.5mm和约5mm之间、在约1mm和约3mm之间等。第一空心结构和/或第二空心结构的厚度沿着其相应的横截面几何形状的周边可以是均匀的，尽管其并不需要是这样。在一个实施方案中，第一空心结构和第二空心结构中的至少一个具有沿着第一横截面几何形状和第二横截面几何形状的相应的周边的至少一部分而变化的壁厚。在某些实施方案中，厚度沿着边或多个边的改变可以导致弯曲度的改变。因此，如上文所述，具有沿着其不同的边而变化的厚度和/或弯曲度的多边形可以变成非六边形，但是仍然大体上与多边形几何形状相同。厚度和/或弯曲度的改变可以为了不同的目的-例如扩张性能而优化。
燃料组件的空心结构可以具有相同的化学组成或不同的化学组成。在某些实施方案中，第一空心结构和/或第二空心结构可以包括选自以下的至少一种材料：Zr基合金、Fe基合金、陶瓷、难熔金属、难熔合金以及复合材料。陶瓷可以是碳化物(例如碳化硅)、氮化物、氮氧化物等。例如，第一空心结构和/或第二空心结构可以包括Fe基合金，包括钢。钢可以选自以下中的至少一种：铁素体钢、马氏体钢、铁素体马氏体钢以及非铁素体钢。可以使用适合于辐射环境中的其他材料。
如图4中所示，第一空心结构的内部411可以从第一空心结构的外部密封。在一个实施方案中，在密封的内部的第一空心结构中的空间411可以在内部空间中含有至少一种冷却剂。冷却剂可以布置于在第一空心结构和第二空心结构之间界定的空间412中。在一个实施方案中，内部第一空心结构是密封的，使得其充满冷却剂或含有与冷却剂不同的流体或材料。流体可以是具有令人满意的中子性质-例如增殖性、吸收性或对于辐射的有效地透明的流体。在一个实施方案中，内部空间411可以是大体上空的，使得可以将任何中子效应最小化。在另一个实施方案中，第一空心结构的内部空间411大体上不含冷却剂。如上文所描述的，空间411还可以用于容纳用于反应堆内的测试以及观察正常和非正常操作条件两者的仪器，以及控制反应堆的装置，或用于提供期望的反应性反馈。可选择地，内部可以暴露于第一空心结构的外部。第一空心结构的内部可以是空的或者可以包括某些材料。例如，至少一种冷却剂可以布置于第一空心结构的内部。根据应用，冷却剂可以是任何适宜的冷却剂。例如，冷却剂可以包括钠。
由第一空心结构和第二空心结构界定的空间412可以是空的；可选择地，另外的元素可以存在于该空间中。空间412可以由第一空心结构的外壁413和第二空心结构的内壁414界定。例如，在空间412中的可以是冷却剂，其可以是前述冷却剂中的任何一种。可选择地(以及附加地)，在空间中的可以存在至少一种如前述的结构构件。在另一个实施方案中，在空间412中的可以存在至少一种仪器，其可以被配置为测试、观察以及提供关于操作条件的反馈(例如，燃料组件的操作条件的反馈)。仪器可以与如上文所描述的空心结构的内部空间中采用的仪器相同或不同。
在一个实施方案中，在燃料导管中，第一空心结构可以具有在应力下可改变的至少一种尺寸。取决于第一空心结构的几何形状，尺寸可以是指宽度、长度、直径等。尺寸的改变可以指例如其膨胀。在一个实施方案中，第二空心结构适合于经由其分布第一空心结构的应力的至少一部分。
第一空心结构可以适合于在应力下向外径向膨胀，使得第一空心结构的至少一部分物理地接触第二空心结构。在某些情况下，膨胀不需要发生。例如，第一空心结构可以在应力下大体上维持其尺寸的至少一个(比如其尺寸的所有)以及几何形状。在一个实施方案中，第一空心结构适合于在应力下改变其至少一个尺寸；且第二空心结构适合于分布第一空心结构的至少一些应力。在另一个实施方案中，第一空心结构在应力下不改变其尺寸和/或几何形状，然而第二空心结构可以分布至少一些应力。第二空心结构可以随着第一结构的尺寸和/或几何形状的最小量的改变(比如没有改变)来分布第一结构的至少一些应力。在一个实施方案中，第二空心结构被配置为在经由其分布第一空心结构的应力期间大体上维持其尺寸(比如所有尺寸)以及几何形状中的至少一种。
当第一空心结构不经历任何应力，特别是从其内部的压力产生的应力时，第一空心结构不需要与第二外部空心结构物理接触(如图4中所示)，尽管其可以是物理接触的。在一个实施方案中，当在应力下时，第一空心结构可以适合于向外膨胀，直至其至少一部分与第二空心结构物理接触以分布应力为止。第二空心结构可以被设计和/或配置为分布应力，而不必改变其尺寸和/或几何形状。在一个实施方案中，应力可以(但不需要)均匀地分布在第二空心结构的不同边之间。
结构构件
参考图5，第一空心结构501的内部503可以包括结构构件502。第一空心结构空间的内部503还可以被划分，比如轴向划分。在一个实施方案中，轴向划分可以用燃料柱下面的反射器(沿着燃料柱长度的空隙)、然后是流体柱上面的冷却剂来完成。结构构件可以以适合本申请的目的的任何方式被定位。例如，如图5中所示，一个结构构件可以使内部第一空心结构的第一边的点耦合到与第一边相对的第二边的点。该点可以是边上的任何点，比如中点。在一个实施方案中，结构构件可以使第一空心结构的一个角(代替边)耦合到另一个角(未示出)。本文的术语“耦合”可以指接触，比如物理接触(例如，机械耦合)。在某些其他的实施方案中，接触可以指其他类型的接触，比如热接触、电接触等。例如，在一个实施方案中彼此耦合的两个物品可以指这两个物品通过直接地或间接地物理接触彼此连接(经由第三个物品)。
在第一空心结构内部的这些结构构件可以是(或充当)张紧结构构件。在一个实施方案中，由于冷却剂内部压力产生的向外的力可以通过如图5中所示的这些内部结构构件内的拉力而至少部分地平衡。因此，此配置可以通过减少正常应力和弯曲应力来减少外部的空心结构(或“导管”)的扭曲。
在一个实施方案中，如在图4中所示，第一空心结构401和第二空心结构402可以通过空间412彼此间隔开，且完全不与彼此接触。换句话说，在此实施方案中第一空心结构和第二空心结构界定它们之间的空间412。可选择地，第一空心结构的至少一部分可以耦合到第二空心结构的一部分。例如，参考图6a，第一空心结构601和第二空心结构602可以含有它们之间的空间612，尽管这两个结构彼此接触。
这些结构构件可以与如上文所描述的某些第一内部空心结构的内部中的内部结构构件相同或不同。图6b提供了在一个实施方案中的内部空心结构401和外部空心结构602之间的空间612中具有多个结构构件603的燃料导管的图示。在此实施方案中，结构构件各自在内部空心结构的(外壁上的)边上的点处耦合到外部空心结构的(内部)角。点可以是中点或可以在边上的任何位置。结构构件可以垂直于该边被放置(如图中所示)但是并不需要这样放置。例如，结构构件可以成角度地放置。
至少一种仪器可以布置于第一空心结构的内部。仪器可以被配置为执行选自以下的至少一种功能：测试、观察以及提供关于操作条件的反馈。条件可以指燃料组件的任何部分(包括燃料导管或其任何部分)的条件。仪器可以包括装置，比如传感器装置。仪器可以可选择地包括反射器。在一个实施方案中，仪器可以包括反应性反馈装置、控制元件，或两者。例如，仪器可以包括控制棒装置、锂膨胀模块(LEM)、吸收插入模块(AIM)、气体膨胀模块(GEM)等。
接触可以通过第一空心结构和第二空心结构的边物理接触(图6a)和/或经由分离的结构部件603(图6b-6d)来完成。在后者中，两个空心结构可以经由其边彼此耦合(图6b-6c)或单独地通过由至少一个结构构件连接彼此耦合(图6d)。结构构件不需要存在于空心结构的所有边或角上，尽管它们可以存在。例如，如图6c-6d中所示，仅一些边和角由结构构件连接。结构构件可以包括(或是)例如支柱。结构构件可以布置于第一空心结构和第二空心结构之间界定的空间中，且将第一空心结构与第二结构物理地耦合。
结构构件并非总是需要的。例如，在一个实施方案中，内部空心结构和外部空心结构之间的结构构件可以被除去以除去外部空心结构上的大体上所有的拉伸应力。在一个实施方案中，外部空心结构可以被建造为由于空隙膨胀而适应尺寸的改变，使得燃料组件之间的空间最小化。在某些实施方案中，如图6a-6c中所示，内部空心结构和外部空心结构可以共享至少一个共同的面(或边，如果以一个尺寸观察)。
结构构件可以由任何适合的材料制造或包括任何适合的材料。例如，结构构件可以选自金属、金属合金、陶瓷以及聚合物中的至少一种。结构构件可以包括与第一空心结构和/或第二空心结构相同的组成或不同的组成。取决于第一空心结构和第二空心结构之间的空间的大小，结构构件可以具有各种大小。例如，结构构件可以具有小于、等于、或大于第一空心结构和/或第二空心结构的厚度的尺寸的直径。
穿孔
第一空心结构和/或第二空心结构可以包括允许流体(例如冷却剂)流动以促进热量的除去以维持热条件的穿孔。例如，在燃料组件被轴向划分实施例中，穿孔可以允许冷却剂进入第一空心结构和第二空心结构之间的燃料柱上面的空间。这些隔室的边界中的任一个可以被设计为具有响应一些外部条件的性质的改变。例如，一个边界可以具有易熔塞，如果超过了某一温度，则易熔塞允许有空隙的空间变得充满冷却剂或其他材料。
图7a-7d图示了在一个实施方案中的与内部导管710和外部导管720中的穿孔相关的不同现象。图7a提供了在一个实施方案中的压力曲线的图示。图7b图示了冷却剂经过导管的‘有空隙的’部分701的加燃料区域702的旁路；当组件的内部部分的外面需要另外的静压以分布应力时，这可以发生。图7c图示了冷却剂经过导管的有空隙的部分的上方加燃料区域的旁路；上方加燃料部分可以显著地产生较少的热量，使得经过通道的中间的冷却剂流速可以降低。图7c图示了冷却剂经过导管的有空隙的部分并且回流到燃料上方的区域中的加燃料区域的旁路。图7d图示了冷却剂流可以通过让一些流体完全地从组件漏出而绕过加燃料区域周围。图中还示出了负载垫730。这可以被用来以增加围绕导管整体的静压(在存在多个燃料组件的情况下)。如图7d中所示，离开组件的流将必须在增加压力的相邻导管之间挤压。
发电
如上文描述的，本文描述的燃料组件可以是功率发生器或能量发生器的一部分，所述功率发生器或能量发生器可以是发电厂的一部分。燃料组件可以是核燃料组件。在一个实施方案中，燃料组件可以包括燃料、多个燃料元件以及多个燃料导管，比如上文描述的那些。燃料导管可以包括布置于其中的多个燃料元件。
本文描述的燃料组件中的至少一些可以包括多个燃料导管间的间隙空间。间隙空间可以被界定为多个燃料导管之间的空间。冷却剂、惰性气体、燃料材料以及监测装置中的至少一种可以布置于这些间隙空间的至少一些中。间隙空间可以是空的或者可以包括特定的材料。例如，在间隙空间中的可以是冷却剂、惰性气体以及燃料材料中的至少一种。冷却剂和/或燃料材料可以是上文描述的那些中的任一种。惰性气体可以是本领域中已知的那些惰性气体中的任一种-例如，氮气、稀有气体(例如氩气、氦气等)。在某些实施方案中，间隙空间可以包括仪器，比如上文描述的可以存在于第一空心结构的内部或第一空心结构和第二空心结构之间的空间中的那些仪器中的任一种。在一个实施方案中，仪器是监测燃料组件的操作条件的监测装置。
本文描述的燃料组件可以适合于产生具有至少约50MW/m2-例如至少约60MW/m2、约70MW/m2、约80MW/m2、约90MW/m2、约100MW/m2或更高的峰值面积功率密度。在某些实施方案中，燃料组件可以经历至少约120位移/每原子(“DPA”)-例如至少约150DPA、约160DPA、约180DPA、约200DPA或更高的水平的辐射损害。
制造或使用燃料组件的方法
在另一方面，提供了制造燃料组件的物品的方法。燃料组件可以是前述的燃料组件中的任一种，包括燃料导管、燃料组件以及类似物。图8a提供了在一个例证性实施方案中的制造燃料组件的燃料导管的方法的流程图。方法可以包括形成可以适合于在应力下改变其至少一种尺寸的第一空心结构(步骤801)，以及形成可以适合于经由其分布第一空心结构的应力的至少一部分的第二空心结构(步骤802)；以及将第一空心结构布置于第二空心结构内部以形成燃料导管(步骤803)，使得在第一空心结构和第二空心结构之间界定空间。参考图8b，该方法还可以包括比如用至少一个结构构件将第一空心结构耦合到第二空心结构(步骤804)。参考图8c，该方法还可以包括通过使金属片形成为多边形形状并且闭合该多边形形状来形成第一空心结构和/或第二空心结构(步骤805)。参考图8d，该形成的方法还可以包括选自挤压和皮尔格轧制(pilgering)的至少一种方法(步骤806)。在某些实施方案中，第一空心结构和第二空心结构中的至少一种可以已经是预成形的且因此仅需要被提供以经历布置过程，所述布置过程还可包括组装不同的空心结构。
图9a提供了在一个例证性实施方案中制造燃料组件的燃料导管的可选的方法的流程图。该方法可以包括形成可以适合于在应力下改变其至少一种尺寸的第一空心结构(步骤901)，以及形成可以适合于经由其分布第一空心结构的应力的至少一部分的第二空心结构(步骤902)；以及将第一空心结构布置于第二空心结构内部以形成燃料导管(步骤903)，使得在第一空心结构和第二空心结构之间界定空间。参考图9b，该方法还可以包括比如用至少一个结构构件将第一空心结构的一部分连接到第二空心结构(步骤904)。参考图9c，该方法还包括轴向地划分第一空心结构的内部(步骤905)，如下文将进一步描述的。参考图9d，该方法还可以包括通过挤压和/或皮尔格轧制来形成第一空心结构和/或第二空心结构(步骤906)。可选择地(或附加地)，参考图9e，该方法还可以包括通过使金属片形成为多边形形状并且闭合该多边形形状来形成第一空心结构和/或第二空心结构(步骤907)。
该成形的方法可以包括可用来形成结构材料(包括空心结构材料)的任何技术。例如，该成形的方法可以包括选自挤压和皮尔格轧制中的至少一种的方法。皮尔格轧制可以指用于减少含有金属的管状结构的至少一个尺寸的金属处理过程。在某些实施方案中，该成形的方法可以包括使金属片形成为多边形(管状)形状-术语“管”此处仅仅用来描述三维结构，且不一定是圆柱体。该方法还可以包括以下中的至少一种来闭合多边形管：通过焊接接缝、铆接；形成接缝并且平头焊接、形成接缝并且均衡地压缩接缝和扩散结合。
该成形的方法还可以包括提供使第一空心结构的一部分耦合到第二空心结构的一部分的至少一个结构构件(步骤804)。结构构件可以是上文描述的那些结构构件中的任一种。在某些实施方案中，该成形的方法还可以包括使第一空心结构的第一部分与第二空心结构的第二部分连接。该连接可以用至少一个结构构件来进行。在一个实施方案中，连接过程不需要包括相对于第一部分和第二部分轴向地焊接至少一个结构构件。例如，组件可以配备有保持器型装置或导引装置。在一个实施方案中，内部空心结构可以被滑入外部空心结构中。
本文描述的燃料组件可以用于比如在核电设备中的核反应堆芯中产生功率。功率可以指电功率、热功率、辐射功率等。图10(a)提供了在一个例证性实施方案中的描述涉及使用本文描述的燃料组件的方法的过程的流程图。在一个方面，使用本文描述的燃料组件的方法可以包括：使用布置于第一空心结构内的多个燃料元件产生能量(例如热量)(步骤1001)，第一空心结构布置于第二空心结构内；使第一空心结构经历应力(步骤1002)；以及经由第二空心结构分布第一空心结构的应力(步骤1003)。参考图10(b)，方法还可以包括允许第一空心结构的一部分物理地接触第二空心结构的一部分(步骤1004)。
燃料组件可以是前述的那些燃料组件中的任一种。例如，第二空心结构可以被配置为在经由其分布第一空心结构的应力期间大体上维持其尺寸和几何形状中的至少一种。在一个实施方案中，第二空心结构可以被配置为在经由其分布第一空心结构的应力期间改变其尺寸和几何形状中的至少一种。在一个实施方案中，多个燃料元件可以包括燃料材料，所述燃料材料包括铀和钚中的至少一种。
在本说明书中提及的和/或在任何申请数据表中列出的上述美国专利、美国专利申请公布、美国专利申请、外国专利、外国专利申请以及非专利公布中的全部，随本文在某种程度上不矛盾地通过引入以其整体并入本文。在包含的文献和相似材料中的一篇或多篇与本申请不同或矛盾的情况下，包括但不限于界定的术语、术语使用、描述的技术或类似情况，以本申请为准。
关于本文中实质上任何的复数和/或单数的术语的使用，本领域技术人员可与上下文和/或应用相适应地从复数转换为单数和/或从单数转换为复数。为了清楚的目的，各种单数/复数置换在本文中不作特别阐述。
本文描述的主题有时示出了包含在不同的其他部件内或与不同的其他部件相连接的不同的部件。应当理解，这样描绘的构造仅仅是示例性的，并且事实上，可以实施实现相同的功能的许多其他的构造。在概念意义上，实现相同的功能的部件的任何布置都是有效地“相关联的”，使得期望的功能得以实现。因此，本文中被组合以实现特定的功能的任何两个部件都可以被视为彼此“相关联”，使得期望的功能得以实现，而不管构造或中间部件如何。同样地，如此相关联的任何两个部件也可以被视为是彼此“可操作地连接的”或“可操作地耦合的”以实现期望的功能，并且能够如此相关联的任何两个部件也可以被视为是彼此“可操作地可耦合的”以实现期望的功能。可操作地可耦合的具体的例子包括但不限于物理地可配对和/或物理地相互作用的部件，和/或无线地可相互作用和/或无线地相互作用的部件，和/或逻辑地相互作用和/或逻辑地可相互作用的部件。
在某些情况下，一个或多个部件在本文中可以被称为“被配置为”、“被配置”、“可被配置为”、“可操作来/操作来”、“适合/可适合”、“能够”、“可符合/符合”等。本领域技术人员将认识到，除非上下文另外要求，否则这些术语(例如“被配置为”)可以通常包括活动状态的部件和/或非活动状态的部件和/或备用状态的部件。
虽然已经示出和描述了本文所描述的当前主题的特定方面，但是对于本领域技术人员将明显的是，基于本文的教导可以做出变化和修改，而不偏离本文所描述的主题及其更宽的方面，并且因此所附的权利要求在它们的范围内包括所有这样的变化和修改，如在本文所描述的主题的真实精神和范围内的一样。本领域技术人员将理解，一般地，本文所使用的术语，且尤其是在所附的权利要求(例如，所附的权利要求的主体)中所使用的术语，一般意指“开放的”术语(例如，术语“包括(including)”应被理解为“包括但不限于”，术语“具有”应被理解为“至少具有”，术语“包括(includes)”应被理解为“包括但不限于”，等)。本领域技术人员还将理解，如果所引用的权利要求叙述的具体编号被引用，那么这一意义将在该权利要求中被明确引用，且在缺乏这样的叙述时，这个意义就不被呈现。例如，作为对理解的帮助，以下所附的权利要求可包含引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以引入权利要求叙述。然而，这样的短语的使用不应该被解释为意味着权利要求叙述通过不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”的引入将含有这样引入的权利要求叙述的任何具体的权利要求限制为含有仅仅一个这样的叙述的权利要求，即使当同一个权利要求包括引导性的短语“一个或更多个”或“至少一个”和诸如“一个(a)”或“一个(an)”的不定冠词(例如“一个(a)”和/或“一个(an)”通常应该被解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)时；这也适用于用于引入权利要求叙述的定冠词的使用。另外，即使被引入的权利要求叙述的具体数字被明确引用，本领域技术人员将认识到，这样的叙述应通常被理解为意思是至少所引用的数字(例如，“两个叙述”的没有其他修饰语的纯叙述，通常意思是指至少两个叙述，或者是指两个或更多个叙述)。另外，在使用与“A、B和C等中的至少一个”相似的惯例的那些情况下，一般地，这样的结构在意义上意图是本领域中技术人员在惯例中所理解的意思(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”可能包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、具有A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的系统)。另外，在使用与“A、B和C等中的至少一个”相似的惯例的那些情况下，一般地，这样的结构在意义上意图是本领域中技术人员在惯例中所理解的意思(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”可能包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、具有A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的系统)。本领域技术人员将进一步理解，除非上下文另外指示，否则通常表示两个或更多个可选的术语的分离的词语和/或短语无论在说明书、权利要求还是附图中都应该被理解为设想包括术语中的一个、术语中的任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将通常被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
关于所附的权利要求，本领域技术人员将认识到其中所引用的操作通常可以以任何顺序被执行。此外，虽然在一个序列中存在各种操作流程，但是应当理解，各种操作可以按除所示的顺序之外的其他顺序执行，或可以并行地执行。除非上下文另外规定，否则这样的交替的排序可包括重叠、交错、中断、重新排序、递增、预备、补充、同时、反转，或其他的变化的排序。此外，除非上下文另外规定，否则诸如“响应于”、“关于”或其他过去时态的形容词的术语通常并不意图排除这样的变化形式。
此外，本领域技术人员将认识到，上述的具体的示例性过程和/或装置和/或技术代表在本文中其它地方例如在同此一起提交的权利要求中和/或在本申请的其它地方教导的更一般的过程和/或装置和/或技术。
虽然本文中公开了各个方面和实施方案，但是其他的方面和实施方案对于本领域技术人员来说将是明显的。本文所公开的各个方面和实施方案是为了说明的目的且不意为是限制性的，真实的范围和精神由以下的权利要求来指示。
本文所描述的过程的任何部分可以是自动化的。自动化可以通过包括至少一个计算机来完成。自动化可以通过储存于至少一个非暂时性计算机可读介质中的程序来执行。介质可以是，例如CD、DVD、USB、硬盘驱动器等。空心结构(包括组件)的选择还可以通过使用计算机和/或软件程序来优化。
上文描述的本发明的实施方案可以以许多方式中的任一种方式来实施。例如，某些实施方案可以使用硬件、软件或其组合物来实施。当实施方案中的任一方面至少部分在软件中被实施时，软件代码可以在无论是提供在单个计算机中还是分布在多个计算机间的任何适宜的处理器或处理器集上执行。
此外，本文描述的技术可以作为方法来体现，其中已经提供了至少一个实施例。作为方法的一部分来执行的行为可以以任何适宜的方式排序。因此，实施方案可以被创立，其中行为可以以不同于图示的任何顺序进行，其可以包括同时地进行一些行为，即使在例证性实施方案中作为连续的行为示出。
如在本文中所定义和所使用的所有定义应当被理解为控制在词典定义、通过引用并入文件中的定义，和/或定义的术语的普通含义内。
如本文在说明书和权利要求中所使用的不定冠词“一(a)”和“一(an)”，除非清楚地指示为相反，否则应当被理解为意指“至少一个”。
如本文在说明书和权利要求中所使用的短语“和/或”，应当被理解为意指如此连接的要素的“任一个或二者”，即在某些情况下结合地存在的并且在其他情况下分离地存在的要素。用“和/或”列出的多个要素应当以相同的方式解释，即如此连接的要素的“一个或多个”。其他要素可以可选择地存在，除了“和/或”条目明确地确定的要素，无论与这些明确地确定的要素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，提及“A和/或B”，当与开放的语言比如“包括”共同地使用时，在一个实施方案中，可以指仅A(可选择地包括除了B的要素)；在另一个实施方案中，是指仅B(可选择地包括除了A的要素)；在又一个实施方案中，是指A和B二者(可选择地包括其他要素)等。
如本文在说明书和权利要求中所使用的，“或”应当被理解为和上文定义的“和/或”具有相同的含义。例如，当分隔列表中的项时，“或”或“和/或”应当被解释为是包括性的，即，包括要素的数量或列表的至少一个，而且包括多于一个，以及，可选择地，包括另外的未列出的项。仅术语清楚地指示为相反，比如“中的仅一个”或“中的精确的一个”，或，当在权利要求中使用时，“由...组成”，将是指包括要素的数量或列表的精确的一个要素。通常，当排他性的术语，比如“任一个”、“中的一个”、“中的仅一个”或“中的精确的一个”在前时，如本文使用的术语“或”应当仅被解释为指示排他性的替代形式(即“一个或另一个但不是两者”)。“基本上由...组成”当在权利要求中使用时，应当具有如在专利法的领域中所使用的普通含义。
如本文在说明书和权利要求中所使用的，词组“至少一个”在引用一个或多个要素的列表时，应当被理解为意指选自要素的列表中的要素中的任何一个或多个要素的至少一个要素，但是不一定包括要素的列表内具体地列出的每一个要素的至少一个，且不排除要素列表中的要素的任何组合。该定义还允许要素可以可选择地存在，该要素不同于在要素的列表内的为短语“至少一个”具体地确定的要素，无论与这些特别地确定的要素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一个”(或等价地，“A或B中的至少一个”，或等价地，“A和/或B中的至少一个”)可以在一个实施方案中指至少一个，可选择地包括多于一个A，其中B不存在(且可选择地包括除B之外的要素)；在另一个实施方案中，是指至少一个，可选择地包括多于一个B，A不存在(且可选择地包括除了A的要素)；在又一个实施方案中，是指至少一个，可选择地包括多于一个A，以及至少一个，可选择地包括多于一个B(且可选择地包括其他要素)；等等。
本文引用的任何范围是首尾包括性的。整个本说明书中所使用的术语“大体上”和“约”用于描述和说明小的波动。例如，它们可以指小于或等于±5％，比如小于或等于±2％、比如小于或等于±1％、比如小于或等于±0.5％、比如小于或等于±0.2％、比如小于或等于±0.1％、比如小于或等于±0.05％。
在权利要求中，以及在上文的说明书中，所有过渡短语比如“包括”、“承载”、具有“”、“含有”、“涉及”、“容纳”、“包括(composed of)”及类似短语将被理解为开放性的，即理解为包括但不限于。仅过渡态短语“由...组成”和“基本上由...组成”应当分别是封闭式的或半封闭式的过渡短语，如在美国专利局的专利审查程序手册第2111.03章节中所提出的。
权利要求不应当被理解为限于所描述的顺序或要素，除非声明是这种效果。应理解，本领域普通技术人员可以作出形式和细节上的各种改变，而在不偏离所附的权利要求的精神和范围。要求保护在以下的权利要求和与其等同的精神和范围内的所有实施方案。
本文所描述的主题的各个方面在以下编号的项目中被提出：
1.一种燃料组件，包括：
燃料导管，其包括：
第一空心结构，其具有第一横截面几何形状，以及
第二空心结构，其具有第二横截面几何形状，
所述第二空心结构布置于所述第一空心结构的外部，且
所述第二横截面几何形状与所述第一横截面几何形状不同。
2.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括具有比所述第二横截面几何形状多的边的多边形。
3.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括具有比所述第二横截面几何形状少的边的多边形。
4.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括十二边形。
5.如项目1所述的燃料组件，其中所述第二横截面几何形状包括六边形。
6.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括十二边形且所述第二横截面几何形状包括六边形。
7.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括八边形且所述第二横截面几何形状包括正方形。
8.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括圆形且所述第二横截面几何形状包括八边形。
9.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括六边形且所述第二横截面几何形状包括八边形。
10.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个具有在约0.2mm和约5mm之间的壁厚。
11.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个具有沿着所述第一横截面几何形状和所述第二横截面几何形状的相应周边的至少一部分而变化的壁厚。
12.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个包括选自以下的至少一种钢：铁素体钢、马氏体钢和非铁素体钢。
13.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个包括选自以下的至少一种材料：Zr基合金、Fe基合金、陶瓷、难熔金属、难熔合金以及复合材料。
14.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的至少一部分与所述第二空心结构的一部分物理接触。
15.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构与所述第二空心结构间隔开。
16.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的至少一部分通过至少一个结构构件耦合到所述第二空心结构的至少一部分。
17.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的内部是密封的。
18.如项目1所述的燃料组件，还包括布置于所述第一空心结构的内部的冷却剂。
19.如项目1所述的燃料组件，还包括布置于所述第一空心结构的内部的至少一种仪器，所述至少一种仪器被配置为执行选自以下的至少一种功能：测试、观察以及提供关于操作条件的反馈。
20.如项目1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构在应力下且所述第二空心结构适合于经由其分布所述应力的至少一部分。
21.一种燃料组件，包括：
燃料导管，其包括：
第一空心结构，其具有在应力下可改变的至少一个尺寸，以及
第二空心结构，其布置于所述第一空心结构的外部，
所述第一空心结构和所述第二空心结构界定它们之间的空间；
所述第二空心结构适合于经由其分布所述第一空心结构的所述应力的至少一部分。
22.如项目21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的内部被另外轴向划分。
23.如项目21所述的燃料组件，还包括布置于所述第一空心结构的内部中的反射器、冷却剂以及反应性反馈装置中的至少一种。
24.如项目21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个界定经由其的多个穿孔。
25.如项目21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构适合于在应力下向外径向膨胀，使得所述第一空心结构的至少一部分物理接触所述第二空心结构。
26.如项目21所述的燃料组件，其中所述第二空心结构被配置为在经由其分布所述第一空心结构的所述应力期间大体上维持它的尺寸以及几何形状中的至少一种。
27.如项目21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构在应力下大体上维持它的尺寸以及几何形状中的至少一种。
28.如项目21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的外壁和所述第二空心结构的内壁界定所述第一空心结构和所述第二空心结构之间的空间。
29.如项目21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构还包括布置于其中的内部的多个张紧结构构件。
30.如项目21所述的燃料组件，还包括至少一个结构构件，所述至少一个结构构件布置于所述第一空心结构和所述第二空心结构之间界定的所述空间中，且将所述第一空心结构与所述第二结构物理地耦合。
31.如项目21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构具有不同的横截面几何形状。
32.如项目21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构具有相同的横截面几何形状。
33.如项目21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的内部大体上没有冷却剂。
34.如项目21所述的燃料组件，其中至少一种冷却剂布置于所述第一空心结构和所述第二空心结构之间界定的空间中。
35.如项目21所述的燃料组件，其中所述应力包括以下中的至少一种：弯曲应力、拉伸应力、轴向应力、压缩应力和环向应力。
36.一种燃料组件，包括：
燃料，
多个燃料元件，以及
多个燃料导管，所述多个燃料导管具有布置于其中的所述多个燃料元件，所述多个燃料导管中的至少一个包括：
第一空心结构，其具有第一横截面几何形状，以及
第二空心结构，其具有第二横截面几何形状，
所述第二空心结构布置于所述第一空心结构的外部，且
所述第二横截面几何形状与所述第一横截面几何形状不同。
37.如项目36所述的燃料组件，其中所述第一空心结构适合于在应力下改变它的至少一种尺寸，且所述第二空心结构适合于经由其分布所述第一空心结构的所述应力的至少一部分。
38.如项目36所述的燃料组件，其中所述多个燃料导管中的至少一个还包括至少一个结构构件，所述至少一个结构构件将所述第一空心结构的所述第一横截面几何形状的边上的点连接到所述第二空心结构的所述第二横截面几何形状的角。
39.如项目36所述的燃料组件，其中所述多个燃料元件布置于所述第一空心结构的内部。
40.如项目36所述的燃料组件，其中所述多个燃料导管界定它们之间的间隙空间，布置于所述间隙空间中的冷却剂、惰性气体、燃料材料以及监测装置中的至少一种。
41.一种制造燃料组件的方法，包括：
形成适合于在应力下改变其至少一种尺寸的第一空心结构，以及适合于经由其分布所述第一空心结构的所述应力的至少一部分的第二空心结构；以及
将所述第一空心结构布置于所述第二空心结构的内部，以形成燃料导管，使得在所述第一空心结构和所述第二空心结构之间界定空间。
42.如项目41所述的方法，其中形成包括选自挤压和皮尔格轧制中的至少一种过程。
43.如项目41所述的方法，还包括使用至少一个结构构件将所述第一空心结构耦合到所述第二空心结构。
44.如项目41所述的方法，其中形成包括使金属片形成为多边形形状，以及通过进行选自以下中的至少一种过程来闭合所述多边形形状：焊接接缝、铆接、形成接缝以及平头焊接、形成接缝以及均衡地压缩接缝、以及扩散结合。
45.如项目41所述的方法，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构具有不同的横截面几何形状。
46.一种制造燃料组件的方法，包括：
形成具有第一横截面几何形状的第一空心结构；
形成具有不同于所述第一横截面几何形状的第二横截面几何形状的第二空心结构；以及
将所述第一空心结构布置于所述第二空心结构的内部以形成燃料导管。
47.如项目46所述的方法，其中形成包括选自挤压和皮尔格轧制中的至少一种过程。
48.如项目46所述的方法，其中形成包括使金属片形成为多边形形状，以及通过进行选自以下中的至少一种过程来闭合所述多边形形状：焊接接缝、铆接、形成接缝以及平头焊接、形成接缝以及均衡地压缩接缝、以及扩散结合。
49.如项目46所述的方法，还包括使所述第一空心结构的一部分与所述第二空心结构的一部分连接。
50.如项目46所述的方法，还包括轴向地划分所述第一空心结构的内部。
51.一种使用燃料组件的方法，包括：
使用布置于第一空心结构内的多个燃料元件来产生能量，所述第一空心结构布置于第二空心结构内；
使所述第一空心结构经历应力；以及
经由所述第二空心结构分布所述第一空心结构的所述应力。
52.如项目51所述的方法，其中分布所述应力包括允许所述第一空心结构的一部分物理地接触所述第二空心结构的一部分。
53.如项目51所述的方法，其中所述第二空心结构被配置为在经由其分布所述第一空心结构的所述应力期间大体上维持它的尺寸以及几何形状中的至少一种。
54.如项目51所述的方法，其中所述第二空心结构被配置为在经由其分布所述第一空心结构的所述应力期间改变它的尺寸以及几何形状中的至少一种。
55.如项目51所述的方法，其中所述多个燃料元件包括燃料材料，所述燃料材料包括铀和钚中的至少一种。

Claims (55)

1.一种燃料组件，包括：
燃料导管，其包括：
第一空心结构，其具有第一横截面几何形状，以及
第二空心结构，其具有第二横截面几何形状，
所述第二空心结构布置于所述第一空心结构的外部，且
所述第二横截面几何形状与所述第一横截面几何形状不同。
2.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括具有比所述第二横截面几何形状多的边的多边形。
3.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括具有比所述第二横截面几何形状少的边的多边形。
4.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括十二边形。
5.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第二横截面几何形状包括六边形。
6.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括十二边形且所述第二横截面几何形状包括六边形。
7.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括八边形且所述第二横截面几何形状包括正方形。
8.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括圆形且所述第二横截面几何形状包括八边形。
9.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一横截面几何形状包括六边形且所述第二横截面几何形状包括八边形。
10.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个具有在约0.2mm和约5mm之间的壁厚。
11.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个具有沿着所述第一横截面几何形状和所述第二横截面几何形状的相应周边的至少一部分而变化的壁厚。
12.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个包括选自以下的至少一种钢：铁素体钢、马氏体钢和非铁素体钢。
13.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个包括选自以下的至少一种材料：Zr基合金、Fe基合金、陶瓷、难熔金属、难熔合金以及复合材料。
14.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的至少一部分与所述第二空心结构的一部分物理接触。
15.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构与所述第二空心结构间隔开。
16.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的至少一部分通过至少一个结构构件耦合到所述第二空心结构的至少一部分。
17.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的内部是密封的。
18.如权利要求1所述的燃料组件，还包括布置于所述第一空心结构的内部的冷却剂。
19.如权利要求1所述的燃料组件，还包括布置于所述第一空心结构的内部的至少一种仪器，所述至少一种仪器被配置为执行选自以下的至少一种功能：测试、观察以及提供关于操作条件的反馈。
20.如权利要求1所述的燃料组件，其中所述第一空心结构在应力下且所述第二空心结构适合于经由其分布所述应力的至少一部分。
21.一种燃料组件，包括：
燃料导管，其包括：
第一空心结构，其具有在应力下可改变的至少一个尺寸，以及
第二空心结构，其布置于所述第一空心结构的外部，
所述第一空心结构和所述第二空心结构界定它们之间的空间；
所述第二空心结构适合于经由其分布所述第一空心结构的所述应力的至少一部分。
22.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的内部被另外轴向划分。
23.如权利要求21所述的燃料组件，还包括布置于所述第一空心结构的内部中的反射器、冷却剂以及反应性反馈装置中的至少一种。
24.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构中的至少一个界定经由其的多个穿孔。
25.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构适合于在应力下向外径向膨胀，使得所述第一空心结构的至少一部分物理接触所述第二空心结构。
26.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第二空心结构被配置为在经由其分布所述第一空心结构的所述应力期间大体上维持它的尺寸以及几何形状中的至少一种。
27.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构在应力下大体上维持它的尺寸以及几何形状中的至少一种。
28.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的外壁和所述第二空心结构的内壁界定所述第一空心结构和所述第二空心结构之间的空间。
29.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构还包括布置于其中的内部的多个张紧结构构件。
30.如权利要求21所述的燃料组件，还包括至少一个结构构件，所述至少一个结构构件布置于所述第一空心结构和所述第二空心结构之间界定的所述空间中，且将所述第一空心结构与所述第二结构物理地耦合。
31.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构具有不同的横截面几何形状。
32.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构具有相同的横截面几何形状。
33.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述第一空心结构的内部大体上没有冷却剂。
34.如权利要求21所述的燃料组件，其中至少一种冷却剂布置于所述第一空心结构和所述第二空心结构之间界定的空间中。
35.如权利要求21所述的燃料组件，其中所述应力包括以下中的至少一种：弯曲应力、拉伸应力、轴向应力、压缩应力和环向应力。
36.一种燃料组件，包括：
燃料，
多个燃料元件，以及
多个燃料导管，所述多个燃料导管具有布置于其中的所述多个燃料元件，所述多个燃料导管中的至少一个包括：
第一空心结构，其具有第一横截面几何形状，以及
第二空心结构，其具有第二横截面几何形状，
所述第二空心结构布置于所述第一空心结构的外部，且
所述第二横截面几何形状与所述第一横截面几何形状不同。
37.如权利要求36所述的燃料组件，其中所述第一空心结构适合于在应力下改变它的至少一种尺寸，且所述第二空心结构适合于经由其分布所述第一空心结构的所述应力的至少一部分。
38.如权利要求36所述的燃料组件，其中所述多个燃料导管中的至少一个还包括至少一个结构构件，所述至少一个结构构件将所述第一空心结构的所述第一横截面几何形状的边上的点连接到所述第二空心结构的所述第二横截面几何形状的角。
39.如权利要求36所述的燃料组件，其中所述多个燃料元件布置于所述第一空心结构的内部。
40.如权利要求36所述的燃料组件，其中所述多个燃料导管界定它们之间的间隙空间，布置于所述间隙空间中的冷却剂、惰性气体、燃料材料以及监测装置中的至少一种。
41.一种制造燃料组件的方法，包括：
形成适合于在应力下改变其至少一种尺寸的第一空心结构，以及适合于经由其分布所述第一空心结构的所述应力的至少一部分的第二空心结构；以及
将所述第一空心结构布置于所述第二空心结构的内部，以形成燃料导管，使得在所述第一空心结构和所述第二空心结构之间界定空间。
42.如权利要求41所述的方法，其中形成包括选自挤压和皮尔格轧制中的至少一种过程。
43.如权利要求41所述的方法，还包括使用至少一个结构构件将所述第一空心结构耦合到所述第二空心结构。
44.如权利要求41所述的方法，其中形成包括使金属片形成为多边形形状，以及通过进行选自以下中的至少一种过程来闭合所述多边形形状：焊接接缝、铆接、形成接缝以及平头焊接、形成接缝以及均衡地压缩接缝、以及扩散结合。
45.如权利要求41所述的方法，其中所述第一空心结构和所述第二空心结构具有不同的横截面几何形状。
46.一种制造燃料组件的方法，包括：
形成具有第一横截面几何形状的第一空心结构；
形成具有不同于所述第一横截面几何形状的第二横截面几何形状的第二空心结构；以及
将所述第一空心结构布置于所述第二空心结构的内部以形成燃料导管。
47.如权利要求46所述的方法，其中形成包括选自挤压和皮尔格轧制中的至少一种过程。
48.如权利要求46所述的方法，其中形成包括使金属片形成为多边形形状，以及通过进行选自以下中的至少一种过程来闭合所述多边形形状：焊接接缝、铆接、形成接缝以及平头焊接、形成接缝以及均衡地压缩接缝、以及扩散结合。
49.如权利要求46所述的方法，还包括使所述第一空心结构的一部分与所述第二空心结构的一部分连接。
50.如权利要求46所述的方法，还包括轴向地划分所述第一空心结构的内部。
51.一种使用燃料组件的方法，包括：
使用布置于第一空心结构内的多个燃料元件来产生能量，所述第一空心结构布置于第二空心结构内；
使所述第一空心结构经历应力；以及
经由所述第二空心结构分布所述第一空心结构的所述应力。
52.如权利要求51所述的方法，其中分布所述应力包括允许所述第一空心结构的一部分物理地接触所述第二空心结构的一部分。
53.如权利要求51所述的方法，其中所述第二空心结构被配置为在经由其分布所述第一空心结构的所述应力期间大体上维持它的尺寸以及几何形状中的至少一种。
54.如权利要求51所述的方法，其中所述第二空心结构被配置为在经由其分布所述第一空心结构的所述应力期间改变它的尺寸以及几何形状中的至少一种。
55.如权利要求51所述的方法，其中所述多个燃料元件包括燃料材料，所述燃料材料包括铀和钚中的至少一种。
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