CN107068209A - 含钍的核燃料棒束以及包含这种核燃料棒束的核反应堆 - Google Patents

含钍的核燃料棒束以及包含这种核燃料棒束的核反应堆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于核反应堆的多种燃料棒束。在一些实施例中，这些燃料棒束包括：第一燃料元件，所述第一燃料元件包含二氧化钍；第二燃料元件，所述第二燃料元件包含具有第一裂变物质含量的铀；以及第三燃料元件，所述第三燃料元件包含具有第二裂变物质含量的铀，所述第二裂变物质含量不同于所述第一裂变物质含量。本文也公开了使用这些燃料棒束的核反应堆，包括加压重水核反应堆。具有不同裂变物质含量的铀可包括天然铀、贫化铀、回收铀、稍浓缩铀和低浓缩铀的不同组合。

Description

含钍的核燃料棒束以及包含这种核燃料棒束的核反应堆
背景技术
本发明涉及含钍的核燃料棒束，其用作核反应堆的核燃料。
核反应堆利用链式核反应(即，核裂变)产生能量，其中在链式核反应中，一个自由中子被核燃料(例如铀235(235U))中的裂变原子核吸收。当该自由中子被吸收后，该裂变原子分裂成多个更轻的原子并释放更多的自由中子以被其它裂变原子吸收，从而形成链式核反应，这在业界是熟知的。链式核反应所释放的热能通过多种其它方法被转换成电能，这些其它方法也是本领域技术人员所熟知的。
发明内容
在本发明的一些实施例中，公开了一种用于核反应堆的燃料棒束。该燃料棒束包括：第一燃料元件，所述第一燃料元件包含二氧化钍；第二燃料元件，所述第二燃料元件包含具有第一裂变物质含量的铀；以及第三燃料元件，所述第三燃料元件包含具有第二裂变物质含量的铀，所述第二裂变物质含量不同于所述第一裂变物质含量。
本发明的一些实施例提供了制造和使用用于核反应堆的燃料棒束的方法。该燃料棒束包括：第一燃料元件，所述第一燃料元件包含二氧化钍；第二燃料元件，所述第二燃料元件包含具有第一裂变物质含量的铀；以及第三燃料元件，所述第三燃料元件包含具有第二裂变物质含量的铀，所述第二裂变物质含量不同于所述第一裂变物质含量。
而且，本发明的一些实施例提供了一种具有至少一个燃料棒束的核反应堆。该燃料棒束包括：第一燃料元件，所述第一燃料元件包含二氧化钍；第二燃料元件，所述第二燃料元件包含具有第一裂变物质含量的铀；以及第三燃料元件，所述第三燃料元件包含具有第二裂变物质含量的铀，所述第二裂变物质含量不同于所述第一裂变物质含量。
在一些实施例中，任何上述燃料棒束和方法被使用在加压重水反应堆，例如，燃料棒束包括：第一燃料元件，所述第一燃料元件包含二氧化钍；第二燃料元件，所述第二燃料元件包含具有第一裂变物质含量的铀；以及第三燃料元件，所述第三燃料元件包含具有第二裂变物质含量的铀，所述第二裂变物质含量不同于所述第一裂变物质含量。其中，这些燃料棒束位于一个或多个管内，管内容纳有加压水，该加压水流过这些燃料棒束，从这些燃料棒束吸收热量，并在这些燃料棒束的下游做工。
通过考虑下面的详细说明和附图，本发明的其它方面将变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的核燃料棒束的横截面示意图。
图2是根据本发明第二实施例的核燃料棒束的横截面示意图。
图3是根据本发明第三实施例的核燃料棒束的横截面示意图。
图4是根据本发明第四实施例的核燃料棒束的横截面示意图。
图5是根据本发明第五实施例的核燃料棒束的横截面示意图。
图6是根据本发明第六实施例的核燃料棒束的横截面示意图。
图7是根据本发明第七实施例的核燃料棒束的横截面示意图。
图8是应用图1-7所示的任何一个燃料棒束的核反应堆的示意图。
具体实施方式
在对本发明的实施例进行详细描述之前，应当理解本发明不限于以下描述所阐述的或以下附图所例示的元件构造和安排的细节。本发明可采用其它实施例并以不同的方式进行实施。
图1-7描绘了一种用于核反应堆的核燃料棒束的各种实施例，该核反应堆例如是加压重水反应堆10(例如，加拿大氘铀(CANada Deuterium Uranium，CANDU)核反应堆)，其一部分示意性地描绘于图8。本发明的下面各实施例是在具有水平压力管的加压重水反应堆的环境下进行描述的，其中燃料棒束14位于这些水平压力管内。这种核反应堆环境以及根据本发明的燃料棒束的应用只是用于举例，应当理解的是，本发明也适用于用在其它类型的核反应堆的燃料棒束。
如图8所示，加压重水反应堆10的堆芯包含一个或多个燃料棒束14。如果反应堆10包括多个燃料棒束14，这些棒束14可被端对端的放置在压力管18内。在其它类型的反应堆中，这些燃料棒束14可以其它期望的方式设置。每个燃料棒束14包含一组燃料元件22(有时称为“细棒”(“pins”))，每个燃料元件22包含一个核燃料和/或其它元件或化学品(例如，可燃毒物)，这些将在下面结合图1-7详细描述。当反应堆10处于工作时，重水冷却剂26流过这些燃料棒束14以冷却这些燃料元件，移除裂变过程中产生的热量。冷却剂26也可以将这些热量传递至蒸汽发生器30，而蒸汽发生器30驱动原动机(例如，涡轮机34)以产生电能。
于1996年4月25日申请的加拿大第2174983号专利申请描述了用于核反应堆的其它燃料棒束，所描述的燃料棒束的使用方式与在此描述和例示的本发明的燃料棒束14类似。加拿大第2174983号专利申请的内容以引用的方式结合于本文中。
图1-7例示了位于压力管18内的燃料棒束14的各种实施例的横截面示意图。重水冷却剂26容纳在压力管18内，占据燃料元件22之间的子通道(subchannel)。这些燃料元件22可以包括中间元件38、多个第一元件42、多个第二元件46和多个第三元件50。其中，这些第一元件42从中间元件38径向向外设置，这些第二元件46从第一元件42径向向外设置，而这些第三元件50从第二元件46径向向外设置。应当理解的是，在其它实施例中，该燃料棒束可包括更少或更多的元件，且可包括以不同于图1-7所示的方式配置的多个元件。例如，这些燃料元件22可被定位成在一个或多个平面内相互平行，这些元件可被排列成具有方块形状或其它形状的矩阵或阵列，这些元件也可呈其它任何图案化或无图案化排列。压力管18、燃料棒束14和/或燃料元件22也可配置成任何形状和尺寸。例如，这些压力管18、燃料棒束14和燃料元件22可具有任何期望的横截面形状(不同于图1-7所示的圆形)和尺寸。举另一个例子，这些压力管18和燃料棒束14可具有任何相对尺寸(不同于图1-7所示的压力管18和燃料元件22具有相同的尺寸或两种尺寸版本。)
图1-6所示的每个实施例都例示了包括43个元件的燃料棒束14。这些第一元件42包括相互平行的7个元件，排列成基本上呈圆形的图案。这些第二元件46包括14个相互平行的元件，排列成基本上呈圆形的图案。这些第三元件50包括相互平行的21个元件，排列成基本上呈圆形的图案。该中间元件38、第一元件42、第二元件46和第三元件50同轴设置，使得所有这些元件22都相互平行。该中间元件38和每个第一元件42都具有第一横截面尺寸(或者说直径(在这些元件具有圆形横截面形状的情况下))，而每个第二元件46和第三元件50都具有第二横截面尺寸(或者说直径(在这些元件具有圆形横截面形状的情况下))，其中第二横截面尺寸不同于第一横截面尺寸。特别是，该第一横截面尺寸大于第二横截面尺寸。在这方面，术语“横截面形状”是指一个平面沿垂直于所提到的物体的纵轴线的方向穿过该物体所得到的横截面形状。也应当理解的是，图1-6中表示元件22的大致圆形位置的线条仅用作例示用途，其并不必然表明这些元件被拴在一起或以其它方式结合在一起以形成一种特别的排列。
在图7的实施例中，例示了一种具有37个元件的燃料棒束，其中所有燃料元件22都具有一致的横截面尺寸(或者说直径(在这些元件具有圆形横截面形状的情况下))。这些第一元件42包括相互平行的6个元件，排列成基本上呈圆形的图案。这些第二元件46包括12个相互平行的元件，排列成基本上呈圆形的图案。这些第三元件50包括相互平行的18个元件，排列成基本上呈圆形的图案。该中间元件38、第一元件42、第二元件46和第三元件50同轴设置，使得所有这些元件22都相互平行。应当理解的是，图7中表示元件22的大致圆形位置的线条仅用作例示用途，其并不必然表明这些元件被拴在一起或以其它方式结合在一起以形成一种特别的排列。
在一些实施例中，每个燃料元件22包括一个填充有核燃料的管。该管可由下列材料制成或包括下列材料：锆(zirconium)、锆合金或其它在一些情况下具有低中子吸收特点的合适材料或材料组合。该管可填充前述一种或多种材料，例如仅填充核燃料或与其它材料一起填充。所填充的材料可以呈颗粒状、粉末状或其它合适的形态或者多种形态组合。在其它实施例中，每个燃料元件22包括一根棒，该棒由一种或多种材料形成(例如仅由核燃料形成或与其它材料一起形成)，例如包含在其它材料基质内的核燃料。在另一个实施例中，燃料元件22可包括管和棒的组合和/或其它构造，且燃料元件22可采用其它适合特别应用的构造。
如图1-7所示，这些燃料元件22可以包括各种核燃料组合，例如二氧化钍(thoriumdioxide,ThO2)、贫化铀(depleted uranium,DU)、天然铀(natural uranium,NU)、回收铀(recycled uranium,RU)、稍浓缩铀(slightly enriched uranium,SEU)和低浓缩铀(lowenriched uranium,LEU)，这些将在下面更详细描述。除非另有说明，在这里和所附的权利要求中提到的燃料棒束14、燃料元件22或其它特征中所含的材料的组成成分的“百分比”是指重量百分比。如本文所定义的，DU的裂变物质含量为近似0.2wt％至近似0.5wt％(包括近似0.2wt％和近似0.5wt％)的235U，NU的裂变物质含量为近似0.71wt％的235U，RU的裂变物质含量为近似0.72wt％至近似1.2wt％(包括近似0.72wt％和近似1.2wt％)的235U，SEU的裂变物质含量为近似0.9wt％至近似3wt％(包括近似0.9wt％和近似3wt％)的235U，LEU的裂变物质含量为近似3wt％至近似20wt％(包括近似3wt％和近似20wt％)的235U。
在图1的实施例中，该中间元件38包含二氧化钍和/或可燃毒物(BP)，例如钆(gadolinium)或镝(dysprosium)。在一些实施例中，使用0-10vol％的BP。在其它实施例中，使用0-7vol％的BP。在其它实施例中，使用0-6vol％的BP。在另外一些实施例中，使用0-3vol％的BP。这些第一元件42包括二氧化钍。第二元件46包括具有第一裂变物质含量的LEU(LEU1)，每个第三元件50包括具有第二裂变物质含量的LEU(LEU2)，其中第二裂变物质含量不同于第一裂变物质含量。应当理解的是，这些第二元件46(LEU1)的裂变物质含量从上述定义的范围中选择，第三元件50(LEU2)的裂变物质含量也从上述定义的相同范围中选择，但不同于为第二元件46所选择的裂变物质含量。例如，LEU1的裂变物质含量可以为近似4wt％的235U，而LEU2的裂变物质含量可以为近似4.5wt％的235U。在图1的一些实施例中，图1中的任何燃料元件22都可以包含BP。而且，在此描述和/或例示的每个燃料棒束实施例的任何或所有燃料元件都可以包含刚描述的任何含量的BP。在其它实施例中，外侧两种元件中的任何一种(即，要么是第二元件46，要么是第三元件50)可以不包含LEU，而是包含DU、NU、RU或SEU。所含DU、NU、RU或SEU的裂变物质含量为与外侧两种元件中的另外一种含有的LEU的裂变物质含量不同的第二裂变物质含量。在一些实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递减。然而，在其它实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递增。
在图2的实施例中，该中间元件38包含二氧化钍和/或可燃毒物(BP)，例如钆(gadolinium)或镝(dysprosium)。在一些实施例中，使用0-10vol％(体积百分比)的BP。在其它实施例中，使用0-7vol％的BP。在其它实施例中，使用0-6vol％的BP。在另外一些实施例中，使用0-3vol％的BP。这些第一元件42包括二氧化钍。第二元件46包括具有第一裂变物质含量的RU和SEU的混合物(RU/SEU)1(以斜划线“/”表示)，其可使用任何业界已知的方法进行混合，例如但不限于，使用酸溶液或干混法。第三元件50包括具有第二裂变物质含量的RU和REU的混合物(RU/SEU)2，其中该第二裂变物质含量不同于该第一裂变物质含量。应当理解的是，这些第二元件46(RU/SEU)1的裂变物质含量从近似0.72wt％至近似3wt％的235U的范围(包括近似0.72wt％和近似3wt％)中选择，第三元件50(RU/SEU)2的裂变物质含量也从该相同的范围中选择，但不同于为第二元件46所选择的裂变物质含量。在图2的一些实施例中，图2中的任何燃料元件22都可以包含BP。在一些实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递减。然而，在其它实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递增。也应当指出的是，RU并不限于与SEU进行混合。在其它实施例中，RU可与LEU进行混合，或者与高浓缩铀(highly enricheduranium，HEU)进行混合以获得所希望的平均裂变物质含量。
在图3的实施例中，该中间元件38包含二氧化钍，且第一元件42包含二氧化钍。第二元件46包括具有第一裂变物质含量的RU(RU1)，且第三元件50包括具有第二裂变物质含量的RU(RU2)，其中该第二裂变物质含量不同于该第一裂变物质含量。应当理解的是，这些第二元件46(RU1)的裂变物质含量从上述定义的范围中选择，且第三元件50(RU2)的裂变物质含量也从上述定义的范围中选择，但不同于为第二元件46所选择的裂变物质含量。在图3的一些实施例中，任何燃料元件22都可以包含BP。在一些实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递减。在其它实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递增。
在图4的实施例中，该中间元件38包含二氧化钍，且第一元件42包含二氧化钍。第二元件46包括RU和DU的混合物和/或包括SEU，且具有第一裂变物质含量。如果使用了RU和DU的混合物，这些材料使用业界已知的方法进行混合，例如但不限于，使用酸溶液或干混法。第三元件50包括RU和DU的混合物和/或包括SEU，其具有第二裂变物质含量(RU/DU和/或SEU)2。应当理解的是，这些第二元件46的裂变物质含量从近似0.2wt％至近似3wt％的235U的范围(包括近似0.2wt％和近似3wt％)中选择。第三元件50的裂变物质含量也从该相同范围中选择，但不同于为第二元件46所选择的裂变物质含量。在图4的一些实施例中，任何燃料元件22都可以包含BP。在其它实施例中，每个这些第二元件46包括在对应裂变物质含量范围内的RU、DU或SEU。类似的，每个这些第三元件50包括在对应裂变物质含量范围内的RU、DU或SEU，且该第一裂变物质含量不同于该第二裂变物质含量。在一些实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递减。在其它实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递增。
在图5的实施例中，该中间元件38包含二氧化钍和BP的混合物(ThO2/BP)或DU和BP的混合物(DU/BP)。在一些实施例中，使用0-10vol％的BP。在其它实施例中，使用0-7vol％的BP。在其它实施例中，使用0-6vol％的BP。在另外一些实施例中，使用0-3vol％的BP。第一元件42包含二氧化钍。第二元件46包括RU和DU的混合物和/或包括SEU，且具有第一裂变物质含量(RU/DU和/或SEU)1。如果使用了RU和DU的混合物，这些材料使用业界已知的方法进行混合，例如但不限于，使用酸溶液或干混法。第三元件50包括RU和DU的混合物和/或包括SEU，其具有不同于该第一裂变物质含量的第二裂变物质含量(RU/DU和/或SEU)2。应当理解的是，这些第二元件46(RU/DU和/或SEU)1的裂变物质含量从近似0.2wt％至近似3wt％的235U的范围(包括近似0.2wt％和近似3wt％)中选择。第三元件50(RU/DU和/或SEU)2的裂变物质含量也从该相同范围中选择，但不同于为第二元件46所选择的裂变物质含量。在图5的一些实施例中，任何燃料元件22都可以包含BP。而且，在一些实施例中，每个这些第二元件46包括在对应裂变物质含量范围内的RU、DU或SEU。类似的，每个这些第三元件50包括在对应裂变物质含量范围内的RU、DU或SEU，且该第一裂变物质含量不同于该第二裂变物质含量。在一些实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递减。在其它实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递增。
在图6的实施例中，该中间元件38包含二氧化钍和BP的混合物(ThO2/BP)和二氧化钍其中之一。在一些实施例中，使用0-10vol％的BP。在其它实施例中，使用0-7vol％的BP。在其它实施例中，使用0-6vol％的BP。在另外一些实施例中，使用0-3vol％的BP。第一元件42包含二氧化钍。第二元件46包括RU和DU的混合物和/或包括SEU，且具有第一裂变物质含量(RU/DU和/或SEU)1。如果使用了RU和DU的混合物，这些材料使用业界已知的方法进行混合，例如但不限于，使用酸溶液或干混法。第三元件50包括RU和DU的混合物和/或包括SEU，其具有不同于该第一裂变物质含量的第二裂变物质含量(RU/DU和/或SEU)2。应当理解的是，这些第二元件46(RU/DU和/或SEU)1的裂变物质含量从近似0.2wt％至近似3wt％的235U的范围(包括近似0.2wt％和近似3wt％)中选择。第三元件50(RU/DU和/或SEU)2的裂变物质含量也从该相同范围中选择，但不同于为第二元件46所选择的裂变物质含量。在图6的一些实施例中，任何燃料元件22都可以包含BP。在其它实施例中，每个这些第二元件46包括在对应裂变物质含量范围内的RU、DU或SEU。类似的，每个这些第三元件50包括在对应裂变物质含量范围内的RU、DU或SEU，且该第一裂变物质含量不同于该第二裂变物质含量。在一些实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递减。在其它实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递增。
图7的实施例实质上类似于上述图6的实施例，不同之处在于，如前所述，该燃料棒束14是一个具有37个元件的燃料棒束，其燃料元件22尺寸相同。核燃料在中间、第一、第二和第三元件38、42、46、50的分布类似于图6，因此请参考上述描述。图7的实施例提供了一个燃料元件的特定数目、燃料元件排列(例如，在所示的实施例中元件呈一环一环的排列)、燃料元件尺寸和相对燃料元件尺寸如何变化但仍然属于本发明的范围的例子。在一些实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递减。在其它实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递增。
可选择地，在任何一个图4-7的实施例中，外侧的两种元件(即第二元件46和第三元件50)都可以包括单一裂变物质含量的浓缩铀。在一些实施例中，例如，该单一裂变物质含量从高于1.8wt％的范围中选择。作为另一个例子，该单一裂变物质含量从低于1.7wt％的范围中选择。
在其它实施例中，在燃料棒束14的两个不同位置的RU、DU、LEU、NU和SEU(驱动燃料)的任何组合可与二氧化钍和/或BP进行组合而用在燃料棒束14的其它位置，使得该驱动燃料的第一元件的裂变物质含量不同于该驱动燃料的第二元件的裂变物质含量。该驱动燃料提供了将232钍(其不易裂变)转换成233铀(其易裂变)所需的中子，使得二氧化钍在核反应堆中有效地燃烧。BP被使用以提升安全相关的参数，最重要的是冷却剂空泡反应性(coolant void reactivity,CVR)和燃料温度系数(FTC)。如上述指出，燃料棒束14中的任何元件或位置可包含BP，或者一个元件或位置单独包含BP(即，不与燃料元件中的燃料进行混合，也不以其它方式与该燃料一起被包含在一个燃料元件位置)。而且，在一些实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递减。在其它实施例中，核燃料的裂变物质含量从燃料棒束14的中央开始沿径向向外的方向递增。
在此描述的实施例也可以用于比目前压力管反应堆中所使用的压力管大或小的压力管，也可以用于未来的重水压力管反应堆。本发明的燃料棒束14也可以应用于其热传输和慢化剂系统具有不同液体/气体组合的压力管反应堆。本发明也可以应用于具有不同元件数量和排列的燃料棒束，并不限于43个元件和37个元件的燃料棒束设计(例如图1-7所示的范例)。
使用钍和铀同位素(异质或同质)成分的燃料棒束可以更加精确地控制核反应堆的功率系数、棒束功率(bundle powers)、通道功率(channel power)、通量水平(fluxlevels)、堆芯通量形状(core flux shapes)、临界热通量(critical heat flux)和堆芯空泡反应性(core void reactivity)，使得可轻易满足安全性要求，同时显著提升资源利用率。
在此描述的任何一种燃料可包含在惰性基质载体中，和/或可以被使用以增加燃料燃耗(burn-up)和避免该燃料的机械性质的限制，从而进一步增加燃料资源的利用率。这种增加物/载体也可以更加精确地控制，例如，裂变气体释放相关的设计标准和传热系数。
而且，在重水冷却反应堆，当冷却剂产生空泡时，中子增殖率增加。例如，当冷却剂开始沸腾时，冷却剂产生空泡。冷却剂空泡反应性是一个反应堆中子增殖能力的衡量指标。这种现象的产生是由于正的冷却剂空泡反应性，其是一种不受欢迎的现象。本发明可以显著降低冷却剂空泡反应性，也可以提供负的燃料温度系数和/或负的功率系数。
以上描述和附图所例示的实施例仅是以举例的方式加以呈现，不能被视为对本发明的概念和原理的限制。如此，本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以对所例示的元件和他们的构造和排列进行一些变化。例如，在各种描述和/或例示的实施例中，LEU和SEU与不同类型的核燃料进行混合以产生具有所希望的裂变物质含量的核燃料。应当指出的是，在其它实施例中，高浓缩铀(HEU)和/或LEU可与本文描述的不同类型燃料进行混合以产生具有相同裂变物质含量的核燃料。这种HEU和LEU核燃料混合适用于本发明的所有实施例。

Claims (46)

1.一种燃料棒束，所述燃料棒束用于设置在核反应堆的若干管其中之一内，其特征在于，所述燃料棒束包括：
第一燃料元件，所述第一燃料元件包含二氧化钍；以及
第二燃料元件，所述第二燃料元件包含混合的第一铀燃料和第二铀燃料，所述第一铀燃料具有第一裂变物质含量，所述第二铀燃料具有第二裂变物质含量，所述第二裂变物质含量不同于所述第一裂变物质含量。
2.一种燃料棒束，所述燃料棒束用于设置在核反应堆的若干管其中之一内，其特征在于，所述燃料棒束包括：
多个燃料元件，包括：
第一燃料元件，所述第一燃料元件包括混合的二氧化钍和可燃毒物；以及
第二燃料元件，所述第二燃料元件包含具有第一裂变物质含量的铀。
3.一种燃料棒束，所述燃料棒束用于设置在核反应堆的若干管其中之一内，其特征在于，所述燃料棒束包括：
多个燃料元件，包括：
第一燃料元件，所述第一燃料元件包括二氧化钍；以及
第二燃料元件，所述第二燃料元件包含混合的铀和可燃毒物，所述铀具有第一裂变物质含量。
4.根据权利要求1所述的燃料棒束，其中所述第一铀燃料包括裂变物质含量为近似0.72wt％的235U至近似1.2wt％的235U的回收铀。
5.根据权利要求1所述的燃料棒束，其中所述第一铀燃料包括裂变物质含量为近似0.9wt％的235U至近似3wt％的235U的稍浓缩铀。
6.根据权利要求1所述的燃料棒束，其中所述第一铀燃料包括裂变物质含量为近似0.71wt％的235U的天然铀。
7.根据权利要求1所述的燃料棒束，其中所述第一铀燃料包括裂变物质含量为近似3wt％的235U至近似20wt％的235U的低浓缩铀。
8.根据权利要求4所述的燃料棒束，其中所述第二铀燃料包括裂变物质含量为近似0.9wt％的235U至近似3wt％的235U的稍浓缩铀。
9.根据权利要求4所述的燃料棒束，其中所述第二铀燃料包括裂变物质含量为近似0.71wt％的235U的天然铀。
10.根据权利要求4所述的燃料棒束，其中所述第二铀燃料包括裂变物质含量为近似3wt％的235U至近似20wt％的235U的低浓缩铀。
11.根据权利要求5所述的燃料棒束，其中所述第二铀燃料包括裂变物质含量为近似0.71wt％的235U的天然铀。
12.根据权利要求5所述的燃料棒束，其中所述第二铀燃料包括裂变物质含量为近似3wt％的235U至近似20wt％的235U的低浓缩铀。
13.根据权利要求6所述的燃料棒束，其中所述第二铀燃料包括裂变物质含量为近似3wt％的235U至近似20wt％的235U的低浓缩铀。
14.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似0.72wt％的235U至近似1.2wt％的235U的回收铀。
15.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似0.9wt％的235U至近似3wt％的235U的稍浓缩铀。
16.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似0.71wt％的235U的天然铀。
17.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似3wt％的235U至近似20wt％的235U的低浓缩铀。
18.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似0.72wt％的235U至近似1.2wt％的235U的回收铀，所述燃料棒束还包括第三燃料元件，所述第三燃料元件包含裂变物质含量为近似0.9wt％的235U至近似3wt％的235U的稍浓缩铀。
19.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似0.72wt％的235U至近似1.2wt％的235U的回收铀，所述燃料棒束还包括第三燃料元件，所述第三燃料元件包含裂变物质含量为近似0.71wt％的235U的天然铀。
20.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似0.72wt％的235U至近似1.2wt％的235U的回收铀，所述燃料棒束还包括第三燃料元件，所述第三燃料元件包含裂变物质含量为近似3wt％的235U至近似20wt％的235U的低浓缩铀。
21.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似0.9wt％的235U至近似3wt％的235U的稍浓缩铀，所述燃料棒束还包括第三燃料元件，所述第三燃料元件包含裂变物质含量为近似0.71wt％的235U的天然铀。
22.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似0.9wt％的235U至近似3wt％的235U的稍浓缩铀，所述燃料棒束还包括第三燃料元件，所述第三燃料元件包含裂变物质含量为近似3wt％的235U至近似20wt％的235U的低浓缩铀。
23.根据权利要求2或3所述的燃料棒束，其中所述铀包括裂变物质含量为近似0.71wt％的235U的天然铀，所述燃料棒束还包括第三燃料元件，所述第三燃料元件包含裂变物质含量为近似3wt％的235U至近似20wt％的235U的低浓缩铀。
24.根据权利要求1至3中任意一项所述的燃料棒束，其中所述第一燃料元件包括棒。
25.根据权利要求1至3中任意一项所述的燃料棒束，其中所述第一和第二燃料元件中的每一燃料元件包括棒。
26.根据权利要求1至3中任意一项所述的燃料棒束，其中所述第一燃料元件包括管。
27.根据权利要求1至3中任意一项所述的燃料棒束，其中所述第一和第二燃料元件中的每一燃料元件包括管。
28.根据权利要求1所述的燃料棒束，其中所述第一燃料元件包括含有所述二氧化钍的多个第一管。
29.根据权利要求2所述的燃料棒束，其中所述第一燃料元件包括含有所述混合的二氧化钍和可燃毒物的多个第一管。
30.根据权利要求3所述的燃料棒束，其中所述第一燃料元件包括含有所述二氧化钍的多个第一管。
31.根据权利要求28至30中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个第一管包括七个平行管。
32.根据权利要求28至30中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个第一管包括八个平行管。
33.根据权利要求28所述的燃料棒束，其中所述第二燃料元件包括多个第二管，所述多个第二管包含所述第一和第二铀燃料并从含有所述二氧化钍的所述多个第一管径向向外设置。
34.根据权利要求29所述的燃料棒束，其中所述第二燃料元件包括多个第二管，所述多个第二管包含所述铀并从含有所述二氧化钍的所述多个第一管径向向外设置。
35.根据权利要求30所述的燃料棒束，其中所述第二燃料元件包括多个第二管，所述多个第二管包含所述混合的铀和可燃毒物并从含有所述二氧化钍的所述多个第一管径向向外设置。
36.根据权利要求33至35中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个第二管包括十二个平行管。
37.根据权利要求33至35中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个第二管包括十四个平行管。
38.根据权利要求33至35中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个第二管的至少其中之一的横截面尺寸与所述多个第一管的至少其中之一的横截面尺寸不同。
39.根据权利要求33所述的燃料棒束，还包括第三燃料元件，所述第三燃料元件包括多个第三管，所述多个第三管包含铀并从含有所述第一和第二铀燃料的所述多个第二管径向向外设置。
40.根据权利要求34所述的燃料棒束，还包括第三燃料元件，所述第三燃料元件包括多个第三管，所述多个第三管包含铀并从所述多个第二管径向向外设置。
41.根据权利要求35所述的燃料棒束，还包括第三燃料元件，所述第三燃料元件包括多个第三管，所述多个第三管包含铀并从含有所述混合的铀和可燃毒物的所述多个第二管径向向外设置。
42.根据权利要求39至41中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个第三管包括十八个平行管。
43.根据权利要求39至41中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个第三管包括二十一个平行管。
44.根据权利要求39至41中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个第三管的至少其中之一的横截面尺寸与所述多个第一管的至少其中之一的横截面尺寸不同。
45.根据权利要求39至41中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个第三管的至少其中之一的横截面尺寸与所述多个第二管的至少其中之一的横截面尺寸不同。
46.一种核反应堆，包括：
容纳有加压流体的管；以及
根据权利要求1至45中任意一项所述的燃料棒束。
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