CN109585036A - 一种燃料棒和燃料组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料棒和燃料组件，包括：第一铀芯块、钆芯块和第二铀芯块，所述第一铀芯块、所述钆芯块和所述第二铀芯块的外形均是圆柱形，所述钆芯块的一端的端面与所述第一铀芯块的一端的端面相连，所述钆芯块相对的另一端的端面与所述第二铀芯块的一端的端面相连，所述钆芯块的富集度与所述第一铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％，所述钆芯块的富集度与所述第二铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％。本发明实施例可以减少富集度的差距，且减少富集度种类，从而提高燃料经济性。

Description

一种燃料棒和燃料组件
技术领域
本发明涉及核电技术领域，特别涉及一种燃料棒和燃料组件。
背景技术
随着社会的不断发展，人们的生活对电的需求量越来越大。而伴随着科技技术的不断进步，核能发电已经成为一种重要的发电方式。核能发电具有产生污染小，并且资源丰富的优点。现有技术中，在核电厂中，通常通过燃料棒发生核反应的方式来产生电。但是，由于燃料棒中的富集度的差距较多，导致燃料棒的燃料经济性较差。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种燃料棒和燃料组件，解决了由于燃料棒中的富集度的差距较多，导致燃料棒的燃料经济性较差的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例提供一种燃料棒，包括：
第一铀芯块、钆芯块和第二铀芯块，所述第一铀芯块、所述钆芯块和所述第二铀芯块的外形均是圆柱形，所述钆芯块的一端的端面与所述第一铀芯块的一端的端面相连，所述钆芯块相对的另一端的端面与所述第二铀芯块的一端的端面相连，所述钆芯块的富集度与所述第一铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％，所述钆芯块的富集度与所述第二铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％。
可选的，所述第一铀芯块的长度和所述第二铀芯块的长度均为75-460毫米。
可选的，所述第一铀芯块和所述第二铀芯块的长度均为228.6毫米。
可选的，所述钆芯块、所述第一铀芯块和所述第二铀芯块的富集度均小于或等于5％。
可选的，所述钆芯块、所述第一铀芯块和所述第二铀芯块的富集度均为4.45％。
可选的，所述钆芯块中三氧化二钆的质量百分比为4％-12％。
本发明实施例还提供一种燃料组件，包括：N根上述的燃料棒，所述N为大于或等于1的整数。
可选的，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第一铀芯块的长度不同，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第二铀芯块的长度不同。
可选的，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第一铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第二铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％。
可选的，所述燃料组件包括钆燃料棒和二氧化铀燃料棒，其特征在于，所述N根燃料棒为N根钆燃料棒，所述N根钆燃料棒中的富集度与所述二氧化铀燃料棒中的富集度差值小于或等于0.5％。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明实施例中，一种燃料棒，包括：第一铀芯块、钆芯块和第二铀芯块，所述第一铀芯块、所述钆芯块和所述第二铀芯块的外形均是圆柱形，所述钆芯块的一端的端面与所述第一铀芯块的一端的端面相连，所述钆芯块相对的另一端的端面与所述第二铀芯块的一端的端面相连，所述钆芯块的富集度与所述第一铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％，所述钆芯块的富集度与所述第二铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％。上述燃料棒，设置钆芯块的富集度与第一铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％，且钆芯块的富集度与第二铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％，通过统一钆芯块、第一铀芯块、第二铀芯块和铀棒中铀芯块的富集度，减少了富集度差距，也减少了富集度种类，从而提高了燃料经济性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的另一种燃料棒的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的LOCA限值线与堆芯活性段高度关系显示图；
图3为本发明实施例提供的堆芯功率与高度关系显示图；
图4为本发明实施例提供的堆芯中燃料芯块峰值功率与熔化限值的关系显示图；
图5为本发明实施例提供的一种燃料组件结构图；
图6为本发明实施例提供的燃料组件在堆芯中的分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种燃料棒1，包括：第一铀芯块101、钆芯块102和第二铀芯块103，所述第一铀芯块101、所述钆芯块102和所述第二铀芯块103的外形均是圆柱形，所述钆芯块102的一端的端面与所述第一铀芯块101的一端的端面相连，所述钆芯块102相对的另一端的端面与所述第二铀芯块103的一端的端面相连，所述钆芯块102的富集度与所述第一铀芯块101的富集度差值小于或等于0.5％，所述钆芯块102的富集度与所述第二铀芯块103的富集度差值小于或等于0.5％。
其中，第一铀芯块101、钆芯块102和第二铀芯块103均是由多个圆柱形的小芯块摞在一起组成。从而在芯块反应的过程中，可以提供芯块膨胀的空间。
其中，燃料棒1中含有钆芯块102，所以上述燃料棒1可以称为钆燃料棒。燃料棒1为钆燃料棒时，既可以用来装载可燃毒物，还可以为核电厂进行核能发电提供原材料。并且使用上更加方便，安全。
其中，钆芯块102的富集度与第一铀芯块101的富集度差值小于或等于0.5％，以及，钆芯块102的富集度与第二铀芯块103的富集度差值小于或等于0.5％，可以改善燃料棒1的轴向功率分布，从而保证了钆芯块102在II类瞬态工况下不会熔化，满足燃料棒1的使用要求。
其中，第一铀芯块101、钆芯块102和第二铀芯块103均可以是直径相同的圆柱，第一铀芯块101和第二铀芯块103的长度可以相同，钆芯块102的长度可以大于第一铀芯块101的长度；另外，钆芯块102的长度也可以大于第二铀芯块103的长度。需要说明的是，若第一铀芯块101和第二铀芯块103的长度超过一定长度，会导致燃料棒1和堆芯的轴向局部功率升高，所以需要选择合适的第一铀芯块101和第二铀芯块103的长度。
其中，统一组件内铀芯块与钆芯块的富集度，可以改善组件内各个燃料棒之间的功率分布，即径向功率分布。通过改变径向功率分布，从而提高堆芯的安全性。
本发明实施例中，通过统一钆芯块、第一铀芯块、第二铀芯块和铀棒中铀芯块的富集度，减少了富集度差距，也减少了富集度种类，从而提高了燃料经济性。
可选的，所述第一铀芯块101的长度和所述第二铀芯块103的长度均为75-460毫米。
其中，燃料棒1的整体长度可以选择365.76厘米或者426.72厘米，或者可以大于365.76厘米，且小于426.72厘米，当然，燃料棒1的整体长度也可以大于426.72厘米，或者燃料棒1的整体长度也可以小于365.76厘米，需要说明的是，燃料棒1的整体长度具体在此不做限定。上述365.76厘米或者426.72厘米只是燃料棒1的最优选择。
其中，第一铀芯块101的长度和第二铀芯块103的长度均为75-460毫米。需要说明的是第一铀芯块101和第二铀芯块103的具体长度可以根据设计需求来确定。例如：燃料棒1的整体长度设计为365.76厘米时，第一铀芯块101和第二铀芯块103的长度可以设计为22.86厘米。相应的，若增加燃料棒1的整体长度时，也可以选择增加第一铀芯块101和第二铀芯块103的长度。
本发明实施例中，当设置第一铀芯块的长度和第二铀芯块的长度均为75-460毫米，可以使得在制造燃料棒时更加方便，并且当第一铀芯块的长度和第二铀芯块的长度均为75-460毫米，可以提高燃料棒在整个寿期内的安全裕量。
可选的，所述第一铀芯块101和所述第二铀芯块103的长度均为228.6毫米。
本发明实施例中，第一铀芯块和所述第二铀芯块的长度均为228.6毫米。
可选的，所述钆芯块102、所述第一铀芯块101和所述第二铀芯块103的富集度均小于或等于5％。
其中，钆芯块102、第一铀芯块101和第二铀芯块103的富集度均小于或等于5％；优选的，钆芯块102、第一铀芯块101和第二铀芯块103的富集度可以均为4.45％。例如：A类情况下：若钆芯块102的长度为3657.6毫米，且钆芯块102的富集度为2.5％；B类情况下：若第一铀芯块101和所述第二铀芯块103的长度均为228.6毫米，且钆芯块102的长度可以为3200.4毫米，且钆芯块102、第一铀芯块101和第二铀芯块103的富集度可以均为4.45％，则如图2所示，采用B类条件，与A类条件相比较，则可以降低冷却剂流失事故(Loss-Of-Coolant Accident，LOCA)限值线，并且在燃料棒1寿期初和寿期末，均可以增大堆芯的LOCA裕量。相对应的，还可以增大堆芯的偏离泡核沸腾比(Departure from Nucleate BoilingRatio，DNBR)裕量，从而提高了堆芯的安全性。需要说明的是，图2中纵坐标表示的是堆芯中芯块上能量最大的一点的功率与堆芯平均功率的比值。同理，图4也一样。
其中，如图3所示，轴向表示燃料棒的高度，纵坐标表示燃料棒的轴向功率。采用B类条件，与A类条件相比较，可以改善堆芯在寿期末的轴向功率分布，轴向功率分布指的是堆芯在高度上的功率分布，并且从图上可知，B类条件下，堆芯在轴向上的功率差别不大，从而导致堆芯更加安全。另外，因为寿期初第一铀芯块101和第二铀芯块103的功率提高了，从而提升了燃料棒1两端第一铀芯块101和第二铀芯块103所在位置的燃耗，从而在堆芯寿期末，燃料棒1两端第一铀芯块101和第二铀芯块103所在位置功率更低，从而降低了寿期末的中子泄漏率，进而提高了堆芯的燃料经济性。
其中，如图4所示，采用B类条件，与A类条件相比较，可以降低II类瞬态下堆芯的最大线功率密度，即可以降低堆芯内部功率最大一点的功率，从图上可知，增加了燃料熔化裕量约6％。同样也可以降低堆芯的最大线功率密度增量，通过降低最大线功率密度和最大线功率密度的增量，保证了在II类瞬态下燃料芯块的温度不会超过其熔化限值。从而保证了堆芯和燃料棒1在使用过程中的安全。
本发明实施例中，通过上述设置，提高了堆芯的安全性能，并且能够保证燃料棒在II类瞬态工况下不会熔化，使得燃料棒的使用更加安全。
可选的，所述钆芯块102中三氧化二钆的质量百分比为4％-12％。
本发明实施例中，钆芯块中三氧化二钆的质量百分比为4％-12％，优选的，当钆芯块中三氧化二钆的质量百分比为8％时，钆芯块的性能更加稳定，使用上也更加方便。
本发明实施例还提供一种燃料组件，如图5所示，包括：N根上述的燃料棒1，所述N为大于或等于1的整数。
其中，如图5所示，燃料组件可以还包括导向管2和仪表管3，导向管2可以用来为控制棒提供导向功能，仪表管3可以用来放置监测堆芯的仪表。
其中，燃料棒1为钆燃料棒的时候，N可以为4、8、12、16、20或者24，通常钆燃料棒在燃料组件中的摆放为对称成组设置的。
其中，燃料组件中还可以包括铀棒，用以和上述燃料棒1一起配合使用，其中铀棒主要提供核电厂核能发电的原材料，而钆燃料棒可以作为原材料的补充，并且，钆燃料棒可以用以装载可燃毒物，提高燃料装载的灵活性。
其中，如图6所示，含钆燃料棒的燃料组件在堆芯中的放置位置可以如图6所示。可以将含钆燃料棒的燃料组件分为三组，第一组含8根钆燃料棒，第二组含16根钆燃料棒，第三组含20根钆燃料棒，可以将第一组标记为701，第二组标记为702，第三组标记为703。需要说明的是图中的标记例如：L02，J13等标记表示该根燃料组件在上一循环使用时在堆芯中的位置。图6中的A、B或者C等字母和08、09或者10等数字一起结合起来表示燃料组件在堆芯中的位置。
本发明实施例中，包括N根上述的燃料棒的燃料组件使用上更加安全，并且使用效率更高，其制造的周期更短，制造成本更低。
可选的，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第一铀芯块101的长度不同，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第二铀芯块103的长度不同。
本发明实施例中，燃料组件中的两根非对称位置的燃料棒之间第一铀芯块的长度可以不同，两根非对称位置的燃料棒之间第二铀芯块的长度也可以不同，通过上述设置，可以使用第一铀芯块和第二铀芯块长度不同的燃料棒，从而使得燃料组件的使用上更加方便。
可选的，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第一铀芯块101的富集度差值小于或等于0.5％，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第二铀芯块103的富集度差值小于或等于0.5％。
本发明实施例中，燃料组件中的所有燃料芯块的富集度均相同或者差别不大，从而使得燃料组件的制造更加方便、燃料经济性更好、堆芯的安全性也更高。
可选的，所述燃料组件包括钆燃料棒和二氧化铀燃料棒，所述N根燃料棒为N根钆燃料棒，所述N根钆燃料棒中的富集度与所述二氧化铀燃料棒中的富集度差值小于或等于0.5％。
本发明实施例中，N根钆燃料棒中的富集度与二氧化铀燃料棒中的富集度差值小于或等于0.5％，可以使得燃料组件的燃料经济性更好、堆芯的安全性也更高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃料棒，其特征在于，包括：第一铀芯块、钆芯块和第二铀芯块，所述第一铀芯块、所述钆芯块和所述第二铀芯块的外形均是圆柱形，所述钆芯块的一端的端面与所述第一铀芯块的一端的端面相连，所述钆芯块相对的另一端的端面与所述第二铀芯块的一端的端面相连，所述钆芯块的富集度与所述第一铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％，所述钆芯块的富集度与所述第二铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％。
2.根据权利要求1所述的燃料棒，其特征在于，所述第一铀芯块的长度和所述第二铀芯块的长度均为75-460毫米。
3.根据权利要求2所述的燃料棒，其特征在于，所述第一铀芯块和所述第二铀芯块的长度均为228.6毫米。
4.根据权利要求3所述的燃料棒，其特征在于，所述钆芯块、所述第一铀芯块和所述第二铀芯块的富集度均小于或等于5％。
5.根据权利要求3所述的燃料棒，其特征在于，所述钆芯块、所述第一铀芯块和所述第二铀芯块的富集度均为4.45％。
6.根据权利要求1-4任一项所述的燃料棒，其特征在于，所述钆芯块中三氧化二钆的质量百分比为4％-12％。
7.一种燃料组件，其特征在于，包括：N根权利要求1-6任一项所述的燃料棒，所述N为大于或等于1的整数。
8.根据权利要求7所述的燃料组件，其特征在于，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第一铀芯块的长度不同，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第二铀芯块的长度不同。
9.根据权利要求7或8所述的燃料组件，其特征在于，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第一铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间第二铀芯块的富集度差值小于或等于0.5％。
10.根据权利要求9所述的燃料组件，所述燃料组件包括钆燃料棒和二氧化铀燃料棒，其特征在于，所述N根燃料棒为N根钆燃料棒，所述N根钆燃料棒中的富集度与所述二氧化铀燃料棒中的富集度差值小于或等于0.5％。
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