CN1230280A

CN1230280A - 核燃料组合件

Info

Publication number: CN1230280A
Application number: CN97197745A
Authority: CN
Inventors: 约翰·麦克卡特奈
Original assignee: British Nuclear Fuels PLC
Current assignee: Sellafield Ltd
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1997-09-15
Publication date: 1999-09-29
Also published as: JP2001500265A; ZA978165B; HUP0000444A3; AR008184A1; CA2263644A1; EP0928487A1; US20020118789A1; GB9619182D0; WO1998011558A1; TW365677B; AU4389897A; HUP0000444A2

Abstract

本发明是关于核燃料组合件的生产过程中将放射性剂量减少到最小值,是用未辐射过的燃料作为屏蔽材料来抗防再加工过的燃料材料的放射性输出。未辐射过的燃料可用在外周燃料棒中和/或用在这些燃料棒的一些端部,具有有利的效果。

Description

核燃料组合件

本发明涉及有关于核燃料组合件的改进，特别是关于对燃料生产厂、燃料运输设施、及核电厂人员进一步减少放射性剂量至最小值。

有关于燃料棒和组合件的许多任务，例如在核电工业中生产、处理、装料及检测工作都要求工作人员紧密接近燃料棒和燃料组合件。尤其是人体四肢和感官如手和眼睛更是如此。例如在完成生产操作或运输后，或在将燃料棒嵌入堆芯之前，均需进行近距检测，典型的要求目视观测或触摸检测。这种类型的近距检测减短了人与放射源之间的距离，其后果是减少了放射性剂量的衰减。

用于核反应堆中的燃料棒的燃料可分为两种基本类型，一种是未曾利用过的燃料，它来自初始提取源并被加工成所需要的丰度(因而称为未辐射的铀，NIU)，另一种是再加工过的或后处理过的铀(REPU)，它以前曾在反应堆芯中，并随后在其再一次循环之前被加工到所需要的反应性当量。

无论NIU或REPU燃料材料，均适合用作燃料，然而，再加工过的燃料不同于未辐射过的燃料之处，在于它还包含有一些少量组份，包括辐射诱导的各种材料的同位素(包括，但不限于，铀的各种同位素及其有关的“子体”产物)。这些REPU组份，从放射性剂量观点来看，是有重大意义的，因为与相应品级的NIU相比较具有更高的自生放射性。

在其它一些目的之中，本发明的目的是提供一些核燃料组合件，它们能使REPU与NIU一道使用，且能大大减低以后对工作人员的放射性剂量。

根据本发明的第一方面，我们提供了一种核燃料组合件，它包括多个含有燃料的燃料棒，其中，在燃料组合件中的部分燃料是未辐射过的燃料和部分燃料是再加工过的燃料。

以此方式，未辐射过的轴(NIU)对再加工过的铀(REPU)的放射输出提供了一种屏蔽作用。

根据本发明的第二个方面，我们提供了含有未辐射过的燃料的多个燃料棒，在屏蔽燃料组件中的再加工燃料的放射性输出中的应用。

本发明的第一和/第二方面，还可进一步提供如下可能性。

可任意选择地将NIU燃料设置在或者接近于燃料组合件的外周。

可将NIU燃料或它的基本部分，设置在燃料组合件的一些边缘燃料棒中或者邻近于外周燃料棒的一些燃料棒中。

可将REPU燃料设置在燃料组合件的内部，例如REPU燃料可被设置在一些非周边的燃料棒中。

最好将NIU燃料在给定燃料棒中设置成一种相对于REPU燃料为分离的燃料部分。这种分离的部分可由一些燃料丸片形成。

最好这些燃料棒中的一个或多个在燃料丸片堆积的一端或两端部分装有NIU燃料。最好这些燃料棒仅在这些末端部分装有NIU燃料。

可优选这些NIU末端部分代表燃料棒中燃料丸片堆积长度的1％-15％，最好为3％-10％。在给定燃料棒的另一末端可装有相同的或不同长度的NIU部分。因而，REPU可在某一给定燃料棒中构成98％-70％或94％-80％的燃料。

在组合件中如果有40％以上的燃料棒装有一端或两端NIU部分便能得到对放射性屏蔽作用。优选的量是超过70％，更优选者为80％，理想的是超过90％。人们高度希望全部燃料棒都装有这样的NIU末端部分，但是某些地方即使缺少NIU末端部分，也能得到部分屏蔽作用。

较好为组合件的许多外周燃料棒其长度的全部或者大部充装NIU。最好是这些外周燃料棒，只装以NIU燃料。

最优选方案是，所有的外周燃料棒都装以NIU，但是90％以上、80％以上、70％以上，甚至40％以上的燃料棒装有NIU就能获得对放射性的屏蔽效果。

NIU可与ERPU混合并仍能减少放射性剂量，或者NIU可装设成一种园筒形涂料或料层围绕燃料棒或丸片中的REPU芯体。然而，为了简单起见，单独使用NIU是较好的。

在本发明的特别优选实施方案中，在燃料组合件中的所有的或基本上所有的外周燃料棒均仅装有NIU燃料，并且所有的或基本上所有的燃料棒都有其充装NIU燃料的末端燃料部分。在这样的燃料组合件中非外周燃料最好是REPU或者包含有ERPU。

该燃料组合件可以是适用于如下类型的应用：轻水反应堆(包括沸水反应堆和加压水反应堆)，先进的气冷反应堆，VVER或CANDU型，石墨减速反应堆(包括RBMK或Magnox)，先进的热中子反应堆以及快中子反应堆型(包括辐射再生区燃料)。

例如在9个与18个之间的AGR燃料组合件中，较好是所有18个外周燃料棒都装有NIU；对在9个与18个之间的CANSU燃料束来说，较好是所有18个外周燃料棒也装有NIU；对于在10个与21个之间的一种新型43个细棒CANDU燃料束来说，较好是所有21个外周燃料棒都为NIU；对在18个与36个之间的一种VVER-440燃料组合件来说，较好是所有36个外周燃料棒均装以NIU；对于在16个和32个之间的具有例如一种9×9的燃料棒排列的BWR燃料组合件来说，较好是所有32个燃料棒的均装有NIU。

在各燃料棒之间和在某一给定的燃料棒各部分之间的燃料浓缩富集度是可变的。一些外周燃料棒与内部各燃料棒相比可装有较低的燃料富集度。各燃料棒的末端部分与各燃料棒的中间部分相比，可装有较低的燃料富集度。

根据本发明的第三方面，我们提供的核燃料棒含有NIU燃料和REPU燃料。

可优选将NIU燃料装设在燃料棒的一端或两端。最好是NIU燃料以分开的部分提供的。NIU可装设成一些丸片的下层堆积与REPU丸片相邻接或相连接。

较优选者是NIU燃料部分为1-15％之间，最优选者是约为在燃料棒的总燃料堆积量的3-10％之间。相同的或不同长度的燃料部分可装设在同一燃料棒的交替的一端。

根据本发明的第四方面，我们提供了一种含有NIU燃料的核燃料棒与(ⅰ)REPU燃料和/或(ⅱ)一个或一个以上的含有REPU燃料的燃料棒组合在一起的应用。

可优选含有NIU的燃料棒设置在相对于ERPU燃料棒的外周。

根据本发明的第五个方面，我们提供了一种反应堆的总体，其中引入了本发明第一方面的一个或一个以上的燃料组合件和/或本发明第二方面的一个或一个以上的燃料棒。

根据本发明的第六个方面，我们提供了一种生产核燃料组合件的方法，它包含有充装燃料的多个燃料棒，在燃料棒中的燃料含REPU燃料和NIU燃料。

优选的方法提供了一种组合件中的第一燃料棒类型，该燃料棒具有NIU燃料部分于棒中燃料的一端或两端，而其余的燃料含有REPU燃料。

另一方面，或补充方面，在组合件中可以装设第二种燃料棒类型，该第二种类型的燃料棒其长度的全部或大部分装有NIU燃料，至少某些第二燃料棒类型设置在含REPU的其它燃料棒的组件的外周或外周附近。

根据本发明的第七个方面，我们提供了一种加燃料或再加燃料给核反应堆芯体的方法，包括按照本发明第一方面提供一个或多个燃料组合件和/或按照本发明的第二方面加入一个燃料棒以及/或按照本发明第五方面的方法进行反应堆芯体的生产。

按照本发明第八方面，我们利用本发明第一至第六方面任何一种方案通过核电站发电来提供电能。

下面仅以实例的方式并参照附图对本发明的各种实施方案加以说明。

图1是根据本发明第一实施方案燃料组合件的平面视图；

图2是根据本发明第二方面的燃料组合件的透视图；

图3是根据本发明第三方面的燃料组合件的透视图；以及

图4是说明本发明的一些实施方案应用于BWR、AGR、VVER、及CANDU等燃料组合件类型。

图1以平面视图形式说明了本发明燃料组合件的燃料棒组合排列。中心管3能够保持所需要的在堆芯中的中子通量检测仪器或类似仪表。对角线开口的管道5相当于控制反应堆垂直试验管道，这些管道是设计用于调节中子吸收反应堆各控制棒插入情况。围绕燃料组合件外周(横截面)，装置一些NIU燃料棒7，其余的燃料组合件是由一些REPU燃料棒9构成。

第一种类型的燃料棒7，是由末辐射过的铀(NIU)或称为新鲜的燃料组成。这种燃料代表一种较低放射活性的材料，与由再加工的燃料，REPU，所构成的第二类型的燃料9相比。当然，REPU可包括除铀之外的其它组份，例如钚。这些REPU燃料棒可以是一些MOX燃料棒。通过将NIU燃料装入环绕组合件外周的一些燃料棒中，则燃料组合件便获得了自身屏蔽的能力。NIU棒7可用来衰减和屏蔽REPU燃料棒9的放射活性。这样作的结果，由一些REPU燃料棒给予走近燃料组件外面附近的操作人员的每单位时间的放射性剂量便进一步减低了。在这第一种实施方案中，NIU燃料只是装入组合件外周的一些燃料棒中。

在图2的透视图中说明了本发明的另一实施方案。在此图中，表示出燃料棒组合件在燃料组合件的近前角处有一部分被除去了。又一次可看出，装设有检测仪器管子3和控制反应堆垂直试验管道5。在此实施方案中，这些燃料棒都属于相同类型，但在各燃料棒中具有不同的燃料部分。在端面上一部分燃料棒丸片的堆积是由NIU燃料形成的许多不连续丸片11装设而成。在燃料棒的另一端，可装有同样部分的丸片。然而，燃料棒其余长度是由丸片形式的REPU燃料部分13形成。在这种结构中，NIU对来自燃料组合件各端面的放射性剂量提供了屏蔽作用。

在多种燃料组合件用于一个反应堆的核反应道情况下，本发明提供了一种重大有利之处。通过使用多种燃料组合件，即在反应道的周边位置上一些组合件中装有NIU燃料，屏蔽作用可减少在反应堆装载前完成总体(多种元件)最后组装操作过程中操作人员遭受的极大放射剂量。例如这种情况可应用于AGR燃料排列。

在进一步的细述中，图3的实施例，在一些相同的位置上也装设有检测仪3和控制棒制导反应堆垂直试验管5，如前所述。然而，在此实施方案中，一些外周燃料棒7的全部长度是由NIU燃料充装组成。此外，一些非外周燃料棒也装有NIU部分11于其各末端，这与图2相同，而在某些部分13中装有REPU燃料而覆盖了它们的大部分长度。根据此实施例的一种燃料组合件，能屏蔽来自顶部、底部及所有侧面的辐射，因而减少了在所有方向上REPU所发射出的放射性剂量。

虽然，上述一些实例说明了本发明应用于PWR燃料棒和/或组合件中，但是本发明也同样适用于其它核燃料组合件类型。

图4说明本发明用于AGR燃料组合件20中，其中有制导管22；用于CANDU燃料组合件30中；用于VVER或快中子反应堆的辐射掩蔽屏40；以及用于BWR组合件50。在上述每一情况下，通过将某些或所有外周燃料棒装充以NIU燃料，该燃料组合件便可得到自身屏蔽能力，以抗防由REPU9所产生的潜在的对操作人员的放射性剂量。在每一情况下，燃料组合件均能充装有如图2示例的末端屏蔽，如图1示例的侧面屏蔽或者如图3示例的侧面和端面屏蔽作用。

虽然达到了上述的自身屏蔽效果，但是燃料组合件的性能仍然没有改变，因为NIU或REPU燃料的等同反应性没有必要改变。正是在这些燃料棒中和在燃料组合件中，在配装NIU和REPU材料上有区别，而不是材料的浓缩富集度有差别，使用这样的不同配装达到了本发明的效果。

如果需要，可按照需要达到的所需反应性/组合件峰值能量速率等来改变在任何给定棒中或任何给定棒部分中的燃料富集度，同时，按照各燃料在组合件中的位置来选择燃料源NIU或REPU来获得屏蔽作用与否。

Claims

1．一种核燃料组合件，它含有多个燃料棒，该燃料棒含有燃料，其中在燃料组合件中的一部分燃料是未辐射的燃料和在燃料组合件的另一部分燃料是再加工过的燃料。

2．如权利要求1所述的燃料组合件，在其中有40％的外周燃料棒装有未辐射过的铀。

3．如权利要求1或2所述的燃料组合件，在其中组合件中有40％以上的燃料棒装配有未辐射过的铀的一端部或两端部。

4．如前面任何一项权利要求所述的燃料组合件，其中装有未辐射过的铀的外周燃料棒只装有未辐射过的铀。

5．含有未辐射过的燃料的多个燃料棒在屏蔽在燃料组合件中的再加工过的燃料的放射性输出中的应用。

6．如权利要求5的应用，其中使用了含有未辐射的燃料的多个外周燃料棒。

7．如权利要求5或权利要求6的应用，其中多个燃料棒装有未辐射过的燃料于燃料丸片堆积的一端部或两端部。

8．如权利要求5,6或7的应用，其中70％的燃料棒装有未辐射过的燃料和/或70％的燃料棒装设有未辐射过的燃料的一端部或两端部。

9．如权利要求5至6任何一项所述的应用，其中在燃料组合件中所有的或基本上所有的外周燃料棒只装有未辐射过的燃料以及所有的或基本上所有的燃料棒具有未辐射过的燃料的端部。

10．如权利要求1至4中任何一项所述的燃料组合件或权利要求5至9的应用，其中该燃料组合件是AGR燃料组合件，CANDU组合件，VVER燃料组合件或者BWR燃料组合件。

11．一种生产核燃料组合件的方法，该组合件包含有装有燃料的多个燃料棒，在该方法中燃料组合件提供有第一燃料棒类型，该燃料棒具有未辐射过的燃料部分于燃料棒的一端或两端，其余的燃料含有再加工过的燃料和/或一种第二燃料棒类型，该第二类型的燃料棒具有未辐射过的燃料装入其长度的全部或大部，至少某些第二燃料棒类型是装设在组合件的外周边或外周附近。