TW200941503A - Fuel rods having irradiation target end pieces - Google Patents

Description

200941503 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明的實施例一般係關於使用於核電廠的燃料結構 及材料。 【先前技術】 通常’核電廠包括具有燃料配置其中以藉由核分裂產 ❹生 電力之反應器核心。美國核電廠的共同設計是將燃料配 置於放置在反應器核心內之結合一起作爲燃料組件的複數 燃料棒或燃料束。此些燃料棒典型地包括數個元件，其在 組件中將燃料棒結合至位在不同軸向位置之組件。 【發明內容】 實施例係針對具有端件在含有特別靶的任一端之燃料 棒。實施例端件可能含有在端件位置暴露於中子通率時轉 〇 換成想要同位素之材料。實施例的端件可由所選擇標靶材 料而製造，或可以是中空且含有該標靶材料。實施例端件 可與各種實施例的全長度及/或部份長度燃料棒配對，且 可作用如上及/或下端塞，其使燃料棒與上及/或下繫板配 對。 實施例燃料棒可不同地含有包括核燃料的標準組件， 且可使用於操作核反應器。具有實施例端件之實施例燃料 棒因此可於其照射靶端件產生各種想要同位素，同時作用 如提供動力於操作核心之習知燃料棒。 -5- 200941503 【實施方式】 本文中揭示詳細例示性實施例。然而，爲了說明實施 例的目地，本文中之特定結構及功能細節僅爲代表性。然 而，實施例可以許多交替形式而實施，且不應被詮釋爲僅 受限於本文中所提出的實施例。 將瞭解到，雖然本文中可使用第一、第二等的用辭來 說明不同元件，這些元件不應受此些用辭而限制。此些用 辭僅用於區分每一元件。例如，第一元件可被稱爲第二元 件，且同樣地，第二元件可被稱爲第一元件，而不會離開 實施例的範圍。如本文中所使用的，用辭“及/或”包括關聯 列出項目的一或多者的任一與所有組合。 將瞭解到，當元件被稱爲“連接”、“隅接”、“配對”、“ 附接”或“固定”至另一元件時，其可以是直接連接或隅接 至其它元件或可能存在有之中介元件。對比之下，當元件 被稱爲“直接連接”或“直接隅接”至其它元件時，不存在有 中介元件。使用來說明元件間的關係之其它用辭應以相同 方式（例如’“於…之間”對“直接地於…之間”、“鄰接”對 “直接鄰接”等）來解釋。 本文中所使用之用辭僅用於說明特別實施例的目地而 不是意圖來限制。如本文中所使用的，除非語言明確地表 示不同方式，單數形式“a”、“an”及“the”被預期同樣地包 括複數。將更進一步瞭解到，當使用於本文時，用辭“包 含 comprises”、“包含 comprising”、“包括 includes” 及 / 或“ -6- 200941503 包括including”指明所述特徵、整數、步驟、操作、元件 及/或組件的存在，然而不排除一或更多其它特徵、整數 、步驟、操作、元件、組件及/或其群組的存在或附加。 亦應注意到，於一些替代性實施，所示的功能/作用 可能超出圖式中所示的順序而發生。例如，連續顯示的二 圖式事實上可能同時實質地執行，或有時可能以相反順序 而執行，其取決於所涉及的功能性及作用。 〇 如圖1所示，諸如BWR之核反應器的燃料組件10可 包括圍繞上繫板14及下繫板16之外通道12。數個全長度 燃料棒18及/或部份長度燃料棒19可以矩陣方式配置於 燃料組件10內，且通過數個間隔物20。實施例上端件 120及/或下端件130可將燃料棒18及19接合至上與下繫 板14及16，其中僅下端件130因此接合於部份長度燃料 棒19的例子。實施例上端件120及130可分別與上與下 繫板14及16配對，且於繫桿的例子，通過上與下繫板14 〇 及166，並可將燃料棒18或19軸向地固定於燃料組件10 〇 圖2A、2B及2C分別解說實施例全長度燃料棒18、 部份長度燃料棒19、及分段棒1〇〇’每一者在實施例燃料 棒18、19及100的任一端具有二實施例燃料棒端件120 及130。除了實施例端件120及130以外’棒18及19可 含有發現於各種燃料棒中的習知元件’包括燃料元件22 及護套。例如，圖2A所示的實施例燃料棒1 8可以是習知 地發現B W R燃料組件之全長度燃料棒’除了實施例端件 200941503 120及130外，圖2B所示的實施例燃料棒19可以是習知 地發現BWR燃料組件之部份長度燃料棒，除了實施例端 件120及130外。圖2B中的陰影顯示全長度燃料棒18以 解說部份長度燃料棒19的縮短長度。於部份長度燃料棒 19，實施例端件130可與下繫板（未顯示）接合，以及因 爲部份長度燃料棒19可能使中間束終止，實施例端件120 可不與任合元件接合。因爲部份長度燃料棒19可不接合 至在實施例上端件120之組件，實施例端件130可具有螺 紋或具有其它附加配對元件以使部份長度燃料棒19與下 繫板固定。圖2C所示的實施例燃料棒1〇〇可被分段，其 中數個棒段可卸除地接合在連接點103，如於2007年11 月 28 號申請其案名爲 SEGMENTED FUEL BUNDLE DESINGS USING FIXED SPACER PLATES 之相關案 1 1 /0023 677號所述’除了此種燃料棒及段的端塞外，該案 的燃料棒及段係倂入參考。替代地，使用於PWR或 CANDU型反應器的燃料棒可連同實施例端件120、130而 使用。 實施例端件120、130可由同位素製造或含有同位素 ’諸如鎘、銘、銥、鎳、鉈及錶同位素，當暴露於核反應 器核心的操作條件時其可被轉換成想要同位素。實例同位 素具有實質核子橫剖面’且與使用來製造上及下端塞之習 知材料相反’更隨時改變於中子通率的存在中，因爲不會 與中子通率相互作用’該材料可被選擇。例如，端件可由 銥-191及/或姑-59製造，或此種同位素可被置於實例端件 -8- 200941503 120及130。核心內的中子通率在實施例端件120、130的 位置可將銥-191轉換成銥-192，其可衰減成穩定的鉑_192 ，有效於各種浮現技術之相對稀有且昂貴的材料。同樣地 ，在相同條件下，鈷-5 9可轉換成癌症治療的有效且高需 求之姑-60。 數個其它同位素能夠產生於實施例端件120、130。再 者，因爲實施例端件120及/或130可被放置在具有中子 0 通率位準的核心內之位置，例如，在具有較低且更固定的 通率輪廓之核心的端，具有較短半衰期或較高橫剖面之同 位素可被暴露於更佳地適於由此些同位素產生想要材料之 通率位準。 圖2A、2B及2C分別顯示成形爲上及下端塞之實施 例端塞120及130，該等端塞可與上及下繫板連接。於此 實例中，實施例端件120、130可取代各種燃料棒設計之 習知上及下端塞。實施例端件120及130通常可成形爲錐 G 形形式以與上及/或下繫板配對，且將實施例燃料棒18、 19及100固定至上及/或下繫板。 選擇性地，實施例端件120及130可被成形爲不會與 繫板連接之非錐形端塞。例如，如果實施例燃料棒1 00係 部份長度棒，上實施例端件120可延伸自部份長度燃料棒 的端而未連接至任何組件。 實施例端件120及130可以各種方式與實施例燃料棒 1〇〇接合。例如，實例端件120及130可直接焊接至實施 例燃料棒，或藉由螺釘與螺孔、柄腳與容納器或其它有效 -9- 200941503 接合元件而可拆卸地配對實施例燃料棒。實例端件120及 130可與實施例燃料棒齊平地配對及/或焊接，以沿著實施 例燃料棒提供連續外徑且減少或防止卡住於實施例端件與 實例燃料棒之間的碎片。 如圖3所示，實施例端件200通常可以是實心且堅硬 。實施例端件200可包括連接元件210。連接元件210係 顯示如圖3的螺紋部，該螺紋部與實施例燃料棒中的螺孔 配對以可拆卸地固定端件200及燃料棒。實施例端件200 可包括錐形物220，其配置成符合如上所示之繫板。錐形 物220可進一步成形用於容納膨脹彈簧（未顯示），該彈 簧安裝於實例端件200與繫板之間，且容許實施例燃料棒 相對於繫板的小軸向膨脹及收縮。 實施例端件200可由實心且堅硬的靶材料而形成，使 得端件200係該靶且仍作用如用於至上或下繫板的可能連 接之端件。例如，端件200可全部由銥-191形成。 選擇性地，實施例端件200可以諸如鎳之堅硬的非反 應護套材料23 0而電鍍及包覆。例如，當護套材料23 0存 在時，實施例端件200可由諸如鈷-59之較不硬及/或較不 易處理材料。以此方式，護套材料23 0可作用如用於實施 例端件200之堅硬外殻。 實施例端件200可在底部進一步包括形成例如六角形 橫剖面之一連串壓痕250，以促進實例端件的處理、連接 及拆卸。實施例端件200可進一步包括標記215，標記 2 1 5辨識端件200及存在其中的任何靶或產物同位素。標 200941503 記215可直接沖壓入實例端件200’或可以不同方式附接 於端件200。 實施例端件200可以數種方式變化。例如，實例端件 2 00可以不是錐形或配置成符合上或下繫板。同樣地’實 施例端件200可被使用在包括實例端件200之實施例燃料 棒上的頂部或底部位置。再者，連接元件210可採用各種 形式，諸如插銷、楔形接頭、或快接式接收器，以將實施 0 例端件200可卸除地附接於各種可能實施例燃料棒。連接 元件2 1 0可選擇性地不存在，且實施例端件可直接焊接至 實施例燃料棒。 圖4詳細地顯示另一實施例端件3 00。實施例端件 300可包括數個具有圖3中的實施例端件200之備用元件 ，其說明被省略。實施例端件300可包括比實施例端件 200的錐形物220更長之帶螺紋的非錐形端320。較長端 3 20可包括螺紋或其它緊固機構，且適合於將實施例端件 ❹ 3 00堅固接合至上繫板（圖1中的元件14)。由於增加的 長度，實施例端件300可通過上繫板，且容許與其接合的 實施例燃料棒作用如繫桿。亦即，帶螺紋的較長端3 20可 容許包括它們的實施例燃料棒作用如習知燃料組件的繫桿 ，其容許對含有繫桿的實例燃料組件之接近的處理。 圖5詳細顯示另一實施例端件4 00。如圖5所示，實 例端件400可包括中空的殼部440，且可容納並含有一或 更多照射靶。實施例端件400可由堅硬的非反應材料製成 ’該材料在暴露於包括例如锆合金及/或鋁之核反應器內 -11 - 200941503 之操作條件時實質地保持其核特性。 殼部440可被成形用於容納照射靶，且保存實例端件 400的強度及外殼能力。固態、液態或氣態靶可於實例端 件400的製造期間直接置入殻部440。替代地，附加容器 460可固持想要照射靶且置入殼部440內。容器460可以 是申糗案1 1 /002677中所述之容器，其外殼組合倂入作爲 參考。可將多容器460置入殻部440內以利用不同類型之 各別含有的照射靶而無需混合不同靶。每一容器460可包 括辨識各別容器460的內容之容器標記461。替代地，殻 部440可包括一或更多堅硬附接至實例端件400之圓片或 罩470，其分隔殼部440。以此方式，殼部440內的多照 射靶可藉由圓片或罩470而分開。 實施例端件400可包括如於其它實施例之壓痕（或六 角形）450。藉由在特定點提供較低斷裂扭矩以接近殼部 440，六角形450可在實例端件40〇的卸除期間進一步輔 助以獲得含於殼部440內的照射靶。可將標記415附著或 沖壓於實施例端件400的外部’且指示何種靶容納於殻部 440 內 ° 如圖5所示，實施例端件可包括螺紋端42〇 ’其可直 接拴入下繫板。此種螺紋端420及具有螺紋端之實施例端 件可與用來提升及移動燃料束之繫桿一起以致它們間的堅 固連接。雖然實施例端件400顯示有不同於其他實施例之 快接接收器型端件410，可了解到’上述之任何配對元件 及/或端配置可與實例端件3〇〇結合° 200941503 雖然已分開說明實施例端件200、300及400，將了解 到，一實施例的特徵可與其它實施例結合使用。例如，顯 示在一實施例之護套可被使用在缺少護套然而具有殻部之 另一實施例。同樣地，製造材料及照射靶可交替結合地使 用在實施例上。同樣地，殻部及護套可被使用在用作上及 /或下端件之實施例端件上。再者，具有螺紋的實施例端 件可由具有錐形物的實施例端件而替代。 〇 因爲實施例端件及燃料棒在不可能於習知燃料棒之位 置提供照射靶配置，實施例可容許獨特照射及照射靶產生 °例如，照射靶在反應器核心的端之較低及/或恆定通率 白勺區的配置可容許具有較短半衰期或其衰減鏈包括具有較 高橫剖面的元素之同位素的成功轉變及獲得，該元素可能 在較高通率位置被破壞。 實施例因此被說明，此項技術者將領會到，實施例可 '經由一般性實驗且無需進一步創造性活動而變化。所作的 〇 _化將不會被視爲背離實施例的精神及範圍，且顯而易知 &是’對於熟習此項技藝者而言，此種修改被預期涵蓋於 以下請求項的範圍內。 【圖式簡單說明】 藉由詳細地說明附圖，實施例將更爲清楚，其中相同 #考號碼表示相同元件，該等附圖僅爲例示之用，且因此 不會限制實施例。 圖1係具有實施例端件附加於燃料棒之燃料組件的示 -13- 200941503 意圖。 圖2A、2B及2C包括實施例端件之實施例燃料棒的 示意圖。 圖3係實施例端件的詳細示意圖。 圖4係另一實施例端件的詳細示意圖。 圖5係另一實施例端件的詳細示意圖。 【主要元件符號說明】 1 〇 :燃料棒 12 :外通道 14 :上繫板 16 :下繫板 1 8 :全長度燃料棒 1 9 :部份長度燃料棒 2 0 :間隔物 22 :燃料元件 100 :燃料棒 1 0 1 :燃料棒 120 :上端件 1 3 0 :下端件 200 :端件 2 1 0 :連接元件 2 2 0 :錐形物 2 3 0 :護套材料 200941503 250 ·壓痕 3 00 :端件 3 1 〇 :快接式連接器 320 :使用於繫桿的螺紋端 340 :殼 3 5 0 :形成六角形剖面的壓痕 360 :附加容器 ❹ 370 ：罩 -15-

Claims (1)

1. 200941503 十、申請專利範困 1 · ~種燃料棒，包含： 至少~燃料元件； 護套’其含有該至少一燃料元件；及 至少一端件，其包括： 至少一非易裂照射靶，其具有核子特性，該等核子特 性在暴露於運轉核子反應器中的中子通率時實質地改變， ❹ 及 連接元件，其配置成將該至少一端件接合至核子燃料 棒的軸向端。 2. 如申請專利範圍第1項之燃料棒’其中該連接元 件係配置成可移除地將該至少一端件接合至該燃料棒的軸 向端。 3. 如申請專利範圍第2項之燃料棒’其中該連接元 件係螺紋端及快接型接收器的一者。 φ 4.如申請專利範圍第1項之燃料棒’其中該非易裂 靶係鈷-59及銥-191的至少一者。 5. 如申請專利範圍第1項之燃料棒’其中該至少一 端件另包括完全地容納於該至少一端件內之殼部’該殼部 係配置成接收並容納該至少一非易裂照射祀。 6. 如申請專利範圍第5項之燃料棒，其中該殻部內 包括至少一外殼結構，其配置成提供雙外殼給該至少一非 易裂照射靶的一者。 7. 如申請專利範圍第6項之燃料棒’其中該殼部內 -16 - 200941503 之該至少一外殼結構包括容器標記’其標示至少該至少一 外殻結構的內容。 8. 如申請專利範圍第5項之燃料棒’其中該殻部包 括至少一圓片，其堅固地附接至該端件且分隔該殼部。 9. 如申請專利範圍第1項之燃料棒，其中該至少一 端件另包括至少一外部壓痕，其作印痕並促成該端件於拆 卸期間的斷裂。 10. 如申請專利範圍第1項之燃料棒，其中該至少一 端件另包括錐形物’其成形與上繫板及下繫板的一者軸向 配對，以經由該至少一端件使該核子燃料棒及該上與下繫 板的一者堅固地接合。 11. 如申請專利範圍第1項之燃料棒，其中該至少— 端件另包括電鍍該至少一端件的材料’該材料係配置成提 供放射性外殼給該至少一端件。 12. 如申請專利範圍第1項之燃料棒，其中該至少一 端件另包括螺紋端，其配置成拴入上繫板及下繫板的一者 ，以經由該至少一端件使該核子燃料棒及該上與下繫板的 一者堅固地接合。 13. 如申請專利範圍第12項之燃料棒，其中該至少 一端件延伸穿過該上繫板，以使該核子燃料棒作用如繫桿 〇 14. 如申請專利範圍第1項之燃料棒，其中該至少一 端件另包括外部標記，其標示至少該至少一端件的該至少 一非易裂照射靶。 -17- .200941503 15. —種燃料棒端件，包含： 至少一非易裂照射靶，其具有核子特性’該等核子特 性在暴露於運轉核子反應器中的中子通率時實質地改變’ 及 連接元件，其配置成將該端件接合至核子燃料棒的軸 向端。‘ 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之燃料棒，其中該照射 0 靶係銥-191及鈷-59的一·者。 17. —種燃料束，包含： 上繫板； 下繫板； 複數核子燃料棒’其軸向地配置在該上繫板及該下繫 板之間；及 複數核子燃料棒端件’每一核子燃料棒端件將該複數 核子燃料棒的一核子燃料棒接合至該上繫板及該下繫板的 〇 —者，且由具有核子特性的材料製成，該等核子特性在暴 露於運轉核子反應器中的中子通率時實質地改變。 18·如申請專利範圍第17項之燃料束，其中該材料 係銥-191及鈷-59的一者。 -18-