TWI810737B - 高能核燃料、燃料總成、及更換燃料之方法 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種用於壓水式反應器的核燃料總成。該核燃料總成包含：複數個經組構成容納可裂材料的核燃料棒，其中該核燃料總成係經組構使得當在操作條件下存在冷卻劑及可裂材料時，燃料總成的氫對鈾比係至少4.0。本案亦提供一種用來為包含本揭示之核燃料總成之壓水式核反應器更換燃料的方法。

Description

高能核燃料、燃料總成、及更換燃料之方法
本案為關於高能核燃料、燃料總成、及更換燃料之方法。
在核反應器中，由可裂材料(例如，包含 235U 及/或 239P的核燃料)分裂產生的自由中子有助於經由維持可裂材料的分裂鏈反應而產生能量。此鏈反應產生熱，其可用於在，例如，核能電廠中產生能量。然而，隨時間經過，可裂材料的存量經歷分裂並被耗盡，從而需要更換燃料及/或其他維護以維持安全且有效的發電。更換燃料及/或其他維護操作會使通過核能電廠發電的成本增加。需要使完成此等操作所需的材料及時間減至最少及/或使需要此等操作的頻率減至最小。
本案提供一種用於壓水式反應器的核燃料總成。該核燃料總成包含複數個經組構成容納可裂材料的核燃料棒，其中該核燃料總成係經組構使得當在操作條件下存在冷卻劑及可裂材料時，燃料總成的氫對鈾比係大於4.0。
本案亦提供一種用來為包含本揭示之核燃料總成之壓水式核反應器更換燃料的方法。該方法包含，例如，以24個月的週期循環間隔為壓水式核反應器更換燃料。
如本文所揭示之核燃料總成可最佳化使用於高能、高卸料燃耗(discharge burnup)應用(諸如24個月燃料循環)之燃料總成之分裂鏈反應的技術及經濟態樣。該最佳化可容許自給定質量的可裂材料提取更多能量，同時維持符合電廠操作的技術及許可要求。另外，已考慮燃料總成組態對中子慢化、溫度、及安全協定的影響來提供改良核反應器系統之安全性及效率之本揭示的各種燃料總成組態選項。文中亦揭示其他效益。
應理解，本揭示中所描述之本發明不限於在此發明內容中概述之實例。在本文中描述及例示各種其他實例。
本申請案根據35 U.S.C. § 119 (e)主張2020年12月7日提出申請標題「高能核燃料、燃料總成、及更換燃料之方法 (HIGH ENERGY NUCLEAR FUEL, FUEL ASSEMBLY, AND REFUELING METHOD)」之美國臨時申請案第63/122,100號的權益，該案之全體揭示內容以引用的方式併入本文。
在詳細解釋本發明的各種態樣之前，應注意，示意性範例在應用或使用上不限於附圖和實施方式中所示意說明部件的構造和配置之細節。示意性範例可實施或併入在其他態樣、變型和修改中，並可用各種方式實踐或實現。此外，除非特別指出，否則本說明書所使用的術語和表達是為了方便讀者來描述說明性實例之目的而選擇，而不是為了對其限制的目的。而且，將明白，以下所描述態樣、態樣的表達及/或實例之一或多者，可與其他以下所描述態樣、態樣的表達及/或實例之任何一或多者組合。
核反應器產生中子輻射以引起及維持負責其能量產生的分裂鏈反應。在許多核反應器中，由鏈反應所產生之中子經緩和(例如，慢化)以，例如，提高其促成鏈反應的可能性。此等反應器包括壓水式反應器及相關系統(PWR)，其經由自分裂鏈反應移除熱來冷卻燃料及將此熱轉移至反應器區域中稱為一次水(指示此水將由於與燃料棒接觸及燃料棒的可能洩漏而包含放射性污染)的加壓水。一次水既用作冷卻劑亦用作中子緩和劑。一次水繼而將其熱轉移至處於較一次水更低壓力的潔淨二次水。二次水中之降低壓力及一次水之高溫導致引入至蒸汽產生器中之二次水沸騰並形成蒸汽，該蒸汽，例如，用來驅動耦接至大型發電機的蒸汽渦輪機以產生電力。因此，PWR使用核燃料中之可裂材料的分裂作為電能之來源。
文中揭示PWR核燃料總成的各種組態，其容許自核燃料增加且更有效率地提取能量(例如，熱)，此可增加更換燃料循環之間的時間並由於降低鈾成本、斷電成本、人事、廢燃料處置及/或電廠操作之其他態樣而降低操作成本。本揭示之組態使用，例如，新發展的核燃料、燃料棒、及其他組件來產生能夠增加能量提取的核燃料總成。因此，本案提供一種核燃料總成，一種為壓水式核反應器更換燃料的方法、核燃料棒、及核燃料丸。本揭示之核燃料在文中可稱為「高能核燃料(HEF)」、「高燃耗燃料」、「高富集燃料」等等。
PWR使用燃料總成，其可包含核燃料棒、及尤其可在反應器操作期間將燃料棒及導引套管(例如，容納控制棒或儀器之管)固持於定位並確保適當暴露至反應器冷卻劑的其他相關組件。本揭示之核燃料總成可包含複數個經組構成容納核燃料的核燃料棒。核燃料總成可包含18 x 18、17 x 17、16 x 16、15 x 15、14 x 14及其他組態，無論係呈方形或三角形點陣，及各種有效核心高度。17 x 17組態可包含總共289個各可為燃料棒或導引套管的組件。在一實例中，17 x 17組態可包含264個燃料棒及25個導引套管。
核燃料總成可經設計成針對特定目的最佳化燃料利用。使用於PWR中之燃料總成的一最佳化參數係氫對鈾(H/U)比。氫對鈾比等於在反應器體積內之操作條件下之氫原子數目除以所有同位素之鈾原子的數目。氫原子可係，例如，存在於、或來源於PWR之冷卻劑/緩和劑之水分子的組分及鈾原子可係存在於、或來源於核燃料。舉例來說，H/U比可根據以下方程式1來計算：
方程式1
低的H/U值可於熱中子能譜中產生較高平均能量，從而最小化分裂及控制價值並以起始富集鈾需求為代價有利於鈽形成。高的H/U值可產生具較低平均能量的熱中子能譜，其提高分裂及控制材料價值並有利於燃燒鈽從而降低起始的富集鈾需求。
應注意最佳的H/U比值取決於燃料循環需求。舉例來說，高燃耗、高富集、及長燃料循環具有提高中子吸收的效應，其繼而需要與電廠操作之當前範例相比增加的緩和劑來最佳化反應器操作之效率。另外，當燃料循環未為分離的鈽提供任何價值(無再加工)時，最佳的H/U比亦提高，使得燃料有效地燃燒作為正常操作之一部分滋生的鈽，而不是優先滋生鈽以用於後續提取及再循環。當新燃料束的應用已顯著改變時，H/U比可於該新燃料束中更新。該等改變可出現在本揭示之燃料及燃料總成中。以下係高能燃料及燃料循環(根據本揭示)之一實例與燃料及燃料循環之另一實例的比較：
   比較性燃料設計 本揭示之燃料設計
循環長度 12個月 24個月
循環能量 270 EFPD 700 EFPD
再填裝可燃燒吸收劑 無 重硼及/或氧化釓
填裝型態 出-進-進高洩漏 進-進-出低洩漏
功率尖峰 低 高
批次平均 卸料燃耗 33 GWd/tU 70 GWd/tU
最大燃料富集 ＜ 5.0 w/o  235U ＜20 w/o 235U
再加工及再循環 基礎假設 無
H/U比 3.8 – 4.0 目標4.3，範圍4.0 – 5.0
核燃料總成之H/U可係，例如，至少4.1、至少4.2、至少4.3、至少4.4、至少4.5、至少4.6、至少4.7、至少4.8、至少4.9、或至少5.0。核燃料總成之H/U可係，例如，5.0或以下、4.9或以下、4.8或以下、4.7或以下、4.6或以下、4.5或以下、4.4或以下、4.3或以下、4.2或以下、或4.1或以下。H/U比可係在4.0至5.0之範圍內，諸如，比方說，4.0至4.5、4.1至5.0、4.2至5.0、4.3至5.0、或4.4至5.0。H/U比可係在，例如，4.1至4.5、4.1至4.4、4.1至4.3、或4.1至4.2之範圍內。H/U比可係，例如，4.1、4.2、4.3、4.4、或4.5。
H/U比可至少部分地確定在需要維護及/或更換燃料之前可自核燃料獲得多少能量。獲得的能量(「燃耗」)可以吉瓦(gigawatt)天/公噸富集鈾(GWd/tU)測量。舉例來說，較高的H/U比可意謂更多由分裂所產生之中子將經緩和至適合經鈾核捕獲的程度。文中描述核燃料總成的各種組態，其可提高燃料燃耗及/或提高PWR的H/U比。
當包含於燃料棒內時，核燃料可包含與核燃料總成之核燃料棒及反應器之冷卻劑化學相容的任何可裂材料。舉例來說，核燃料可包含含鈾陶瓷可裂材料。含鈾陶瓷可裂材料可包含，例如，矽化鈾(例如，U 3Si 2、U 3Si 5、U 3Si)；氮化鈾(例如，UN、U 15N)；碳化鈾(例如，UC)；硼化鈾(例如，UB x、UB 2、UB 4)，其中X係整數(金屬硼化物(例如，硼化鈾)可能具有各種各樣的金屬：硼比)；磷化鈾(例如，UP)；硫化鈾(例如，US 2)；氧化鈾(例如，UO 2、UCO、U 3O 8、UO 3)；或此等中任何者之混合物。核燃料亦可包含可裂或可孕元素之混合物，諸如鈾及鈽、鈾及釷之混合物，以及鈾、鈽、及/或釷與其他錒系元素諸如錼、鋂、鋦等等之混合物。
核燃料可包含如由核心設計需求所要求之任何富集度的 235U。舉例來說，可使用以可裂材料中之鈾的總重量計，至多5重量%之 235U。核心設計需求可使用整體＜ 5.0 w/o 235U的燃料來滿足。然而，當與高度吸收組分組合使用於燃料總成內及/或當燃料循環長度及/或燃料卸料燃耗如文中所揭示增加時，燃料可經設計利用高達10 w/o 235U或高達20 w/o 235U之富集度用於24個月燃料循環及高卸料燃耗。
舉例來說，以可裂材料中鈾的總重量計，核燃料可包含至少5重量% 235U及不大於20重量% 235U。核燃料可包含至少6重量% 235U、至少7重量% 235U、至少8重量% 235U、至少9重量% 235U、至少10重量% 235U、至少11重量% 235U、至少12重量% 235U、至少13重量% 235U、至少14重量% 235U、至少15重量% 235U、至少16重量% 235U、至少17重量% 235U、至少18重量% 235U、或至少19重量% 235U，全部以可裂材料中鈾的總重量計。核燃料可包含19重量%或以下的 235U、18重量%或以下的 235U、17重量%或以下的 235U、16重量%或以下的 235U、15重量%或以下的 235U、14重量%或以下的 235U、13重量%或以下的 235U、12重量%或以下的 235U、11重量%或以下的 235U、10重量%或以下的 235U、9重量%或以下的 235U、8重量%或以下的 235U、7重量%或以下的 235U、或6重量%或以下的 235U，全部以可裂材料中鈾的總重量計。舉例來說，核燃料可包含至少5重量% 235U且不大於15重量% 235U、至少5重量% 235U且不大於10重量% 235U、至少6重量% 235U且不大於20重量% 235U、至少6重量% 235U且不大於15重量% 235U、至少6重量% 235U且不大於10重量% 235U、或任何其他子範圍，全部以可裂材料中鈾的總重量計。
核燃料可作為核燃料丸存在於燃料棒中。核燃料丸可包含可裂材料。核燃料丸的至少一部分可係環形核燃料丸。此等環形燃料丸可降低燃料溫度並於燃料棒內提供空隙體積。降低的燃料溫度及增加的空隙體積當結合在一起或分開時可具有降低燃料棒內之氣體壓力的效應，其係當處理高燃耗燃料時的關鍵限制參數，乃因由於分裂所釋放之分裂產物的大部分在操作溫度下存在於氣相中或係揮發性並於操作溫度下形成氣體。此外，可於燃料棒內使用含硼的可燃吸收劑，其會由於在硼中的吸收而排放氦氣。增加空隙體積以容納來自可燃吸收劑使用之氦氣釋放的能力可有助於在可接受的燃料棒內部壓力下達成高燃耗。針對整個燃料堆疊使用環形燃料丸可使核心設計能夠調整燃料總成或燃料區域的鈾填裝及H/U比，而不改變燃料總成的液壓特性。此能力可係有利的，乃因其對燃料利用效率具有槓桿作用，但不會導致改變燃料液壓特性。改變燃料液壓特性可能需要大量成本及時間。
預期燃料總成內之燃料棒的絕大部分(例如，至少65%、至少75%、至少85%)可使用環形燃料丸。所有的核燃料丸皆可係環形核燃料丸，或者核燃料丸可皆不係環形核燃料丸。本揭示之核燃料丸可包含2.5%至15%的空隙體積範圍。作為一實例，燃料丸可具有2.5%之空隙分率，其對於17x17燃料用途而言，對應於大約0.050英吋(1.25 mm)的丸內徑。作為另一實例，燃料丸可具有15%之空隙分率，其對於17x17燃料而言，對應於大約0.125英吋(3.15 mm)的丸內徑。
參照圖1，其顯示本揭示之環形核燃料丸100的橫截面。丸100可包含外表面108及內表面110。內表面110可至少部分地界定空腔112。丸100可包含環繞空腔112的可裂材料114。可裂材料114可設置於內表面110與外表面108之間。
丸100可包含自外表面108之一點延伸通過空腔112之中心、且至外表面108上之一相對點的外徑(見線106)。丸100可包含自內表面110之一點延伸通過空腔112之中心、且至內表面110上之一相對點的內徑(見線104)。本揭示之核燃料丸可視情況包含其中丸100總體積之至多15%係空隙空間112的環形形狀。總體積可包含可裂材料114及空腔112的體積。丸可具有含以丸100之總體積計至多8%、9%、或10%空隙空間112的總體積。替代地或另外地，丸可具有含以丸100之總體積計至少4%、5%、或6%空隙空間112的總體積。
本揭示之核燃料丸可視情況包含具有在0.065英吋至0.075英吋(大約1.65 mm至1.91 mm)之範圍內之內徑104，諸如，比方說，在0.070英吋(大約1.78 mm)範圍內之內徑104的環形形狀。圖1中顯示之例示性燃料丸100將不一定在線104、106處包含任何特定物理特徵。此等線僅指示內徑及外徑的幾何。圖1係本揭示之一實例且可將其他包含中心空腔之形狀使用於本揭示之燃料丸。
本揭示之HEF核燃料棒可包含至少兩種形態 - 在富集區中具有實心丸的第一形態及在富集區中具有環形丸的第二形態。HEF燃料棒通常具有五個或更多個軸向區，其具有至少兩種相異富集度。軸向毯覆區具有降低富集度以最小化自反應器之頂部及底部的中子洩漏。在某些實例中，軸向毯覆富集度可係富集區的約50%，其中頂部及底部軸向毯覆具有相同富集度。然而，在其他實例中，頂部及底部軸向毯覆可包含不同富集度。
軸向毯覆通常利用環形燃料丸，其中內部空隙係實心丸體積的大約25%。存在於核燃料棒中利用實心或環形軸向毯覆的設計選項。燃料的富集區可係實心的或可利用其中內部空隙係實心丸體積之大約4 – 10%的環形燃料丸。富集區燃料丸包含取決於特定反應器之核心設計及燃料管理需求範圍自天然鈾為0.711 w/o 235U直至10 w/o 235U或更高之富集度。富集區存在於下方軸向毯覆上方及頂部軸向毯覆下方的HEF燃料棒內。重疊於HEF富集區上者可係可燃吸收劑(BA)區，其通常較富集區短且通常環繞核心中心成對稱。然而，特定核心設計需求可改變BA長度及定心。在至少一實例中，於HEF燃料棒內存在五個軸向區，其由下方軸向毯覆、富集無BA或逆轉(cutback)區、具有BA之富集區、另一富集逆轉區、及最後的頂部軸向毯覆所組成。
參照圖2，其顯示本揭示之核燃料棒200的橫截面圖。核燃料棒200可包含外表面208及內表面210。內表面210可至少部分地界定空腔212。核燃料棒200可包含環繞空腔212的金屬或金屬合金214。金屬或金屬合金214可設置於內表面210與外表面208之間。本揭示之燃料棒200可包含金屬或金屬合金，包括鋯或鋯合金。舉例來說，燃料棒200可包括含有鋯及錫及/或鈮及視情況鐵、錫、釩、及銅中之任意者的合金(例如，ZIRLO ®、Optimized ZIRLO™、LT-ZIRLO™及AXIOM™ 合金，其可購自美國西屋電氣公司(Westinghouse Electric Company of Cranberry Twp, Pennsylvania, United States))。
核燃料棒200可包含自外表面208之一點延伸通過空腔212之中心、且至外表面208上之一相對點的外徑(見線206)。核燃料棒200可包含自內表面210之一點延伸通過空腔212之中心、且至內表面210上之一相對點的內徑(見線204)。圖2中顯示之實例燃料棒200將不一定在線204、206處包含任何特定物理特徵。此等線僅指示內徑及外徑的幾何。
替代地，或在前述核燃料丸幾何的最佳化之外，可對核燃料棒本身進行額外的修改。同樣地，該等修改可提高H/U比及/或導致更完全的燃料燃耗。
參照圖2及3，及替代地，或在前述核燃料丸幾何的最佳化之外，可對核燃料棒本身進行額外的修改。可設計燃料棒及/或護套，使得外徑206、306a對間距之比可在，例如，0.720至0.745之範圍內。舉例來說，外徑306a對間距之比可在0.725至0.745或0.730至0.740之範圍內。舉例來說，外徑306a對間距之比可係0.738。如文中所使用，「間距」係指於燃料總成內，自燃料棒300a之一個中心320a至相鄰燃料棒300b之中心320b的距離d。
本揭示之核燃料棒200當以0.496英吋(~12.6 mm)之燃料棒間距使用於17x17燃料點陣中時，可視情況包含在9.2 mm至9.5 mm之範圍內的外徑206，諸如，比方說，9.2 mm、9.3 mm、9.4 mm、或9.5 mm之外徑206。本揭示之核燃料棒200可視情況包含9.2 mm至9.4 mm之外徑206，諸如，比方說，9.2 mm、9.3 mm、或9.4 mm之外徑206。
本揭示之燃料丸、連同本揭示之燃料棒的組合可係有利的。舉例來說，當考慮17x17燃料總成時，具在4 – 10%範圍內之空隙體積的環形燃料丸可對應於在0.07英吋至0.10英吋(1.8 mm至2.5 mm)範圍內之環形丸內徑，且可使用於包含在9.0 mm至9.5 mm之範圍內(諸如，比方說，9.0 mm、9.1 mm、9.2 mm、9.3 mm、9.4 mm、或9.5 mm)之外徑的燃料棒內。當於PWR中使用複數個此等燃料棒時，此一組態可改良H/U比。
本揭示之核燃料棒200可包含一厚度，其係在內徑204與外徑206之間的長度差。該厚度可係外徑206、306a的至多6%、至多7%、或至多8%。該厚度可係在外徑206、306a之6%至8%的範圍內。該厚度可係在外徑206、306a之6.5%至8%的範圍內。該厚度可係外徑206、306a的7%至8%。該厚度可係外徑206、306a的大於8%。該厚度可係至少0.0225英吋，其係使用於當前技術17x17燃料總成中之值。用於17x17燃料總成之最佳厚度似乎係至少0.030英吋，且係由降低鈾填裝、增加的寄生材料、燃料棒及燃料總成軸向生長之變化及機械剛性以及其他效應之競爭效應所驅動。
已發現具有此等厚度的護套可改良本揭示之核燃料總成的效能。舉例來說，提高燃料棒護套厚度會使適應高燃耗、24個月循環之暴露需求(其皆可在核心平均功率或高於核心平均功率下)所需的金屬質量增加。增加的護套厚度及先進護套合金之組合降低護套中之氫濃度、磨損、環周應力及潛變，其皆提供於設計基礎之正常條件下的邊界護套失效。另外，如文中所揭示增加護套厚度可導致燃料體積減小，其當利用本揭示之燃料實施時，導致增加的H/U比，從而可改良鈾利用及最終降低成本。具有包含如文中所述之厚度之護套的燃料棒可與本揭示之燃料丸組合且亦可包含如文中所描述的外徑。
本揭示之核燃料總成可包含經改良的格柵間隔件。舉例來說，可利用包含諸如以上所揭示之彼等之先進合金的高燃耗最佳化間隔件來最小化腐蝕及生長。替代地或另外地，可最大化格柵/棒接觸面積來增加磨損邊界。替代地或另外地，可增加格柵高度來最大化格柵壓碎強度。
本揭示之核燃料總成可包含經改良的骨架套管。舉例來說，骨架套管可包含在0.015英吋(大約0.38 mm)至0.025英吋(大約0.635 mm)之範圍內，諸如，比方說，0.020英吋(大約0.51 mm)的厚度。骨架套管可包含如文中所述的鋯合金。
已描述本揭示之核燃料總成的各種參數。應明瞭所有此等參數可單獨地或以任何組合如所述來調整，以提供適合於如所述以24個月週期循環接收及利用高燃耗燃料的燃料總成。
本案亦提供一種用來為包含本揭示之核燃料總成之壓水式核反應器更換燃料的方法。該方法可包含以24個月循環為壓水式核反應器更換燃料。以24個月週期循環間隔更換燃料可與12或18個月循環相比降低為反應器更換燃料所需之停電次數、時間、及材料。舉例來說，包含本揭示之核燃料總成的PWR可操作23個月及更換燃料(且不發電)1個月。因此，可進行24個月的週期循環。另外，該方法可包含於24個月循環期間達成大於60 GWd/tU之燃料燃耗，諸如，比方說，達成大於70 GWd/tU之燃料燃耗。達成該等燃料燃耗可經由降低給定發電量所需之鈾而降低發電成本。
在以下實例中闡述本文中所描述之主題的各種態樣。
實例1 - 一種用於壓水式反應器之核燃料總成，該核燃料總成包含：複數個經組構成容納核燃料的核燃料棒，其中該核燃料總成係經組構使得當在操作條件下存在冷卻劑及核燃料時，該燃料總成的氫對鈾比係至少4.0。
實例2 - 如實例1之核燃料總成，其進一步包含該核燃料，其中該核燃料包含可裂材料，且該可裂材料包含以該可裂材料中鈾之總重量計，至多20重量%之 235U。
實例3 - 如實例1至2中任一項之核燃料總成，其進一步包含該核燃料，其中該核燃料包含可裂材料，且該可裂材料包含以該可裂材料中鈾之總重量計，至少5重量% 235U且不大於20重量% 235U。
實例4 - 如實例1至3中任一項之核燃料總成，其進一步包含核燃料丸，該等核燃料丸包含該可裂材料，其中該等核燃料丸係定位於該等核燃料棒內，且其中該等核燃料丸之至少一部分係環形核燃料丸。
實例5 - 如實例1至4中任一項之核燃料總成，其進一步包含核燃料丸，該等核燃料丸包含該可裂材料，其中該等核燃料丸係定位於該等核燃料棒內，且該等核燃料丸全部係環形核燃料丸。
實例6 - 如實例1至5中任一項之核燃料總成，其中該等核燃料棒包含0.720至0.745範圍內之外徑對間距比。
實例7 - 如實例4至6中任一項之核燃料總成，其中該等環形燃料丸具有在該等環形燃料丸總體積之4%至15%範圍內的空隙體積。
實例8 - 如實例1至7中任一項之核燃料總成，其中當利用冷卻劑及可裂材料操作時，該燃料總成的氫對鈾比係至少4.3。
實例9 - 一種用來為包含如實例1至8中任一項之核燃料總成之壓水式核反應器更換燃料之方法，該方法包含：以24個月週期循環間隔為壓水式核反應器更換燃料。
實例10 - 如實例9之方法，其進一步包含達成大於60 GWd/tU之燃料燃耗。
實例11 - 如實例9至10中任一項之方法，其進一步包含達成大於70 GWd/tU之燃料燃耗。
除非另有特定說明，否則如自前述揭示內容顯而易見，應瞭解貫穿前述揭示內容，使用術語諸如「處理」、「計算」、「運算」、「判定」、「顯示」或其類似者之論述係指電腦系統或類似電子計算裝置的運作及處理，將表示為電腦系統之暫存器及記憶體內的物理(電子)量的資料操縱及變換成類似地表示為電腦系統記憶體或暫存器或其他此等資訊儲存、傳輸或顯示裝置內之物理量的其他資料。
一或多個組件在本文中可稱作「組構以」、「可組構以」、「可操作/操作以」、「調適/可調適」、「能夠」、「可符合/符合於」等。熟悉本技藝者將認識到，除非上下文另外要求，否則「組構以」可通常涵蓋主動狀態組件及/或非主動狀態組件及/或待命狀態組件。
熟悉本技藝者將認識到，一般本文中且尤其在隨附申請專利範圍中所使用之術語(例如，隨附申請專利範圍之主體)一般意欲作為「開放式(open)」術語(例如，術語「包括(including)」應解譯為「包括但不限於」，術語「具有(having)」應解譯為「至少具有」，術語「包括(includes)」應解譯為「包括但不限於」等)。熟悉本技藝者將進一步理解，若希望存在特定數目的所引入申請專利範圍陳述，則此意圖將明確陳述於申請專利範圍中，且在無此陳述的情況下不存在此意圖。舉例而言，作為對理解之輔助，以下隨附申請專利範圍可含有介紹性片語「至少一個」及「一或多個」之使用以引入申請專利範圍陳述。然而，此類片語之使用不應被詮釋為暗示由不定冠詞「一(a或an)」對申請專利範圍陳述之引入將含有此類所引入申請專利範圍陳述之任何特定申請專利範圍限制於僅含有一個此類陳述的申請專利範圍，即使當同一申請專利範圍包括引入性片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一(a或an)」之不定冠詞時(例如，「一(a及/或an)」應通常解譯為意謂「至少一個」或「一或多個」)；此情況同樣適用於用以引入申請專利範圍陳述之定冠詞的使用。
此外，即使明確地陳述特定數目之所引入申請專利範圍陳述，但熟悉本技藝者將認識到，此類陳述通常應解釋為意謂至少所陳述之數目(例如，不具有其他修飾語的無修飾陳述「兩個陳述」通常意謂至少兩個陳述或兩個或多於兩個陳述)。此外，在使用類似於「A、B及C中之至少一者等」之公約的彼等情況下, 一般這類構造意欲為熟悉本技藝者應瞭解公約之意義(例如，「具有A、B及C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起、及/或A、B及C一起等的系統)。在使用類似於「A、B或C中之至少一者等」之公約的彼等情況下，一般此類構造意欲為熟悉本技藝者應瞭解公約之意義(例如，「具有A、B或C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起及/或A、B及C一起等的系統)。熟悉本技藝者將進一步理解，除非上下文另外規定，否則無論在描述內容、申請專利範圍或圖式中，通常呈現兩個或多於兩個替代性術語之分離性字組及/或片語應理解為涵蓋包括該等術語中之一者、該等術語中之任一者或兩種術語之可能性。舉例而言，片語「A或B」應通常理解為包括「A」或「B」或「A及B」的可能性。
相對於隨附申請專利範圍，熟悉本技藝者將瞭解，其中所陳述的操作通常可以任何次序執行。此外，儘管各種操作流程圖按序列呈現，但應理解，各種操作可以與說明之次序不同的其他次序執行或可同時執行。除非上下文另外規定，否則此類替代次序之實例可包括重疊、交錯、中斷、重新排序、遞增、預備、補充、同步、反向或其他變型次序。此外，除非上下文另外規定，否則如「回應於」、「與……相關」之術語或其他過去時態形容詞通常並不意欲排除此類變型。
值得注意，對「一個態樣」、「一態樣」、「一範例」、「一個範例」及其類似者之任何參考意謂結合該態樣所描述之特定特徵、結構或特性包括於至少一個態樣中。因此，片語「在一個態樣中，」、「在一態樣中」、「在一範例中」及「在一個範例中」貫穿本說明書在各處之出現未必皆參考同一態樣。此外，特定特徵、結構或特性可在一或多個態樣中以任何適合方式組合。
在本說明書中所參考及/或在任何申請資料表（Application Data Sheet）中所列出之任何專利申請案、專利、非專利公開案或其他揭示內容材料以引用之方式併入本文中，在某種程度上所併入之材料與本說明書不相矛盾。因而，且在必需之程度上，如本文中所明確說明之揭示內容取代以引用的方式併入本文中之任何矛盾材料。據稱以引用之方式併入本文中但與本文中所說明之現有定義、陳述或其他揭示內容材料相矛盾的任何材料或其部分將僅在彼併入之材料與現有揭示內容材料之間不出現矛盾的程度上併入。
術語「包含(comprise)」 (及包含之任何形式，諸如「包含(comprises)」及「包含(comprising)」)、「具有(have)」 (及具有之任何形式，諸如「具有(has)」及「具有(having)」)、「包括(include)」 (及包括之任何形式，諸如「包括(includes)」及「包括(including)」)以及「含有(contain)」 (及含有之任何形式，諸如「含有(contains)」及「含有(containing)」)為開放式連繫動詞。因此，「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個元件之系統擁有彼等一或多個元件，但不限於僅擁有彼等一或多個彼等元件。同樣地，一種「構成」、「具有」、「包括」或「包含」一或多個特徵的系統、裝置或用具的元件擁有這類一或多個特徵，但不限於僅擁有這類一或多個特徵。
除非另有特別說明，否則本發明中使用的用語「約」或「大約」意指一特定值憑藉技藝中的一普通技術所確定的可接受誤差，該誤差部分取決於數值的測量或確定方式。在某些具體例中，用語「約」或「大約」意指在1、2、3或4個標準偏差內。在某些具體例中，用語「約」或「大約」意指在一給定值或範圍的50%、20%、15%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%或0.05%內。
本說明書所列舉的任何數值範圍意欲包括其中涵蓋的所有子範圍。例如，範圍「1至10」意欲包括介於(且包括)所列舉的最小值1和所列舉的最大值10之間的所有子範圍，即是，具有等於或大於1的一最小值，及具有等於或小於10的一最大值。
總之，已描述由於採用本說明書描述的概念而產生的眾多好處。出於說明及描述之目的，已呈現一或多個形式之前述描述。其並非意欲為窮盡性的或限於所揭示之精確形式。根據上述教示，修改或變化為可能的。選擇及描述一或多個形式以說明原理及實際應用，從而使熟悉本技藝者能夠利用各種形式及適於所涵蓋之特定用途的各種修改。意圖據此所提交的申請專利範圍定義整個範疇。
100:環形核燃料丸 104:線 106:線 108:外表面 110:內表面 112:空腔 114:可裂材料 200:核燃料棒 204:線；內徑 206:線；外徑 208:外表面 210:內表面 212:空腔 214:金屬或金屬合金 300a:燃料棒 300b:燃料棒 306a:外徑 320a:中心 320b:中心 d:距離
隨後所附申請專利範圍中特別闡述本說明書所述多個具體例的各種特徵。然而，根據以下結合附圖的實施方式可瞭解組織和操作方法的各種具體例及其優點：
圖1係根據本揭示之核燃料丸的橫截面圖。
圖2係根據本揭示之核燃料棒的橫截面圖。
圖3係根據本揭示之兩個核燃料棒的橫截面圖。
貫穿若干視圖，對應元件符號指示對應零件。本文中所闡述之範例以一種形式說明本發明之各種具體例，且此類範例並不被詮釋為以任何方式限制本發明之範疇。
100:環形核燃料丸
104:線
106:線
108:外表面
110:內表面
112:空腔
114:可裂材料

Claims (12)

  1. 一種用於壓水式反應器之核燃料總成，該核燃料總成包含：複數個核燃料棒；及核燃料丸，其係定位於該等核燃料棒內，該等核燃料丸包含可裂材料，該可裂材料包含以該可裂材料中鈾之總重量計，至少5重量% 235U且不大於20重量% 235U，且，其中該核燃料總成係經組構使得當在操作條件下存在冷卻劑及核燃料時，該燃料總成的氫對鈾比係至少4.0。
  2. 如請求項1之核燃料總成，其中該等核燃料丸之至少一部分係環形核燃料丸。
  3. 如請求項1之核燃料總成，其中該等核燃料丸全部係環形核燃料丸。
  4. 如請求項1至3中任一項之核燃料總成，其中該等核燃料棒包含0.720至0.745範圍內之外徑對間距比。
  5. 如請求項2或請求項3之核燃料總成，其中該等環形燃料丸具有在該等環形燃料丸總體積之4%至15%範圍內的空隙體積。
  6. 如請求項1至3中任一項之核燃料總成，其中當利用冷卻劑及可裂材料操作時，該燃料總成的氫對鈾比係至少4.3。
  7. 如請求項2或請求項3之核燃料總成，其中該等環形核燃料丸包含在1.65mm至1.91mm之範圍內之內徑及在9.2mm至9.5mm之範圍內之外徑。
  8. 如請求項2或請求項3之核燃料總成，其中該等環形核燃料丸之壁厚度係在該等環形核燃料丸之外徑之6%至8%的範圍內。
  9. 如請求項2或請求項3之核燃料總成，其中該等環形核燃料丸之壁厚度係在該等環形核燃料丸之外徑之6.5%至8%的範圍內。
  10. 一種用來為包含如請求項1至9中任一項之核燃料總成之壓水式核反應器更換燃料之方法，該方法包含：以24個月週期循環間隔為該壓水式核反應器更換燃料。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包含達成大於60GWd/tU之燃料燃耗。
  12. 如請求項10或請求項11之方法，其進一步包含達成大於70GWd/tU之燃料燃耗。
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