WO2019062507A1 - 燃料棒和燃料组件 - Google Patents

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  • the length of the first uranium core block between the two asymmetric fuel rods in the N fuel rods is different, and the first between the two fuel rods in the asymmetric fuel position The length of the uranium core block is different.

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Abstract

一种燃料棒（1）和燃料组件，其中，燃料棒（1）包括：第一铀芯块（101）、钆芯块（102）和第二铀芯块（103），第一铀芯块（101）、钆芯块（102）和第二铀芯块（103）的外形均是圆柱形，钆芯块（102）的一端的端面与第一铀芯块（101）的一端的端面相连，钆芯块（102）相对的另一端的端面与第二铀芯块（103）的一端的端面相连，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％，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％。如此设计可提高燃烧棒的经济性。

Description

燃料棒和燃料组件
相关申请的交叉引用
本申请主张在2017年9月28日在中国提交的中国专利申请号No.201710898918.6的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及核电技术领域，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。而伴随着科学技术的不断进步，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。在现有技术中，核电厂通常通过燃料棒发生核反应的方式来发电。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
本公开实施例的目的在于提供一种燃料棒和燃料组件，其减少了燃料棒中的富集度的差距，能够提高燃料棒的燃料经济性。
为了达到上述目的，本公开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％。
本公开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的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的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的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的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，其中，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％。
附图说明
图1为本公开实施例的燃料棒的结构示意图；
图2为本公开实施例的LOCA限值线与堆芯活性段高度的关系示意图；
图3为本公开实施例的堆芯功率与高度的关系示意图；
图4为本公开实施例的堆芯中燃料芯块峰值功率与熔化限值的关系示意图；
图5为本公开实施例的燃料组件的结构示意图；
图6为本公开实施例的燃料组件在堆芯中的分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本公开实施例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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
如图1所示，本公开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％。
本公开实施例的燃料棒，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。
并且，通过钆芯块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％，能够改善燃料棒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。
在一个示例中，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。通过这样设置，从而能够在芯块反应的过程中，提供芯块膨胀的空间。
在一个示例中，第一铀芯块101、钆芯块102和第二铀芯块103可以是直径相同的圆柱。
在一个示例中，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，则会导致燃料棒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。
在一个示例中，燃料棒1的整体长度没有特别限制，例如可以选择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的整体长度并不限定于这些具体数值，上述365.76厘米或者426.72厘米只是燃料棒1的整体长度的一个典型示例。
在一个示例中，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。
本公开实施例中，通过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，能够使得在制造燃料棒时更加方便，并且能够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。
在一个示例中，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％，进一步地，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，在A类条件：钆芯块102的长度为3657.6毫米，且钆芯块102的富集度为2.5％；或B类条件：第一铀芯块101和第二铀芯块103的长度均为228.6毫米，且钆芯块102的长度为3200.4毫米，且钆芯块102、第一铀芯块101和第二铀芯块103的富集度均为4.45％的情况下，如图2所示，与A类条件相比较，采用B类条件时能够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，还能够增大堆芯的偏离泡核沸腾比(Departure from Nucleate Boiling Ratio，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。
图3为本公开实施例的堆芯功率与高度的关系示意图，其中，横坐标表示燃料棒的高度，纵坐标表示燃料棒的轴向功率。如图3所示，与A类条件相比较，采用B类条件时能够改善堆芯在寿期末的轴向功率分布。其中，轴 向功率分布指的是堆芯在高度上的功率分布。并且，从图3可知，B类条件下，堆芯在轴向上的功率差别不大，从而使得堆芯更加安全。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。
图4为本公开实施例的堆芯中燃料芯块峰值功率与熔化限值的关系示意图。如图4所示，与A类条件相比较，采用B类条件时能够降低II类瞬态下堆芯的最大线功率密度，即能够降低堆芯内部功率最大一点的功率。从图4可知，与A类条件相比较，采用B类条件时增加了燃料熔化裕量约6％。并且，如图4所示，与A类条件相比较，采用B类条件时也能够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。
本公开实施例中，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。
在一个示例中，钆芯块102中三氧化二钆的质量百分比为4％-12％，优选为8％。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，在使用上也更加方便。
如图5所示，本公开实施例还提供一种燃料组件，其包括：N根上述的燃料棒1，所述N为大于或等于1的整数。
本公开实施例的燃料组件，通过统一组件内铀芯块与钆芯块的富集度，能够改善组件内各个燃料棒之间的功率分布，即径向功率分布。进而，通过改变径向功率分布，从而能够提高堆芯的安全性。
如图5所示，本公开实施例的燃料组件还可以包括导向管2和仪表管3，导向管2用来为控制棒提供导向功能，仪表管3用来放置监测堆芯的仪表。
在一个示例中，燃料棒1为钆燃料棒时，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。
在一个示例中，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。
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。具体而言，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，图6中，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6中的标记例如L02，J13等标记表示该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。
本公开实施例中，包括N根上述燃料棒的燃料组件在使用上更加安全，并且使用效率更高，其制造的周期更短，制造成本更低。
在一个示例中，燃料组件中的所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间的第一铀芯块101的长度可以不同，两根非对称位置的燃料棒之间的第二铀芯块103的长度也可以不同。通过这样设置，能够使用第一铀芯块和第二铀芯块长度不同的燃料棒，从而使得燃料组件在使用上更加方便。
在一个示例中，燃料组件中的所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间的第一铀芯块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的第二铀芯块103的富集度差值小于或等于0.5％。通过这样设置，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。
在一个示例中，所述燃料组件可以包括钆燃料棒和二氧化铀燃料棒，其中，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％。通过设置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％，能够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，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易 想到变化或替换，这些变化或替换都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开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，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，其中，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，其中，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，其中，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，其中，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，其中，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，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，其中，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间的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的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，其中，所述N根燃料棒中两根非对称位置的燃料棒之间的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的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，其中，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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