[發明專利]一種適用于超臨界水堆的MOX燃料組件結構

無效

• 申請號: 201210242340.6
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN102768863A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 周濤;孫燦輝;程萬旭;陳娟
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G21C3/32
• 分類號: G21C3/32
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于核能發電領域，特別涉及一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結構。

背景技術

超臨界水冷堆是國際核能界公認的第四代核能堆型之一。超臨界水冷堆運行在超過工質熱工臨界點的溫度和壓力下。超臨界水冷堆堆內核燃料產生熱量是一個非常復雜的過程，超臨界水冷堆組件結構主要有四邊形組件和六邊形組件等結構。近幾年，各核能先進國家均對超臨界水堆組件進行了深入的研究，出現了多種組件設計。通過新的組件結構來改善組件軸向的功率分布。歐盟、日本、加拿大、韓國都設計出各類適合超臨界堆的組件結構。在國內，上海交大設計出適用于混合譜的組件設計方案；清華大學采用小組件，并在四角處采用不同富集度的燃料的組件結構設計方案。但是，由于超臨界水冷堆還處于概念設計階段，主要設計都是以UO2燃料為組件的，針對MOX燃料的組件設計目前還沒有見到。

在超臨界水堆中使用MOX燃料，既可以得到較高的熱效率，同時增加了燃料利用率，也減少了核擴散的風險。日本福島核事故中檢測到的放射性钚，可能就是3號機組中使用的MOX燃料熔化泄漏造成的。因此，為了反應堆的運行安全，需要對超臨界水堆使用MOX燃料組件結構進行合理的設計。促使核能真正安全高效發展。

目前使用最多的是UO2燃料，超臨界水堆組件結構設計也是針對UO2燃料進行的。如果在特定設計中將UO2燃料直接替換為MOX燃料，可能在物理熱工性能方面出現變化。在相同的熱工參數分布條件下，MOX燃料組件中會有較大的徑向功率分布不均勻因子，會在功率因子大的燃料通道中產生更大的燃料中心溫度。且MOX燃料的熔化溫度要小于UO2燃料。如果不對研究所選的適用UO2燃料組件結構進行改進，而直接考慮采用MOX燃料，將會有較大的安全風險。因此，必須對原只適用于UO2燃料設計組件結構進行改進，提出適用于MOX燃料的組件結構設計，以保障超臨界水堆的安全。

發明內容

本發明針對目前超臨界水冷堆組件結構設計中，使用MOX燃料會造成較大的組件功率不均勻因子，提供了一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結構。

本發明采用的技術方案為：

若干個水盒組成方形的殼體，在水盒組成的殼體內布置若干水棒，在水棒的間隙內布置直徑為R的MOX燃料棒；水棒分為大水棒和小水棒兩種形式，大水棒的橫截面為正方形，其長和寬分別為3R，小水棒的橫截面為矩形，其長為3R，寬為R；水棒與水棒之間、水棒與水盒的內壁之間的間距均為R，由整齊排列的MOX燃料棒填充；MOX燃料棒與水棒之間的空隙或MOX燃料棒與水盒內壁之間的空隙構成燃料劑冷卻通道。

所述大水棒按列布置，每相鄰兩列的大水棒交錯布置。

所述水棒分為內外兩層，材料分別為不銹鋼和二氧化鋯。

所述水棒的內層為熱導率小的二氧化鋯，外層為耐腐蝕的不銹鋼。

所述水棒分為三層，在兩層不銹鋼材料中間夾二氧化鋯材料構成。

本發明的有益效果為：

在超臨界水冷堆中采用適用于所述MOX燃料的組件結構，與同類UO₂組件相比，雖然由于MOX燃料特點，會有較硬的能譜，并可以降低功率不均勻因子，但有更低的組件徑向功率分布。經過適當的參數設置，達到與同類UO₂組件設計相同的冷卻劑出口參數，以及更低的燃料中心溫度和燃料包殼溫度。可以提高使用MOX燃料的超臨界水堆的安全性能。該設計對原來UO₂組件結構改動較小，容易實現，效果明顯。

附圖說明

圖1為所述的MOX燃料組件結構俯視圖。

圖中標號：

1-MOX燃料棒；2-燃料冷卻劑通道；3-水盒；4-水棒。

具體實施方式

本發明提供了一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結構，下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。

本發明的設計理念是，考慮到慢化性能的關系，兩側都相鄰水棒的燃料柵元有較高的功率，四周都不相鄰水棒的燃料柵元有較低的功率。因此，通過適當的調整水棒與燃料的布局，杜絕出現四周都不相鄰水棒的燃料柵元，可以改善組件的功率分布不均勻因子。發熱源MOX燃料棒1由UO₂和PuO₂混合構成的氧化鈾钚燃料。