[發明專利]一種核燃料棒

有效

• 申請號: 201210293447.3
• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN102789820A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 李銳;張國梁;陳軍;周洲;孫吉良;李石磊;林少芳;劉博
• 申請（專利權）人: 中科華核電技術研究院有限公司;中國廣東核電集團有限公司
• 主分類號: G21C3/20
• 分類號: G21C3/20
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 林儉良

技術領域

本發明涉及核電站反應堆，更具體地說，涉及一種可用于核電站壓水堆中的核燃料棒。

背景技術

在核電站反應堆的運行中，核燃料棒的破損使核燃料棒中的放射性裂變產物釋放到反應堆的冷卻劑系統中，從而危及核電站的正常運行。PCI是核燃料棒的潛在破壞因素之一。PCI或PCMI就是英文Pellet-Cladding?Mechanical?Interaction的縮寫，指燃料芯塊與包殼在核電站運行過程中的機械相互作用。

通常，核燃料棒包括燃料芯塊、以及設置在燃料芯塊外圍的燃料棒包殼等。燃料棒包殼與燃料芯塊間存在一定的初始間隙，在間隙內充滿氦氣（He氣）作為散熱介質并且提供內壓以平衡燃料棒包殼所受的外壓。

隨著運行燃耗的加深，燃料芯塊中的固體裂變產物和氣態裂變產物大量容留在燃料芯塊中，使燃料芯塊發生輻照腫脹，燃料芯塊直徑增大。同時燃料芯塊在高溫差的作用下，發生開裂，造成燃料芯塊的重定位，部分碎塊位于燃料芯塊與燃料棒包殼之間。

另一方面，燃料棒包殼通常是由鋯合金制作的，在中子的輻照與反應堆內冷卻劑液壓的作用下，徑向產生蠕變收縮，使燃料棒包殼的內徑減小。

而且，燃料芯塊與燃料棒包殼是不同的材料，燃料芯塊的熱膨脹大于燃料棒包殼。在堆內運行過程中，燃料芯塊的溫度遠遠高于包殼的平均溫度，這樣燃料芯塊的熱膨脹量大大高于燃料棒包殼的熱膨脹量。

因此，在輻照腫脹、熱膨脹與燃料棒包殼向內蠕變的聯合作用下，隨著燃料組件燃耗的加深，燃料棒包殼與燃料芯塊的直徑間隙減小直至閉合，發生PCI。

由于存在PCI破壞的風險，在核電站的運行中，核電站就不能超出運行規程快速升降反應堆功率，也不能長期低功率運行。在快速提升反應堆功率的過程中燃料芯塊溫度迅速升高并快速膨脹，使燃料棒包殼的熱膨脹和向外蠕變來不及抵消燃料芯塊的熱膨脹，從而使包殼承受的應力超過包殼的屈服強度，造成燃料棒包殼因PCI破壞。

在快速降低反應堆功率的過程中，由于控制棒的運動，反應堆的軸向功率分布變得奇異，使核燃料棒的局部功率大大高于平均功率，產生與快速提升功率相同的現象，造成燃料棒包殼因PCI破壞。

核電站反應堆長期在低功率下運行，核燃料棒內的壓力遠遠低于反應堆一回路的運行壓力，這加劇了燃料棒包殼由于外壓的作用向內的蠕變，使包殼與芯塊的間隙減小，造成燃料芯塊與燃料棒包殼提前接觸，一旦反應堆功率發生變化，增加了包殼的受力負荷，增大了PCI破壞的風險，造成燃料棒包殼因PCI破壞從而發生核泄漏。

現有的核燃料棒無法適應上述PCI破壞的風險，對核電站安全運行帶來了不確定性。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種可有效緩解PCI破壞的核燃料棒。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種核燃料棒，包括燃料芯塊、以及設置在所述燃料芯塊外圍的燃料棒包殼；所述核燃料棒還包括支撐在所述燃料芯塊和燃料棒包殼之間的支撐內襯。

在本發明的核燃料棒中，所述支撐內襯為彈性內襯。

在本發明的核燃料棒中，所述支撐內襯設置在所述燃料芯塊和燃料棒包殼之間的部分空間內，并且在所述燃料芯塊和燃料棒包殼之間的空間內填充有氦氣。

在本發明的核燃料棒中，所述支撐內襯由一塊或多塊金屬材料制成，設置在所述燃料芯塊的外圍。

在本發明的核燃料棒中，所述金屬材料為純鋯、鋯合金或因科鎳合金。

在本發明的核燃料棒中，所述支撐內襯與所述燃料芯塊和燃料棒包殼同時直接接觸；所述支撐內襯的截面形狀為波浪狀、鋸齒狀或方波狀。

在本發明的核燃料棒中，所述支撐內襯由多塊金屬材料制成，每一塊金屬材料的截面形狀為弧形。

在本發明的核燃料棒中，所述支撐內襯還包括與所述燃料芯塊直接接觸連接的內襯支撐板；

所述金屬材料的一端與所述燃料棒包殼直接接觸連接，另一端與所述內襯支撐板固定連接。

在本發明的核燃料棒中，所述核燃料棒還包括上端頭、下端頭、設置在所述下端頭上的支承管、設置在所述上端頭上的壓緊彈簧；

所述燃料芯塊安裝在所述壓緊彈簧和支承管之間，所述燃料棒包殼安裝在所述上端頭和下端頭之間。

在本發明的核燃料棒中，所述支撐內襯為環狀，設置在所述燃料棒包殼內側，為整體式或多段分體式。