[發(fā)明專(zhuān)利]核燃料芯塊、制作方法及核反應(yīng)堆

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310296081.X
• 申請(qǐng)日: 2013-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103366835A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬茲容;張勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中科華核電技術(shù)研究院有限公司;中國(guó)廣核集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G21C3/02
• 分類(lèi)號(hào): G21C3/02;G21C3/58;G21C21/02
• 代理公司: 深圳市順天達(dá)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44217
• 代理人: 郭偉剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核電站燃料，更具體地說(shuō)，涉及一種可用于核電站中的核燃料芯塊。

背景技術(shù)

易裂變材料有U233、U235和Pu239三種。但只有U235是天然存在的，U233和Pu239需要通過(guò)Th232和U238吸收一個(gè)中子后轉(zhuǎn)化獲得。天然鈾中U235的富集度為0.71%，含量低。所以堆芯設(shè)計(jì)人員一直追求更高效地利用核燃料。

現(xiàn)有核燃料芯塊的設(shè)計(jì)不管是鈾、鈾钚混合、鈾釷混合、钚釷混合，還是含釓鈾芯塊，在徑向上都是均勻的。燃料芯塊中心區(qū)域的易裂變材料由于長(zhǎng)期被外圍核燃料材料所屏蔽，利用率低，造成卸料時(shí)中心區(qū)域核燃料的浪費(fèi)。

另外，核燃料芯塊在燃耗的初期，燃料芯塊外圈的核燃料對(duì)燃料芯塊內(nèi)部的核燃料有很強(qiáng)的自屏效應(yīng)，因?yàn)槿剂闲緣K外圈的核燃料材料攔截了大部分從慢化劑中返回的熱中子。隨著燃料芯塊外圈核燃料材料的逐漸燃耗，核燃料芯塊的自屏效應(yīng)才會(huì)逐漸減弱。

芯塊徑向均勻設(shè)計(jì)的核燃料在卸出不用時(shí)，由于上述自屏效應(yīng)的影響，在徑向上越往內(nèi)殘留的可裂變材料越多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供了一種可減少燃料芯塊中心區(qū)域核燃料浪費(fèi)的核燃料芯塊及使用該核燃料芯塊的核反應(yīng)堆。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種徑向非均勻設(shè)計(jì)的核燃料芯塊的設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供一種核燃料芯塊，包括核燃料材料，所述核燃料芯塊至少包括從內(nèi)向外布置的第一燃料區(qū)域和第二燃料區(qū)域；所述第一燃料區(qū)域的核燃料材料的反應(yīng)性低于所述第二燃料區(qū)域的核燃料材料的反應(yīng)性。

在本發(fā)明的核燃料芯塊中，所述第一燃料區(qū)域的核燃料材料為天然鈾或釷；所述第二燃料區(qū)域的核燃料材料為鈾或MOX。

在本發(fā)明的核燃料芯塊中，所述第一燃料區(qū)域的核燃料材料和第二燃料區(qū)域的核燃料材料均為鈾和/或MOX，并且所述第一核燃料區(qū)域的鈾和/或MOX的富集度小于所述第二核燃料區(qū)域的鈾和/或MOX的富集度。

在本發(fā)明的核燃料芯塊中，所述核燃料芯塊為圓柱形芯塊，所述第一燃料區(qū)域和第二燃料區(qū)域沿徑向布置；或者，

所述核燃料芯塊為球形芯塊，所述第一燃料區(qū)域和第二燃料區(qū)域沿徑向布置；或者，

所述核燃料芯塊為平板形芯塊，所述第一燃料區(qū)域和第二燃料區(qū)域沿厚度方向從內(nèi)到外布置。

在本發(fā)明的核燃料芯塊中，所述核燃料芯塊還包括設(shè)置在所述第二燃料區(qū)域外側(cè)的第三燃料區(qū)域；所述第三燃料區(qū)域的核燃料材料的反應(yīng)性低于所述第二燃料區(qū)域的核燃料材料的反應(yīng)性。

在本發(fā)明的核燃料芯塊中，所述第三燃料區(qū)域的核燃料材料為釷，所述釷為T(mén)h232。

在本發(fā)明的核燃料芯塊中，所述核燃料芯塊為圓柱形芯塊，所述第一燃料區(qū)域、第二燃料區(qū)域和第三燃料區(qū)域依次沿徑向由內(nèi)向外布置；或者，

所述核燃料芯塊為球形芯塊，所述第一燃料區(qū)域、第二燃料區(qū)域和第三燃料區(qū)域沿徑向由內(nèi)向外布置；或者，

所述核燃料芯塊為平板形芯塊，所述第一燃料區(qū)域、第二燃料區(qū)域和第三燃料區(qū)域沿厚度方向由內(nèi)向外布置。

本發(fā)明還提供一種核反應(yīng)堆，裝載有上述任一項(xiàng)所述的核燃料芯塊。

本發(fā)明還提供一種核燃料芯塊的制作方法，包括以下步驟：

(S1)根據(jù)滿(mǎn)足燃料管理需求的、裝載有徑向均勻設(shè)計(jì)核燃料芯塊燃料的核反應(yīng)堆堆芯的燃耗結(jié)果，確定出該堆芯壽期末各批次燃料的平均燃耗及在該燃耗下的反應(yīng)性；

(S2)根據(jù)壽期末堆芯反應(yīng)性相等的原則，以及徑向均勻設(shè)計(jì)核燃料芯塊燃料和上述任一項(xiàng)所述的核燃料芯塊燃料的燃耗與反應(yīng)性的關(guān)系曲線，初步選出要采用的核燃料芯塊徑向非均勻設(shè)計(jì)方案；

(S3)根據(jù)所選的核燃料芯塊徑向非均勻設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行組件截面計(jì)算和堆芯燃耗計(jì)算；再根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)核燃料芯塊徑向非均勻設(shè)計(jì)方案中徑向區(qū)域的劃分、各徑向區(qū)域核燃料材料的選擇、各徑向區(qū)域的鈾富集度或/和MOX含量進(jìn)行優(yōu)化，完成燃料芯塊徑向非均勻設(shè)計(jì)。

實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果：通過(guò)將反應(yīng)性較低的核燃料設(shè)置在核燃料芯塊的中央位置，從而避免了中心區(qū)域核燃料材料利用率低的問(wèn)題，起到減少卸料燃料中可裂變材料殘留的作用，避免了核燃料材料的浪費(fèi)。

進(jìn)一步的，通過(guò)將反應(yīng)性較低的核燃料材料設(shè)置在核燃料芯塊的外圍，起到降低初始過(guò)剩反應(yīng)性的作用，有利于堆芯核設(shè)計(jì)和反應(yīng)性控制；能使得堆芯中的可燃毒物和/或硼酸也相應(yīng)更少；從而更多的中子可被Th232或U238等吸收，轉(zhuǎn)化成易裂變材料U233或Pu239等，進(jìn)而提高轉(zhuǎn)化比。