[發(fā)明專利]鉛基快堆四邊形燃料組件及其用于的快中子反應(yīng)堆

在審

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• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN107967949A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬續(xù)波;許謙;陳義學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: G21C3/34
• 分類號: G21C3/34;G21C15/28
• 代理公司: 北京康思博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11426
• 代理人: 路永斌,劉冬梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核電領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于快中子反應(yīng)堆中的能夠減小冷卻劑流動阻力、提高反應(yīng)堆安全性的四邊形燃料組件。

背景技術(shù)

目前的核電站中，大多數(shù)使用的是輕水堆。輕水堆以鈾-235為燃料，但是由于天然鈾儲量中鈾-235約只占0.7％，而99.3％是鈾-238，而鈾-238卻不容易發(fā)生裂變，所以不能用作輕水堆的燃料，快中子反應(yīng)堆不用鈾-235，而用钚-239作燃料，不過在堆芯燃料钚-239的外圍再生區(qū)里放置鈾-238。钚-239產(chǎn)生裂變反應(yīng)時放出來的快中子，被裝在外圍再生區(qū)的鈾-238吸收，鈾-238就會很快變成钚-239。這樣，钚-239裂變，在產(chǎn)生能量的同時，又不斷地將鈾-238變成可用燃料钚-239，由于反應(yīng)堆主要依靠快中子裂變產(chǎn)生能量，所以這種反應(yīng)堆又稱“快中子反應(yīng)堆”，如果轉(zhuǎn)化比大于1，則稱為快中子增殖反應(yīng)堆。

目前已有的快中子反應(yīng)堆的燃料組件通常是由一個六角形外套管和燃料棒束組成，燃料棒在六角形外套管內(nèi)以正三角形密集柵排列，組件下端開孔，冷卻劑由下往上流動。這樣的布置方式使得冷卻劑份額較小，并且冷卻劑在每個組件內(nèi)部流動時阻力較大，不利于堆芯熱量的導(dǎo)出。

以往的快堆設(shè)計(jì)常采用“游泳池”的設(shè)計(jì)方式，這種設(shè)計(jì)雖然相對比較安全，但同時增加了建造成本。

現(xiàn)在在運(yùn)行的絕大多數(shù)反應(yīng)堆都是熱中子反應(yīng)堆，它們都是采用二回路設(shè)計(jì)，一回路是堆芯和冷卻劑部分，包容在密閉的壓力容器中，產(chǎn)生熱量將冷卻劑加熱，流動的冷卻劑與二回路的水交換熱量，水變成水蒸汽對汽輪機(jī)做功，使得汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。

所述游泳池式反應(yīng)堆又稱池式反應(yīng)堆，是一種將堆芯安裝在水池內(nèi)的實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)堆。通常水池深6-10m，以濃縮鈾作燃料，堆芯置于池底或懸在池中，后一種情況堆芯可在池內(nèi)移動，因而得名。池中可以盛放冷卻劑，在池之側(cè)面及底部澆灌有重混凝土屏蔽層。

鈉冷快堆使用的就是這種設(shè)計(jì)方式，由于鈉的化學(xué)性質(zhì)活潑，和水會發(fā)生劇烈的反應(yīng)，必須增加一個中間換熱回路，設(shè)計(jì)了三回路傳熱系統(tǒng)。一回路是堆芯部分和液態(tài)鈉，二回路中是液態(tài)鈉和液態(tài)鈉進(jìn)行熱量傳遞，三回路是液態(tài)鈉和水交換熱量，最終水變成水蒸汽對汽輪機(jī)做功，使得汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，但是結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，生產(chǎn)建設(shè)成本巨大。由于上述原因，本發(fā)明人對現(xiàn)有的快中子反應(yīng)堆的燃料組件進(jìn)行了深入研究，以便設(shè)計(jì)出能夠解決上述問題的新型燃料組件和與組件相應(yīng)的反應(yīng)堆堆芯設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出一種鉛基快堆四邊形燃料組件，其中采用原子序數(shù)比較高的鉛或者鉛-鉍合金做為冷卻劑，富集度為15％～30％的UO₂燃料，或者(Pu-30％，U-70％)O₂燃料(钚鈾氧化物混合燃料)，從而既能保證系統(tǒng)安全，還可以在結(jié)構(gòu)簡單、低成本的情況下獲得能量和將鈾-238變成可用燃料钚-239；具體來說，該燃料組件包括柵格板和燃料棒，燃料棒有多個，由柵格板固定，其中，所述柵格板呈四邊形，優(yōu)選為正方形，其上開設(shè)有流通孔和夾持孔，在固定燃料棒的同時盡量減少對冷卻劑流動的阻礙，在每個燃料組件外部都不設(shè)置套筒，使得相鄰燃料組件之間的冷卻劑能夠自由流動，從而完成本發(fā)明。

具體來說，本發(fā)明的目的在于提供一種鉛基快堆四邊形燃料組件，該燃料組件包括柵格板1和燃料棒2，

其中，所述柵格板1呈四邊形，其上開設(shè)有流通孔3和夾持孔4，

所述燃料棒2穿過所述夾持孔4。

其中，在所述柵格板1上，每四個流通孔3均勻分布于一個夾持孔4周圍，每四個夾持孔4均勻分布于一個流通孔3周圍。

其中，均勻分布于一個流通孔3周圍的四個夾持孔4之間的距離相等，優(yōu)選地，所述四個夾持孔4的中心點(diǎn)呈正方形排布，流通孔3中心位于該正方形中心。

其中，均勻分布于一個夾持孔4周圍的四個流通孔3之間的距離相等，優(yōu)選地，所述四個流通孔3的中心點(diǎn)呈正方形排布，夾持孔4中心位于該正方形中心。

其中，在所述燃料組件中包括多個柵格板1和多根燃料棒2，其中，相鄰兩個柵格板之間具有設(shè)定距離，燃料棒2依次穿過全部多個柵格板1。

其中，在相鄰的兩個柵格板1之間設(shè)置有支撐柱6，

優(yōu)選地，所述支撐柱有四個，

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述支撐柱與柵格板在夾持孔處固接。

其中，在所述燃料組件外部沒有套筒，相鄰燃料組件之間的冷卻劑互相連通。

其中，所述柵格板1選自第一類柵格板、第二類柵格板及其組合，其中：