[發明專利]快中子反應堆燃料棒

在審

• 申請號: 201780054458.7
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN109690691A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: N.G.舍內索夫;V.N.里奧諾夫;A.B.舍夫申科;E.A.羅迪納;Y.V.舍諾布羅夫金
• 申請（專利權）人: 俄羅斯聯邦諾薩頓國家原子能公司
• 主分類號: G21C3/12
• 分類號: G21C3/12;G21C3/338
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 任霄;傅永霄

本發明涉及核技術，并且可以在制備用于利用液態金屬冷卻劑的快中子反應堆堆芯的燃料棒和燃料組件中使用。本發明的技術效果是減少每個燃料棒消耗的金屬量。在快中子反應堆燃料棒（包括設置在密封殼體中的核燃料和間隔件元件，所述殼體呈薄壁管狀鋼外殼和端部部分的形式，所述間隔件元件在所述外殼的外表面上以大節距纏繞成線圈并且在端部部分上固定到燃料棒的端部）中，所述間隔件元件呈圍繞其縱向軸線扭轉的金屬帶形式，所述帶的寬度近似等于核反應堆的燃料組件中相鄰燃料棒之間的最小距離，所述帶的橫截面面積在圍繞所述截面描述的圓的面積的0.1至0.5倍的范圍之內。

技術領域

本發明涉及核技術，并且可以在制備燃料棒和護套燃料組件中使用，所述燃料棒和護套燃料組件用于利用液態金屬冷卻劑的快中子反應堆的堆芯。

背景技術

已知用于形成利用液態金屬冷卻劑的快中子反應堆的燃料組件的燃料棒。燃料棒包括布置在氣密密封的容器中的核燃料，所述容器呈由鉻鋼制成的薄壁管狀外殼和端部部件的形式。燃料棒還包括呈線材形式的間隔件元件，該間隔件元件沿著外殼的外表面纏繞成寬節距線圈，并且該間隔件元件在燃料棒的端部處被固定到外殼或固定到端部部件。所述間隔件元件構造成形成呈成束的平行燃料棒形式的燃料組件，燃料棒在燃料組件的橫截面上規則地（以預定的相對節距）間隔開并且布置在燃料組件護套內部。該燃料棒和燃料組件構造已經成功地接收在BN-類型的鈉冷卻的快中子反應堆中。在BN-類型的反應堆中，燃料棒外殼的外直徑在從5.9 mm至7.5 mm的范圍中變化，外殼厚度是大約0.3 mm，并且用于生產間隔件元件的線材的直徑是大約1 mm，所述間隔件元件在燃料組件的三角形陣列內限定相鄰燃料棒的外殼之間的最小距離。然而，當在用于所設計的利用鈾-氮化钚燃料的鉛冷卻的快中子反應堆的燃料組件中使用時，這樣的燃料棒構造具有缺點。這些缺點產生的原因是，為了提供這樣的反應堆堆芯的最佳特性，相鄰燃料棒的外殼之間的距離遠大于液態金屬冷卻的BN反應堆中相鄰燃料棒的外殼之間的距離。例如，用于所開發的BR-1200反應堆的外殼的外直徑可以大于10 mm，并且燃料組件中相鄰燃料棒之間的距離可以大于3 mm。在這種情況下，當使用用于BR-1200反應堆的燃料棒的已知構造時，圍繞薄壁管纏繞直徑大約3 mm的不銹鋼線材。這樣的燃料棒構造顯著地增大了每個燃料組件消耗的金屬含量，因此使反應堆堆芯的中子和物理特性劣化。此外，在特定的張力下在薄壁外殼的表面上纏繞的粗線材會使燃料棒的幾何形狀顯著變形，例如，燃料棒的幾何形狀會扭曲或以其它方式變形。這樣的燃料棒構造的另一缺點是，間隔件元件在其橫向截面平面中是剛性的。

已知用于形成燃料組件的燃料棒，所述燃料組件用于用液態金屬冷卻劑的快中子反應堆，所述燃料棒包括核燃料和間隔件元件，核燃料設置在呈具有端部部件的薄壁鋼外殼形式的氣密密封的容器中，間隔件元件布置在外殼的外表面上并且固定到燃料棒的端部（GB1459562）。間隔件元件是呈彈簧形式的線材線圈，該線圈進而圍繞外殼外表面纏繞成寬節距線圈。這樣的構造有助于在每個元件消耗相對少的金屬的情況下保持燃料組件的相鄰燃料棒之間的期望距離。然而，為了生產燃料棒中的具有這樣的構造的間隔件元件，使用具有長度比燃料棒的長度長若干倍的相對細的線材。這就是為什么當反應堆堆芯的金屬冷卻劑被加熱到高達操作溫度時，總線材長度大大增加，從而導致線圈可能的局部幾何變形并且導致線圈線匝（coil turns）相對于燃料棒外殼的表面移位。因此，增加了在可移動的彈簧線匝與燃料棒外殼之間的接觸點處形成的多個焦點磨損-腐蝕點的風險。