[其他]燃料組件和核反應堆

無效

• 申請號: 87105267
• 申請日: 1987-08-01
• 公開（公告）號: CN87105267A
• 公開（公告）日: 1988-02-17
• 發明（設計）人: 森本裕一;丸山博見;青山肇男;瑞慶監篤;別所泰典;石井佳彥;藤村幸治;內川貞夫
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: G21C3/30
• 分類號: G21C3/30
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 王申

本發明涉及燃料組件和核反應堆，特別是涉及一種適合于輕水慢化型核反應堆的高轉換區使用的燃料組件和一種具有高轉換區的沸水反應堆。

在輕水慢化型核反應堆（下面稱為輕水堆）中使用核燃料的方法粗略地分為“一次通過”法和再處理或再循環法。采用“一次通過”法，輕水堆使用富集鈾，在這種方法中，從輕水堆取出的使用過的燃料棒中所含的燃料，無一不在輕水堆中重新使用或再循環。在再處理燃料的費用高于富集鈾的情況下，“一次通過”法或系統就燃料運轉費用來說是有利的。

利用“一次通過”法有效地使用燃料的一種方法是大大地提高從燃料組件得到的取出燃耗。為了達到高的燃耗，需要提高鈾235的富集度，但提高的鈾富集度會遇到下列問題：在輕水堆堆芯的中心，由于新燃料組件的富集度高和取出燃耗大，存在中子無限增值因子差別大的燃料組件，從而產生單個燃料組件輸出功率份額比例的差別，并伴隨產生較大的輸出功率失調和增高的輸出功率峰值。其次，當富集度提高時，在燃耗初始階段必須控制的剩余反應性也增高了。

日本專利未審公報NO.129594/1986（它有一個美國等同專利，為1985年11月21日提出申請的美國專利申請序號NO.800266，并有一個歐洲等同專利，為1986年6月11日公布的EPC已公開的申請NO.184134）展示了沸水堆和壓水堆，它們是輕水堆，具有能消除上述問題并通過高富集鈾實現高燃耗的堆芯。這些堆芯被用來改善可轉換燃料鈾238轉換成核裂變材料钚239的過程，進一步有效地燃燒在堆芯中產生的核裂變的钚和富集的鈾235，并按照一次通過法有效地利用核燃料。更具體地說，如圖1所示，堆芯1沿徑向由筒狀間隔件2劃分為兩個區域，這兩個區域的鈾原子數與氫原子數的比值彼此不同（此比值在下面稱為γH/U）。這樣一種堆芯1是由燃料組件A和燃料組件B組成的，每個燃料組件A如圖2所示具有小的比值γH/U（＝1.0），每個燃料組件B具有大的比值γH/U（＝5.0），這些組件A和B被裝入燃耗區。每個燃料組件A和B有許多根排列成規則三角形點陣的燃料棒3。燃料組件B裝有可燃毒物棒4。相反，燃料組件A沒有可燃毒物棒。在堆芯全壽命的前一半時間內，燃料組件A被裝入管狀間隔件2內部的高轉換區內，并被重新配入燃料組件B。其后，在堆芯全壽命的后一半時間內，燃料組件B被裝入管狀間隔件2外部的燃燒區內。換言之，在堆芯全壽命的前一半期間，燃料組件被裝入γH/U較小而中子能譜較硬的區域（高轉換區），以便將可轉換燃料轉換成核裂變材料，而在堆芯全壽命的后一半期間，燃料組件被裝入γH/U較大而中子能譜較軟的區域（燃燒區），以便有效地燃燒核裂變材料。在這些過程期間的中子無限增殖對燃耗的依賴關系示于圖4。在裝入高度濃縮鈾燃料也就是新燃料組件的高轉換區，中子無限增殖因子是低的，而在裝入半繞過的燃料組件的燃燒區，中子無限增殖因子是高的。因此，有可能減小輸出失調和降低新燃料組件的剩余反應性。

本發明的一個目的是提供一種燃料組件和一種核反應堆，它們能夠減小隨空隙量的變化而產生的反應性變化。

本發明的另一個目的是防止在上區中存在可燃毒物材料。

按照本發明所述，在燃料組件內部由冷卻劑通道占據的體積Vc與由核燃料占據的體積V_F的比值R_F（R_F＝Vc/V_F）不大于1.5，并包括一種由在中子動能不大于1電子伏的中子能量區域內具有至少一個共振能量的中子吸收核素組成的可燃毒物材料。中子動能不大于1電子伏的中子能量區域將被稱為熱中子能量區域，而具有熱中子能量區能量的中子將被稱為熱中子。

在體積Vc和體積V_F的比值V_R不大于1.5的燃料組件中，由在不大于1電子伏的中子動能區域內具有至少一個共振能量的中子吸收核素組成的可燃毒物材料具有這樣的特征，就是當比值Rf減小時毒物材料的反應性值大為降低。因此，在具有不大于1.5的比值R的燃料組件內，當比值R_F增高時（即空隙量是小的），可燃毒物材料的毒物材料反應性值增高，而當比值R_F降低時，毒物材料反應性值降低，從而使得有可能降低隨空隙率變化而產生的燃料組件反應性。

在附圖中：

圖1是一個常規核反應堆堆芯的截面圖;

圖2是一個被裝在圖1所示堆芯的高轉換區中的燃料組件的截面圖;

圖3是一個被裝在圖1所示堆芯的燃燒區中的燃料組件的截面圖;

圖4是表示燃耗和中子增殖因子之間關系的圖線;