本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種燃料芯塊及其制備方法。
背景技術(shù)：
：目前，核電廠中使用的燃料芯塊包括有中空結(jié)構(gòu)的芯塊，結(jié)構(gòu)上包括內(nèi)外設(shè)置的內(nèi)包殼管和外包殼管，內(nèi)包殼管和外包殼管均為中空筒狀。然而，現(xiàn)有的該種中空的燃料芯塊帶來以下問題：1、因燃料芯塊中心存在中空區(qū)，會(huì)導(dǎo)致堆芯鈾裝量顯著降低，從而使堆芯反應(yīng)性降低，縮短循環(huán)長(zhǎng)度，最終導(dǎo)致反應(yīng)堆經(jīng)濟(jì)性下降。2、中空的燃料芯塊，強(qiáng)度較低，當(dāng)承受較高應(yīng)力時(shí)容易發(fā)生芯塊碎裂，影響反應(yīng)堆安全性。3、因內(nèi)部流量有限，其內(nèi)部包殼的MDNBR(最小偏離泡核沸騰比)往往較小，容易發(fā)生DNB(偏離泡核沸騰)，影響堆芯熱工裕量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種提高反應(yīng)堆安全性和經(jīng)濟(jì)性的核反應(yīng)堆燃料組件的燃料芯塊。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種燃料芯塊，包括第一可裂變部和填充在所述第一可裂變部?jī)?nèi)側(cè)的第二可裂變部；所述第二可裂變部的原料包括可裂變材料及添加劑，從而所述第二可裂變部形成高熱導(dǎo)區(qū)域。優(yōu)選地，所述添加劑在所述第二可裂變部中所占的體積百分比為5-25％。優(yōu)選地，所述添加劑包括SiC顆粒、BeO、納米金剛石、碳納米管中的一種或多種。優(yōu)選地，所述第二可裂變部的可裂變材料為氧化物、碳化物或氮化物形式的可裂變材料，或?yàn)镸OX燃料。優(yōu)選地，所述第一可裂變部的原料為可裂變材料，其為氧化物、碳化物或氮化物形式的可裂變材料，或?yàn)镸OX燃料。優(yōu)選地，所述第二可裂變部的可裂變材料密度小于所述第一可裂變部的可裂變材料密度。優(yōu)選地，所述燃料芯塊為柱體；其中，所述第一可裂變部為筒狀結(jié)構(gòu)，所述第二可裂變部為填充在所述筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的柱狀體。優(yōu)選地，所述第二可裂變部的直徑最大值不超過所述燃料芯塊直徑的4/5；所述第二可裂變部的直徑最小值不小于所述燃料芯塊直徑的1/5。本發(fā)明還提供一種燃料芯塊的制備方法，包括以下步驟：S1、采用可裂變材料與添加劑作為原料進(jìn)行混料后，壓制成第二可裂變部；所述添加劑在所述第二可裂變部中所占的體積百分比為5-25％；S2、采用可裂變材料作為原料壓制成粒狀粉末；S3、將所述粒狀粉末與造孔劑滾混后將其壓制在所述第二可裂變部的外側(cè)，以形成第一可裂變部；S4、高溫?zé)Y(jié)，所述第一可裂變部緊密結(jié)合在所述第二可裂變部外形成致密的燃料芯塊。優(yōu)選地，步驟S1包括以下步驟：S1.1、先將可裂變材料粉末與添加劑進(jìn)行宏觀混料，再在錘磨機(jī)中進(jìn)行共磨或微混料，然后使用軋輥壓機(jī)壓制成片體；S1.2、將所述片體制成粒狀粉末，再與造孔劑滾混后壓制成第二可裂變部；所述步驟S2中，將可裂變材料粉末通過軋輥壓機(jī)壓制成片體，再通過制粒機(jī)將該片體制成粒狀粉末。優(yōu)選地，所述添加劑包括SiC顆粒、BeO、納米金剛石、碳納米管中的一種或多種；所述可裂變材料為氧化物、碳化物或氮化物形式的富集鈾，或?yàn)镸OX燃料。本發(fā)明還提供另一種燃料芯塊的制備方法，包括以下步驟：S1、采用可裂變材料作為原料壓制成內(nèi)部中空的第一可裂變部；S2、采用可裂變材料與添加劑作為原料制得混合粒狀粉末；S3、將所述混合粒狀粉末與造孔劑滾混后將其壓制在所述第一可裂變部的內(nèi)部，以形成第二可裂變部；所述添加劑在所述第二可裂變部中所占的體積百分比為5-25％；S4、高溫?zé)Y(jié)，所述第一可裂變部緊密結(jié)合在所述第二可裂變部外形成致密的燃料芯塊。優(yōu)選地，所述步驟S1包括以下步驟：S1.1、將可裂變材料粉末通過軋輥壓機(jī)壓制成片體，再通過制粒機(jī)將該片體制成粒狀粉末；S1.2、將所述粒狀粉末與造孔劑滾混后壓制成中空的第一可裂變部；所述步驟S2包括以下步驟：S2.1、先將可裂變材料粉末與添加劑進(jìn)行宏觀混料，再在錘磨機(jī)中進(jìn)行共磨或微混料，然后使用軋輥壓機(jī)壓制成片體；S2.2、通過制粒機(jī)將所述片體制成混合粒狀粉末。優(yōu)選地，所述添加劑包括SiC顆粒、BeO、納米金剛石、碳納米管中的一種或多種；所述可裂變材料為氧化物、碳化物或氮化物形式的可裂變材料，或?yàn)镸OX燃料。本發(fā)明還提供一種燃料棒，包括以上任一項(xiàng)所述的燃料芯塊，或者包括以上任一項(xiàng)所述的制備方法制得的燃料芯塊。本發(fā)明的有益效果：通過添加劑的設(shè)置使得燃料芯塊內(nèi)部的第二可裂變部形成高熱導(dǎo)區(qū)域，在發(fā)熱功率相同的情況下可降低芯塊中心溫度；同時(shí)芯塊內(nèi)區(qū)添加劑的存在可適當(dāng)降低芯塊內(nèi)區(qū)的可裂變材料裝量，從而進(jìn)一步降低芯塊中心溫度，提高反應(yīng)堆熱工裕量；同時(shí)，添加劑的存在不會(huì)明顯影響反應(yīng)堆循環(huán)長(zhǎng)度，提高反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)性。此外，第二可裂變部在第一可裂變部?jī)?nèi)的設(shè)置，使得燃料芯塊整體為實(shí)心結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度較于中空結(jié)構(gòu)的燃料芯塊高，防止芯塊在承受高應(yīng)力后發(fā)生碎裂；不存在具有較小MDNBR的內(nèi)部通道，更容易防止DNB的發(fā)生。附圖說明下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的燃料芯塊的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例的燃料芯塊，用于核反應(yīng)堆燃料組件。該燃料芯塊包括第一可裂變部10和填充在第一可裂變部10內(nèi)側(cè)的第二可裂變部20。燃料芯塊整體為實(shí)心結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不存在中空區(qū)，因此整體強(qiáng)度較于中空的芯塊高，不易發(fā)生碎裂；不存在具有較小MDNBR的內(nèi)部通道，更容易防止DNB的發(fā)生。本實(shí)施例中，燃料芯塊為柱體；其中，第一可裂變部10為筒狀結(jié)構(gòu)，第二可裂變部20為填充在筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的柱狀體。優(yōu)選地，第二可裂變部的直徑最大值不超過燃料芯塊直徑的4/5；第二可裂變部的直徑最小值不小于燃料芯塊直徑的1/5。第二可裂變部20的原料包括可裂變材料及添加劑，第一可裂變部10的原料包括可裂變材料，從而第二可裂變部20在原料上較于第一可裂變部10增加了添加劑，使得第二可裂變部20的可裂變材料密度小于第一可裂變部10的可裂變材料密度，第二可裂變部20形成高熱導(dǎo)區(qū)域，適當(dāng)降低了芯塊內(nèi)區(qū)的可裂變材料裝量，從而減小芯塊內(nèi)區(qū)的裂變密度(裂變密度定義為一個(gè)中子引發(fā)單位體積的裂變材料的裂變次數(shù))；高熱導(dǎo)區(qū)域的形成還可以降低芯塊中心溫度，提高反應(yīng)堆熱工裕量的同時(shí)，添加劑的存在不會(huì)明顯影響反應(yīng)堆循環(huán)長(zhǎng)度。其中，添加劑在第二可裂變部20中所占的體積百分比為5-25％，使得第二可裂變部20仍以可裂變材料為主，不會(huì)對(duì)燃料組件的可裂變材料裝量產(chǎn)生較大影響。添加劑包括SiC顆粒、BeO、納米金剛石、碳納米管中的一種或多種。第一可裂變部10和第二可裂變部20的可裂變材料均可為氧化物、碳化物或氮化物形式的可裂變材料，或?yàn)镸OX燃料。第一可裂變部10和第二可裂變部20選用的可裂變材料可以相同或不同。作為選擇，可裂變材料包括含鈾裂變材料，進(jìn)一步可為氧化物、碳化物或氮化物形式的富集鈾(如UO2)。參考圖1，本發(fā)明一實(shí)施例的燃料芯塊的制備方法，包括以下步驟：S1、采用可裂變材料與添加劑作為原料進(jìn)行混料后，壓制成第二可裂變部20。其中，添加劑在第二可裂變部20中所占的體積百分比為5-25％。添加劑包括SiC顆粒、BeO、納米金剛石、碳納米管中的一種或多種?？闪炎儾牧蠟檠趸?、碳化物或氮化物形式的可裂變材料，或?yàn)镸OX燃料。作為選擇，可裂變材料包括含鈾裂變材料，進(jìn)一步可為氧化物、碳化物或氮化物形式的富集鈾(如UO2粉末)。步驟S1進(jìn)一步可包括以下步驟：S1.1、先將可裂變材料粉末與添加劑進(jìn)行宏觀混料，再在錘磨機(jī)中進(jìn)行共磨或微混料，然后使用軋輥壓機(jī)壓制成片體；S1.2、將片體制成粒狀粉末，再與造孔劑滾混后壓制成第二可裂變部20。S2、采用可裂變材料作為原料壓制成粒狀粉末?？闪炎儾牧蠟檠趸?、碳化物或氮化物形式的可裂變材料，或?yàn)镸OX燃料。作為選擇，可裂變材料包括含鈾裂變材料，進(jìn)一步可為氧化物、碳化物或氮化物形式的富集鈾(如UO2粉末)。該步驟S2中，將可裂變材料粉末通過軋輥壓機(jī)壓制成片體，再通過制粒機(jī)將該片體制成粒狀粉末。S3、將粒狀粉末與造孔劑滾混后將其壓制在第二可裂變部20的外側(cè)，以形成第一可裂變部10。如對(duì)于柱狀的第二可裂變部20，將粒狀粉末與造孔劑滾混后將其沿第二可裂變部20的外周均勻壓制在第二可裂變部20上，形成環(huán)狀的第一可裂變部10。S4、高溫?zé)Y(jié)，第一可裂變部10緊密結(jié)合在第二可裂變部20外形成致密的燃料芯塊。通過控制燒結(jié)的溫度和時(shí)間，使燃料芯塊達(dá)到規(guī)定的密度。參考圖1，本發(fā)明另一實(shí)施例的燃料芯塊的制備方法，包括以下步驟：S1、采用可裂變材料作為原料壓制成內(nèi)部中空的第一可裂變部10?？闪炎儾牧蠟檠趸?、碳化物或氮化物形式的可裂變材料，或?yàn)镸OX燃料。作為選擇，可裂變材料包括含鈾裂變材料，進(jìn)一步可為氧化物、碳化物或氮化物形式的富集鈾(如UO2粉末)。步驟S1進(jìn)一步可包括以下步驟：S1.1、將可裂變材料粉末通過軋輥壓機(jī)壓制成片體，再通過制粒機(jī)將該片體制成粒狀粉末；S1.2、將粒狀粉末與造孔劑滾混后壓制成中空的第一可裂變部10。S2、采用可裂變材料與添加劑作為原料制得混合粒狀粉末。可裂變材料為氧化物、碳化物或氮化物形式的可裂變材料，或?yàn)镸OX燃料；添加劑包括SiC顆粒、BeO、納米金剛石、碳納米管中的一種或多種。作為選擇，可裂變材料包括含鈾裂變材料，進(jìn)一步可為氧化物、碳化物或氮化物形式的富集鈾(如UO2粉末)。步驟S2進(jìn)一步可包括以下步驟：S2.1、先將可裂變材料粉末與添加劑進(jìn)行宏觀混料，再在錘磨機(jī)中進(jìn)行共磨或微混料，然后使用軋輥壓機(jī)壓制成片體；S2.2、通過制粒機(jī)將所述片體制成混合粒狀粉末。S3、將混合粒狀粉末與造孔劑滾混后將其壓制在第一可裂變部10的內(nèi)部，以形成第二可裂變部20；添加劑在第二可裂變部20中所占的體積百分比為5-25％。對(duì)于筒狀的第一可裂變部10，將將混合粒狀粉末與造孔劑滾混后壓制在第一可裂變部10的中空區(qū)域內(nèi)，形成柱狀的第二可裂變部20。S4、高溫?zé)Y(jié)，第一可裂變部10緊密結(jié)合在第二可裂變部20外形成致密的燃料芯塊。通過控制燒結(jié)的溫度和時(shí)間，使燃料芯塊達(dá)到規(guī)定的密度。本發(fā)明一實(shí)施例的燃料棒，包括上述的燃料芯塊。以下以一優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的燃料芯塊作進(jìn)一步說明。通過本發(fā)明的制備方法制備燃料芯塊，燃料芯塊的第二可裂變部20的添加劑為占體積百分比10％的SiC顆粒。將該制得的燃料芯塊作為實(shí)施例與未加添加劑的燃料芯塊作為比較例進(jìn)行比較，經(jīng)計(jì)算，在首期初，本發(fā)明的燃料芯塊與未加添加劑的燃料芯塊的內(nèi)外區(qū)裂變密度(每立方厘米幾何體內(nèi)每一個(gè)中子發(fā)生裂變的次數(shù))如下表1所示。表1.燃料芯塊的內(nèi)外區(qū)裂變密度實(shí)施例比較例內(nèi)區(qū)裂變密度2.457E-052.600E-05外區(qū)裂變密度2.784E-052.745E-05從表1中數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的燃料芯塊的內(nèi)區(qū)裂變密度小于比較例的內(nèi)區(qū)裂變密度，該種具有較低密度的特性可以降低芯塊內(nèi)區(qū)的發(fā)熱功率，從而進(jìn)一步減小芯塊中心溫度，提高反應(yīng)堆熱工裕量。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3