專利名稱:一種適用于超臨界水堆的mox燃料組件結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核能發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
超臨界水冷堆是國際核能界公認(rèn)的第四代核能堆型之一。超臨界水冷堆運(yùn)行在超過工質(zhì)熱工臨界點(diǎn)的溫度和壓力下。超臨界水冷堆堆內(nèi)核燃料產(chǎn)生熱量是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，超臨界水冷堆組件結(jié)構(gòu)主要有四邊形組件和六邊形組件等結(jié)構(gòu)。近幾年，各核能先進(jìn) 國家均對(duì)超臨界水堆組件進(jìn)行了深入的研究，出現(xiàn)了多種組件設(shè)計(jì)。通過新的組件結(jié)構(gòu)來改善組件軸向的功率分布。歐盟、日本、加拿大、韓國都設(shè)計(jì)出各類適合超臨界堆的組件結(jié)構(gòu)。在國內(nèi)，上海交大設(shè)計(jì)出適用于混合譜的組件設(shè)計(jì)方案；清華大學(xué)采用小組件，并在四角處采用不同富集度的燃料的組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。但是，由于超臨界水冷堆還處于概念設(shè)計(jì)階段，主要設(shè)計(jì)都是以U02燃料為組件的，針對(duì)MOX燃料的組件設(shè)計(jì)目前還沒有見到。
在超臨界水堆中使用MOX燃料，既可以得到較高的熱效率，同時(shí)增加了燃料利用率，也減少了核擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。日本福島核事故中檢測(cè)到的放射性钚，可能就是3號(hào)機(jī)組中使用的MOX燃料熔化泄漏造成的。因此，為了反應(yīng)堆的運(yùn)行安全，需要對(duì)超臨界水堆使用MOX燃料組件結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。促使核能真正安全高效發(fā)展。
目前使用最多的是U02燃料，超臨界水堆組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是針對(duì)U02燃料進(jìn)行的。如果在特定設(shè)計(jì)中將U02燃料直接替換為MOX燃料，可能在物理熱工性能方面出現(xiàn)變化。在相同的熱工參數(shù)分布條件下，MOX燃料組件中會(huì)有較大的徑向功率分布不均勻因子，會(huì)在功率因子大的燃料通道中產(chǎn)生更大的燃料中心溫度。且MOX燃料的熔化溫度要小于U02燃料。如果不對(duì)研究所選的適用U02燃料組件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，而直接考慮采用MOX燃料，將會(huì)有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須對(duì)原只適用于U02燃料設(shè)計(jì)組件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出適用于MOX燃料的組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保障超臨界水堆的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前超臨界水冷堆組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，使用MOX燃料會(huì)造成較大的組件功率不均勻因子，提供了一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
若干個(gè)水盒組成方形的殼體，在水盒組成的殼體內(nèi)布置若干水棒，在水棒的間隙內(nèi)布置直徑為R的MOX燃料棒；水棒分為大水棒和小水棒兩種形式，大水棒的橫截面為正方形，其長和寬分別為3R，小水棒的橫截面為矩形，其長為3R，寬為R ;水棒與水棒之間、水棒與水盒的內(nèi)壁之間的間距均為R，由整齊排列的MOX燃料棒填充；M0X燃料棒與水棒之間的空隙或MOX燃料棒與水盒內(nèi)壁之間的空隙構(gòu)成燃料劑冷卻通道。
所述大水棒按列布置，每相鄰兩列的大水棒交錯(cuò)布置。
所述水棒分為內(nèi)外兩層，材料分別為不銹鋼和二氧化鋯。[0010]所述水棒的內(nèi)層為熱導(dǎo)率小的二氧化鋯，外層為耐腐蝕的不銹鋼。
所述水棒分為三層，在兩層不銹鋼材料中間夾二氧化鋯材料構(gòu)成。
本發(fā)明的有益效果為
在超臨界水冷堆中采用適用于所述MOX燃料的組件結(jié)構(gòu)，與同類UO2組件相比，雖然由于MOX燃料特點(diǎn)，會(huì)有較硬的能譜，并可以降低功率不均勻因子，但有更低的組件徑向功率分布。經(jīng)過適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置，達(dá)到與同類UO2組件設(shè)計(jì)相同的冷卻劑出口參數(shù)，以及更低的燃料中心溫度和燃料包殼溫度?？梢蕴岣呤褂肕OX燃料的超臨界水堆的安全性能。該設(shè)計(jì)對(duì)原來UO2組件結(jié)構(gòu)改動(dòng)較小，容易實(shí)現(xiàn)，效果明顯。


圖I為所述的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖中標(biāo)號(hào)
1-M0X燃料棒；2_燃料冷卻劑通道；3_水盒；4_水棒。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)理念是，考慮到慢化性能的關(guān)系，兩側(cè)都相鄰水棒的燃料柵元有較高的功率，四周都不相鄰水棒的燃料柵元有較低的功率。因此，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整水棒與燃料的布局，杜絕出現(xiàn)四周都不相鄰水棒的燃料柵元，可以改善組件的功率分布不均勻因子。發(fā)熱源MOX燃料棒I由UO2和PuO2混合構(gòu)成的氧化鈾钚燃料。
該結(jié)構(gòu)如圖I所示，若干個(gè)水盒3組成方形的殼體，在水盒3組成的殼體內(nèi)布置若干水棒4，在水棒4的間隙內(nèi)布置直徑為R的MOX燃料棒I ;水棒4分為大水棒和小水棒兩種形式，大水棒的橫截面為正方形，其長和寬分別為3R，小水棒的橫截面為矩形，其長為3R，寬為R ;水棒與水棒之間、水棒與水盒3的內(nèi)壁之間的間距均為R，由整齊排列的MOX燃料棒I填充；M0X燃料棒I與水棒4之間的空隙或MOX燃料棒I與水盒3內(nèi)壁之間的空隙構(gòu)成燃料劑冷卻通道2。大水棒按列布置，每相鄰兩列的大水棒交錯(cuò)布置。
水棒4分為內(nèi)外兩層，內(nèi)層為熱導(dǎo)率小的二氧化鋯，外層為耐腐蝕的不銹鋼；內(nèi)外兩層材料也可以互換。水棒4還可以采用三層結(jié)構(gòu)，在兩層不銹鋼材料中間夾二氧化鋯材料構(gòu)成。
本實(shí)施例中，該組件結(jié)構(gòu)中包含324根MOX燃料棒1，27個(gè)大水棒，18個(gè)小水棒和24個(gè)外部水盒。溫度較低的慢化劑自上至下流過水棒4及水盒3，溫度較高的冷卻劑自下向上通過燃料冷卻劑通道2，帶出MOX燃料棒I傳出的熱量。
權(quán)利要求
1.一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，若干個(gè)水盒(3)組成方形的殼體，在水盒(3)組成的殼體內(nèi)布置若干水棒(4)，在水棒(4)的間隙內(nèi)布置直徑為R的MOX燃料棒(I);水棒(4)分為大水棒和小水棒兩種形式，大水棒的橫截面為正方形，其長和寬分別為3R，小水棒的橫截面為矩形，其長為3R，寬為R ;水棒與水棒之間、水棒與水盒(3)的內(nèi)壁之間的間距均為R，由整齊排列的MOX燃料棒(I)填充；Μ0Χ燃料棒(I)與水棒(4)之間的空隙或MOX燃料棒(I)與水盒(3)內(nèi)壁之間的空隙構(gòu)成燃料劑冷卻通道(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述大水棒按列布置，每相鄰兩列的大水棒交錯(cuò)布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水棒(4)分為內(nèi)外兩層，材料分別為不銹鋼和二氧化鋯。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水棒(4)的內(nèi)層為熱導(dǎo)率小的二氧化鋯，外層為耐腐蝕的不銹鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水棒(4)分為三層，在兩層不銹鋼材料中間夾二氧化鋯材料構(gòu)成。
專利摘要
一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)屬于核能發(fā)電領(lǐng)域。若干個(gè)水盒組成方形的殼體，在水盒組成的殼體內(nèi)布置若干水棒，在水棒的間隙內(nèi)布置直徑為R的MOX燃料棒；水棒分為大水棒和小水棒兩種形式，大水棒的橫截面為正方形，其長和寬分別為3R，小水棒的橫截面為矩形，其長為3R，寬為R；水棒與水棒之間、水棒與水盒的內(nèi)壁之間的間距均為R，由整齊排列的MOX燃料棒填充；MOX燃料棒與水棒之間的空隙或MOX燃料棒與水盒內(nèi)壁之間的空隙構(gòu)成燃料劑冷卻通道。在超臨界水冷堆中采用此種MOX組件結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到與原結(jié)構(gòu)只使用UO2組件設(shè)計(jì)同樣效果，可以改善組件的功率分布不均勻因子。具有結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)原超臨界水堆組件設(shè)計(jì)改進(jìn)較小的特點(diǎn)，提高反應(yīng)堆的安全性。
文檔編號(hào)G21C3/32GKCN102768863SQ201210242340
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月12日
發(fā)明者周濤, 孫燦輝, 程萬旭, 陳娟 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan