專利名稱:允許達到钚平衡循環(huán)的壓水核反應(yīng)堆運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆運行方法。
技術(shù)背景
乏核燃料組件的再處理使得大量钚可用。
長時間以來，已經(jīng)提出使用這種钚以使钚與鈾混合和因此構(gòu)成核燃料。這些在輻照前含有氧化鈾和氧化钚的混合物的燃料一般被稱為MOX(Mixed Oxide)燃料(混合氧化物燃料)。
含有這種MOX燃料的組件，在后文被稱為MOX組件，已經(jīng)被裝載在核反應(yīng)堆堆芯中，在堆芯中，它們與其核燃料在輻照前未含有氧化钚而僅含有氧化鈾的組件共存。這種組件下文將被稱為UO2組件(氧化鈾燃料組件)，它們含有的燃料被稱為UO2燃料(氧化鈾燃料)。裝載有MOX燃料組件和UO2燃料組件的核反應(yīng)堆堆芯下文將被稱為混合堆芯。
钚的同位素和鈾的同位素具有相當不同的中子特性，尤其是有效截面的差異。
鑒于這些中子特性差異使得用MOX燃料簡單地完全代替UO2燃料以實現(xiàn)MOX組件成為不可能，文獻FR4693023描述了一種分區(qū)MOX組件，即其核燃料棒具有相同的钚同位素組分(或載體)，也就是說，在钚的每種構(gòu)成同位素的各自的質(zhì)量分數(shù)百分比以及從組件的一個區(qū)域到另一個區(qū)域的不同的額定總質(zhì)量含钚量方面具有相同的組成。
因此，額定總質(zhì)量含钚量在組件表面上比在組件中心更小，在組件邊角部還要更小。這允許在核反應(yīng)堆堆芯中、尤其是在與UO2組件相鄰的MOX組件的周邊燃料棒中，獲得可接受的線功率密度的徑向分布。
此外，如該文獻所述的，來自再處理的钚具有一種同位素組分，該同位素組分變化很大，尤其根據(jù)在再處理之前初始的鈾235富集度、燃料的燃耗及燃料的貯存時間變化很大。
為彌補這種同位素組分差別可能導致的中子性能差別，已經(jīng)建立能量等效關(guān)系式，以便對于不同的同位素組分確定與基準鈾235含量相對應(yīng)的钚的額定總質(zhì)量含量。這些等效額定總質(zhì)量含量可補償同位素組分差別，在相同類型的燃料管理中達到相同的燃 (英文為burn-up)耗。等效關(guān)系式使用等效系數(shù)，等效系數(shù)取決于所考慮的MOX燃料的同位素組分，即取決于钚的同位素組分和與钚相關(guān)的鈾的鈾235含量。
這些等效關(guān)系式例如在國際原子能署于2003年在Technical Reports Series no. 415 (技術(shù)報告第 415 號)發(fā)行的標題為 ‘Status and Advances in MOX Fuel Technology (MOX燃料技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展)，，的文獻的第41至43頁述及。
舉例來說，下表根據(jù)燃料的鈾235初始富集度、燃料所達到的燃耗，在其第一部分中明確說明來自壓水反應(yīng)堆用的燃料組件的再處理的钚的典型組分，再處理前的貯存時間對于表中列舉的所有例子都是相同的。
所述表在其第二部分(最后一條線)中明確說明額定總質(zhì)量含钚量，其允許達到與鈾235質(zhì)量富集度達3. 70%的組件相同的燃耗，因而允許補償钚質(zhì)量的降低減少裂變同位素(钚239和钚Ml)的數(shù)量，增加吸收增殖同位素(钚238、钚M0、钚242和镅
241)的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.壓水核反應(yīng)堆(1)的運行方法，所述壓水核反應(yīng)堆具有堆芯O)，所述堆芯封裝具有核燃料棒04)的核燃料組件(16)，所述運行方法包括在相繼循環(huán)的期間使所述壓水核反應(yīng)堆(1)工作的階段，并且在每個循環(huán)之間具有用新的核燃料組件更換乏核燃料組件的階段，所述方法的特征在于-在一初始循環(huán)的期間使所述壓水核反應(yīng)堆(1)工作，在所述初始循環(huán)的過程中，所述堆芯( 裝納初始核燃料組件(16A，16B，16C，16D)，這些初始核燃料組件中的至少一些 (16A，16B，16C)僅具有在輻照前含有氧化鈾但未含有氧化钚的核燃料棒(M)，然后，-在過渡循環(huán)的期間使所述壓水核反應(yīng)堆(1)工作，所述初始核燃料組件(16A，16B， 16C, 16D)中的至少一些在這些過渡循環(huán)之前的更換階段的過程中，用過渡核燃料組件 (16E)或用钚平衡核燃料組件(16F)逐漸更換，所述钚平衡核燃料組件(16F)在輻照前僅具有只基于鈾钚混合氧化钚的核燃料棒(M)，對于每個钚平衡核燃料組件(16F)，所述核燃料棒04)具有相同的核燃料同位素組分和相同的額定總質(zhì)量含钚量，然后，-在至少一個钚平衡循環(huán)的期間使所述壓水核反應(yīng)堆(1)工作，在所述至少一個钚平衡循環(huán)的過程中，所述堆芯(2)僅裝納钚平衡核燃料組件(16F)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的運行方法，其特征在于，所述過渡核燃料組件(16E)中的至少一些具有有毒核燃料棒(M)，所述有毒核燃料棒04)在輻照前含有至少一可消耗的中子毒物。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的運行方法，其特征在于，所述有毒核燃料棒04)中的至少一些在輻照前未含有钚。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，所述初始核燃料組件 (16D)中的至少一些的核燃料棒04)在輻照前具有的钚裂變同位素額定含量小于所述钚平衡核燃料組件(16F)的核燃料棒04)的钚裂變同位素額定含量。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，所述過渡核燃料組件 (16E)中的至少一些具有在輻照前含有氧化鈾但未含有氧化钚的核燃料棒04)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，至少在所述钚平衡循環(huán)或一過渡循環(huán)之前的更換階段的過程中，用钚平衡核燃料組件(16F)更換過渡核燃料組件 (16E)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，至少一些初始核燃料組件(16D)是其核燃料棒04)在輻照前含有鈾钚混合氧化物的分區(qū)核燃料組件(16D)，這些分區(qū)核燃料組件(16D)每個都具有多個區(qū)域(80，82，84)，在所述多個區(qū)域中，所述核燃料棒04)在輻照前具有不同的钚同位素額定含量。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的運行方法，其特征在于，所述分區(qū)核燃料組件(16D)中的至少一些每個都具有-一第一中央?yún)^(qū)域(80)，其包括具有钚裂變同位素第一額定含量的核燃料棒04)，-一第二區(qū)域(82)，其沿所述分區(qū)核燃料組件(16D)的外表面延伸，并由具有嚴格地小于所述钚裂變同位素第一額定含量的钚裂變同位素第二額定含量的核燃料棒04)構(gòu)成， 以及需要時，-一第三區(qū)域(84)，其布置在所述分區(qū)核燃料組件(16D)的邊角部，并由具有嚴格地小于所述钚裂變同位素第二額定含量的钚裂變同位素第三額定含量的核燃料棒04)構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7或8所述的運行方法，其特征在于，在所述初始循環(huán)的期間，所述分區(qū)核燃料組件(16D)位于所述堆芯O)的外周層(86)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的運行方法，其特征在于，在第一過渡循環(huán)之前的更換階段中，在與所述堆芯O)的外周層(86)緊鄰的層(88)中裝填過渡核燃料組件(16E)。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9或10所述的運行方法，其特征在于，在第一過渡循環(huán)之前的更換階段的過程中被裝填的過渡核燃料組件(16E)具有在輻照前含有氧化鈾但未含有氧化钚的核燃料棒04)。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10或11所述的運行方法，其特征在于，在所述第一過渡循環(huán)之前的更換階段的過程中，將所述分區(qū)核燃料組件(16D)移到緊鄰這樣層的內(nèi)部其中該層相對所述堆芯O)的外周層緊接在內(nèi)側(cè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
10至12中任一項所述的運行方法，其特征在于，在所述第一過渡循環(huán)、第二過渡循環(huán)、第三過渡循環(huán)和所述平衡循環(huán)之前的更換階段的過程中，裝填钚平衡核燃料組件(16F)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，在所述初始循環(huán)中，所述初始核燃料組件(16A，16B, 16C)的所有核燃料棒04)在輻照前含有氧化鈾但未含有氧化钚。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的方法，其特征在于，在所述钚平衡循環(huán)的過程中，所有钚平衡核燃料組件(16F)的核燃料棒04)具有相同的核燃料同位素組分和相同的額定總質(zhì)量含钚量。
專利摘要
在初始循環(huán)期間使反應(yīng)堆(1)工作，在初始循環(huán)的過程中，堆芯(2)裝納初始核燃料組件；然后，在過渡循環(huán)期間使反應(yīng)堆(1)工作，至少一些所述初始核燃料組件在過渡循環(huán)前面的更換階段的過程中，用過渡核燃料組件或用钚平衡核燃料組件逐漸更換；然后，在至少一個钚平衡循環(huán)的期間使核反應(yīng)堆(1)工作，在所述至少一個钚平衡循環(huán)的過程中，堆芯(2)僅裝納钚平衡核燃料組件。
文檔編號G21C5/18GKCN102576573SQ201080043717
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月21日
發(fā)明者D·昂拉, S·H·鄭 申請人:阿?，m核能公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan