一种钍基燃料组件及小型压水堆制造技术

本发明专利技术涉及一种钍基燃料组件及小型压水堆，燃料芯体以氧化钍（ThO2）为主，均匀混合235U丰度约为20%的UO2燃料或239Pu丰度约为18%的PuO2燃料。燃料棒采用稠密栅格布置方式，燃料棒间距约为1.0mm，按正方形或三角形栅格排列，再利用组件盒构成正方形或六角形燃料组件。反应堆采用周期性运行方式，即每功率运行若干天，停堆约30天以上。本发明专利技术提出的燃料组件及小型压水堆，具有较强的反应性控制能力及较高的堆芯转换能力，从而获得更长的换料周期，显著提高了中子经济性及安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核反应堆
，具体涉及一种钍基燃料组件及小型压水堆。
技术介绍
小型压水堆具有系统简化、运行灵活等突出优点，其用途非常广泛，例如：边远地区及海上供电、低温供热、海水淡化及其他用途水电热联产等。为了提高经济性及市场竞争力，其换料周期需要达到5~10年，并且采用整体式换料方式，与核电厂采用的12~18个月批次换料存在较大差别。目前，小型压水堆堆芯设计主要通过增加可燃毒物装量及控制棒布置数量，或采用核电厂在冷却剂中添加硼酸方式，来提高堆芯反应性控制能力，以增加循环长度。这些措施会导致堆芯装载方案设计复杂化，并且堆芯换料周期还远达不到5~10年，同时还削弱了小型压水堆的经济性和安全性优势。因此，非常有必要针对小型压水堆堆芯运行特点，即运行功率不定、频繁停堆等，提出新型的堆芯组件及设计方法，在保证其系统简化、运行灵活等优势的条件下，使其换料周期达到5~10年，从而提高其经济性及市场竞争力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种换料周期达到5~10年的钍基燃料组件，以解决现有堆芯换料周期达不到5~10年的问题。此外，本专利技术还涉及由钍基燃料组件组成的小型压水堆。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种钍基燃料组件，包括若干燃料棒、导向管，所述燃料棒的燃料芯体为钍基燃料芯体。现有的小型压水堆堆芯设计主要通过增加可燃毒物装量及控制棒布置数量，或采用核电厂在冷却剂中添加硼酸方式，来提高堆芯反应性控制能力，以增加循环长度。这些措施会导致堆芯装载方案设计复杂化，并且堆芯换料周期还远达不到5~10年，同时还削弱了小型压水堆的经济性和安全性优势；本专利技术所述的钍基燃料芯体具体是指一种以二氧化钍为主的燃料芯体，用中子轰击钍可以得到233U。本专利技术充分利用232Th能使堆芯中子能谱硬化的中子学特性，实现更低的堆芯初始反应性，更为平缓的反应性随燃耗变化曲线，从而具有更强的反应性控制能力，增加了循环长度，进而延长了堆芯换料周期。进一步地，钍基燃料芯体以二氧化钍为基体，在二氧化钍基体中掺入235U丰度为20%的UO2燃料或239Pu丰度为18%的PuO2燃料。进一步地，导向管的外径与燃料棒的外径相同。优选地，将燃料棒的外径设置约为9.1mm，采用大尺寸燃料棒与钍基燃料芯体的配合，可以使使堆芯中子能谱显著硬化，转化能力大幅提升。进一步地，相邻导向管、燃料棒之间以及相邻2个燃料棒之间的间距为1.0mm。即钍基燃料组件采用稠密栅格布置，进而提高了小型压水堆内的钍基燃料组件的数量，不仅能进一步地使堆芯中子能谱显著硬化，转化能力大幅提升，而且能够提高钍基燃料组件的反应性控制能力，增加循环长度，延长堆芯换料周期。进一步地，燃料棒、导向管按照正方形栅格均匀排列，构成正方形燃料组件，外围有正方形组件盒。进一步地，燃料棒、导向管按照三角形栅格均匀排列，构成正六角形燃料组件，外围有正六角形组件盒。一种如上述钍基燃料组件组成的小型压水堆，包括若干正方形燃料组件或正六角形燃料组件。进一步地，小型压水堆采用控制棒控制堆芯后备反应性及其亏损补偿，反应堆采用周期性运行模式。反应堆采用周期性运行方式，即每功率运行若干天，停堆约30天以上。本专利技术提出的燃料组件及小型压水堆，具有较强的反应性控制能力及较高的堆芯转换能力，从而获得更长的换料周期，显著提高了中子经济性及安全性，周期性运行，保证了堆芯内232Th吸收中子产生的233Pa，能够充分衰变生产233U，降低了235U的消耗速率，使堆芯循环长度进一步延长。综上所述，采用钍基燃料稠密栅格燃料组件的小型压水堆，换料周期能够大幅延长，从而显著提高其经济性。综上，本专利技术的有益效果是：1、与常规燃料组件及其相应小型压水堆相比，由于本专利技术的燃料芯体采用钍基燃料，充分利用了232Th的中子学特性，实现了更低的初始反应性，更为平缓的反应性随燃耗变化曲线，从而具有更强的反应性控制能力。2、本专利技术所涉及的小型压水堆采用周期性运行方式，保证了堆芯内232Th吸收中子产生的233Pa，能够充分衰变生产233U，降低了235U的消耗速率，使堆芯循环长度进一步延长。3、本专利技术采用大尺寸燃料棒、稠密栅格布置及钍基燃料，使堆芯中子能谱显著硬化，转化能力大幅提升。4、与常规燃料组件及其相应小型压水堆相比，本专利技术能够显著提高燃料初装量，以满足长循环堆芯装载对于235U初装量的要求。附图说明图1 是正方形稠密栅格钍基燃料组件示意图；图2 是正方形小型压水堆示意图；图3 是六角形稠密栅格钍基燃料组件示意图；图4 是六角形小型压水堆示意图。附图中标记及相应零部件的名称：1-燃料棒，2-导向管，3-正方形组件盒，4-正方形组件，5-六角形组件。具体实施方式下面结合实施例及附图，对专利技术作进一步地的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：如图1所示，一种钍基燃料组件，包含了232根包壳厚度为0.5mm、外径为9.1mm的燃料棒1，57根外径为9.1mm的导向管2，燃料棒1、导向管2间隔排列，相邻燃料棒1的间距为1.0mm，相邻燃料棒1、导向管2的间距为1.0mm，燃料组件对边距为172.7mm，在燃料芯块中掺入235U丰度为20%的UO2燃料，UO2燃料与ThO2燃料的比例为1:1，235U百分含量为8.8%，232Th含量为43.9%，燃料棒1、导向管2按照正方形栅格均匀排列，构成正方形燃料组件4，外围有正方形组件盒3。如图2所示，一种小型压水堆，采用图1所示的正方形燃料组件4构造如图2所示的堆芯，共布置了57盒燃料组件，燃料组件中心距为174mm，等效直径为1482mm，活性区高度为1600mm，小型压水堆采用控制棒控制堆芯后备反应性及其亏损补偿，反应堆采用周期性运行模式。在堆芯额定热功率为250MW情况下，燃料棒平均线功率密度为11.8kW/m，体平均功率密度为90.5MW/m3，采用周期性运行模式，间隔停堆时间为30天，燃耗寿期可以达到1500等效满功率天，换料周期约为7年。实施例2：本实施例基于实施例1，如图1所示，一种钍基燃料组件，包含了232根包壳厚度为0.5mm、外径为9.0 mm的燃料棒1，57根外径为9.0mm的导向管2，燃料棒1、导向管2间隔排列，相邻燃料棒1的间距为1.0mm，相邻燃料棒1、导向管2的间距为1.0mm，燃料组件对边距为172.7mm，在燃料芯块中掺入239Pu丰度为18%的PuO2燃料，PuO2燃料与ThO2燃料的比例为1:1， 239Pu百分总含量为8.8%，232Th含量为43.9%，燃料棒1、导向管2按照正方形栅格均匀排列，构成正方形燃料组件4，外围有正方形组件盒3。如图2所示，一种小型压水堆，采用图1所示的正方形燃料组件4构造如图2所示的堆芯，共布置了57盒燃料组件，燃料组件中心距为174mm，等效直径为1482mm，活性区高度为1600mm，小型压水堆采用控制棒控制堆芯后备反应性及其亏损补偿，反应堆采用周期性运行模式。在堆芯额定热功率为250MW情况下，燃料棒平均线功率密度为11.8kW/m，体平均功率密度为90.5MW/m3，采用周期性运行模式，间隔停堆时间为30天，燃耗寿期可以达到1500等效满功率天，换料周期约为7年。实施例3：如图3所示，一种钍基燃料组件，包含了270根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钍基燃料组件，包括若干燃料棒（1）、导向管（2），其特征在于，所述燃料棒（1）的燃料芯体均为钍基燃料芯体。

【技术特征摘要】
1.一种钍基燃料组件，包括若干燃料棒（1）、导向管（2），其特征在于，所述燃料棒（1）的燃料芯体均为钍基燃料芯体。2.根据权利要求1所述的一种钍基燃料组件，其特征在于，所述钍基燃料芯体以二氧化钍为基体，在二氧化钍基体中掺入235U丰度为20%的UO2燃料或239Pu丰度为18%的PuO2燃料。3.根据权利要求1所述的一种钍基燃料组件，其特征在于，所述导向管（2）的外径与燃料棒（1）的外径相同。4.根据权利要求1所述的一种钍基燃料组件，其特征在于，相邻导向管（2）、燃料棒（1）之间以及相邻2个燃料棒（1）之间的间距为1.0mm。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏榜样，卢川，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51