一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒及燃料组件制造技术

本发明专利技术公开了一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒及燃料组件，本发明专利技术的燃料棒包括包壳和燃料芯块，所述包壳与燃料芯块之间的间隙包含了预设热膨胀差空间。本发明专利技术通过在燃料棒中预设热膨胀差空间使其在较大的功率变化幅度下依然不产生芯块包壳机械相互作用，缓解和消除燃料棒的芯块包壳机械相互作用，使其具有适应快速功率变换的能力，进而具有更广泛的适应性，同时简化反应堆的操作，减少反应堆的运行限制。运行限制。运行限制。

【技术实现步骤摘要】
一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒及燃料组件


[0001]本专利技术属于燃料组件
，具体涉及一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒及燃料组件。

技术介绍

[0002]燃料棒用于包容核燃料和裂变产物。常规的燃料棒设计出于中子经济性方面的考虑多采用二氧化铀陶瓷燃料、锆合金包壳。由于陶瓷燃料是核反应的发生地，其温度更高，而二氧化铀的热膨胀系数相比锆合金更大，因此在发生快速功率变化时，锆合金包壳会由于陶瓷燃料芯块的径向推拉而发生较大的应变，进而产生疲劳失效，危害燃料棒的结构完整性，尚失最重要的屏蔽核燃料和裂变产物的功能。目前核电燃料组件通过限制反应堆的功率变化来适应这一要求，但这限制了燃料组件的适用范围。
[0003]现有技术提出采用氧化铬Cr2O3作为燃料芯块的添加剂，提高燃料芯块的热蠕变性能，并通过包壳材料及工艺的控制提升包壳性能，并对运动功率进行了限定，以降低芯块包壳机械相互作用时的载荷以减低包壳失效的风险，但是其仍然没有从根本上缓解或消除芯块包壳机械相互作用，难以适用于具有快速功率变化要求的反应堆。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术无法从根本上缓解或消除芯块包壳机械相互作用，难以适用具有快速功率变化要求的燃料棒，本专利技术提供了解决上述问题的一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒。本专利技术通过降低芯块与包壳的热膨胀差，缓解和消除燃料棒的芯块包壳机械相互作用，使其具有适应快速功率变换的能力，进而具有更广泛的适应性，同时简化反应堆的操作，减少反应堆的运行限制。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒，包括包壳和燃料芯块，所述包壳与燃料芯块之间的间隙包含了预设热膨胀差空间。
[0007]本专利技术通过在燃料棒中预设热膨胀差空间使其在较大的功率变化幅度下依然不产生芯块包壳机械相互作用。
[0008]优选的，本专利技术的包壳与燃料芯块之间的间隙为δ1+Δr2
‑
Δr1；
[0009]其中，δ1为燃料棒间隙，Δr1为燃料芯块最大热膨胀，Δr2为包壳对应热膨胀。
[0010]优选的，本专利技术的燃料芯块采用高热导率的燃料芯块，降低燃料芯块的温度。
[0011]优选的，本专利技术的燃料芯块为将二氧化铀燃料放在高热导率的金属中制成的等效燃料芯块。
[0012]优选的，本专利技术的二氧化铀燃料基体的金属相的热膨胀系数小于包壳的热膨胀系数。
[0013]优选的，本专利技术的包壳采用锆合金材料，所述二氧化铀燃料基体采用钨材料。
[0014]优选的，本专利技术的高热导率的金属可采用不锈钢。
[0015]本专利技术的燃料棒通过采用较低热膨胀系数的燃料材料和较高热膨胀系数的包壳材料，如通过将二氧化铀等常规燃料放在高热导率的金属中制成等效燃料芯块使其等效热膨胀系数接近基体金属，能够有效降低芯块热膨胀；或者将目前的锆合金包壳进行掺杂改性提高热膨胀系数，均能缓解或消除芯块包壳机械相互作用。
[0016]第二方面，本专利技术提出了一种燃料组件，该燃料组件采用本专利技术所述的燃料棒。
[0017]第三方面，本专利技术提出了核反应堆，该核反应堆采用本专利技术所述的燃料组件。
[0018]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0019]1、本专利技术克服了燃料棒的芯块包壳机械相互作用，使其具有适应快速功率变化的能力，扩大了采用该燃料棒的燃料组件适用范围，简化了反应堆的操作，减少了反应堆的运行限制，提高燃料组件乃至反应堆的经济性。
[0020]2、本专利技术克服了燃料棒的芯块包壳机械相互作用，进而消除了PCI(芯块包壳相互作用)这一失效机理，提升了燃料棒的可靠性；
[0021]3、本专利技术采用高热导率燃料芯块措施，还能够降低燃料组件热储能，降低事故发生后的安全风险。
附图说明
[0022]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0023]图1为本专利技术的燃料棒结构示意图。
[0024]图2为本专利技术的燃料棒结构局部剖视图。
[0025]图3为本专利技术的高热导率燃料芯块示意图。
[0026]附图中标记及对应的零部件名称：
[0027]1‑
包壳，2
‑
燃料芯块，3
‑
包壳
‑
燃料芯块间隙，4
‑
燃料，5
‑
高热导率基体。
具体实施方式
[0028]在下文中，可在本专利技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所专利技术的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本专利技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
[0029]在本专利技术的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
[0030]在本专利技术的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本专利技术的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一
元件。
[0031]应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
[0032]在本专利技术的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本专利技术的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关
中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本专利技术的各种实施例中被清楚地限定。
[0033]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒，包括包壳和燃料芯块，其特征在于，所述包壳与燃料芯块之间的间隙包含了预设热膨胀差空间。2.根据权利要求1所述的一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒，其特征在于，所述包壳与燃料芯块之间的间隙为δ1+Δr2
‑
Δr1；其中，δ1为燃料棒间隙，Δr1为燃料芯块最大热膨胀，Δr2为包壳对应热膨胀。3.根据权利要求1所述的一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒，其特征在于，所述燃料芯块采用高热导率的燃料芯块，降低燃料芯块的温度。4.根据权利要求1所述的一种克服芯块包壳机械相互作用的燃料棒，其特征在于，所述燃料芯块为将二氧化铀燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，蒲曾坪，张坤，焦拥军，吕亮亮，邢硕，何梁，郑美银，邱玺，王坤，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：