一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件制造技术

本发明专利技术涉及核电厂生产同位素技术领域，具体公开了一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件，包括外包壳、上密封件、下密封件、母材以及UO2芯块，所述外包壳为管状结构，上密封件、下密封件分别设置在外包壳的两端，所述母材、UO2芯块均设置在外包壳内部，所述母材、UO2芯块为嵌套式设置；本发明专利技术通过调整UO2芯块富集度和尺寸，补偿由于母材吸收中子对燃料棒反应性的影响，大大减小了靶件对核电厂堆芯的反应性和功率峰值因子的影响，保障热工性能不发生明显变化，确保了核电厂的安全性；实现了UO2燃料棒和母材棒的相互独立，在核电厂将辐照后生产同位素的母材棒拆卸并将其转运至热室进行分离和提纯，大大降低了母材与UO2之间分离和提纯的难度。提纯的难度。提纯的难度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件


[0001]本专利技术涉及核电厂生产同位素
，具体为一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件。

技术介绍

[0002]放射性同位素在生物医学、工业领域及农业生产等领域具有广泛的应用。在医学上，同位素主要用于显像、诊断和治疗，工业应用上主要包括过程控制与最优化、测量与自动化、质量控制及各种测试等，农业应用主要包括同位素辐射育种技术、同位素示踪技术等。目前，放射性同位素生产途径主要有：研究反应堆和回旋加速器两大类。研究堆生产放射性同位素在生产规模、稳定和生产效率方面具有很大的优势，成为放射性同位素最主要的生产手段。此外，由于研究堆可以提供不同能谱的中子和较大的辐照空间，特别是预留有辐照孔道，在研究堆内开展同位素生产具有对反应堆的影响小、安全性高、辐照样品种类多、靶件制备简单、辐照操作简便等优点，因此，一般采用研究堆开展放射性同位素的生产。例如，美国利用ATR研究堆和HFIR研究堆生产Pu
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238同位素，加拿大利用NRU研究堆生产Co
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60、C
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14和Tc
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99m等同位素，俄罗斯利用Ruslan研究堆生产C
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14、Co
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60和Ir
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192等同位素。
[0003]由于早期建成的研究堆、放射性同位素研发和生产设施均已服役多年，随着服役寿命到期，国内外很多研究堆逐渐开始关停，生产同位素的研究堆的辐照资源开始变成稀缺资源，因此，必须寻求一种新的同位素生产方式以代替研究堆生产同位素。利用核电厂(包括压水堆和重水堆)生产放射性同位素，成为同位素生产一种新的选择。但由于放射性同位素材料具有一定的中子吸收能力，将其直接制作成燃料棒放入核电厂会影响电厂的中子通量分布，导致电厂的安全性能及发电性能受到影响。
[0004]CN201711297364《一种利用商用压水堆辐照生产Pu
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238的装置》公开了一种利用商用压水堆生产Pu
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238的方法和装置，该装置为设置在商用压水堆堆芯的燃料组件，含Np
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237靶件棒、水腔替换燃料组件中的一个或多个燃料棒，得到Np
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237辐照靶件栅元，用于Pu
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238的生产。该方案的缺点在于靶件的母材(Np
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237)会强烈的吸收中子，会影响核电厂正常发电和经济性，为了减小这种影响就必须要提高燃料组件内其他燃料棒中的U
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235的富集度，这将会导致局部燃料棒的功率峰因子进一步增大，影响核电厂的安全性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件，包括外包壳、上密封件、下密封件、母材以及UO2芯块，所述外包壳为管状结构，上密封件、下密封件分别设置在外包壳的两端，所述母材、UO2芯块均设置在外包壳内部，所述母材、UO2芯块为嵌套式设置。
[0007]优选的，所述UO2芯块设置为中心开孔的环形结构，所述母材设置为细径芯块或芯
棒；所述UO2芯块在外包壳中堆叠成环形芯块摞或芯管，母材配合设置在UO2芯块环形内侧。
[0008]优选的，所述母材设置为环形芯块，所述UO2芯块为实心芯块；所述母材在外包壳中堆叠成环形芯块摞或芯管，UO2芯块配合设置在母材环形内侧。
[0009]优选的，所述母材、UO2芯块之间设置有内包壳。
[0010]优选的，所述母材设置为含有母材核素的热中子宏观吸收截面小于1靶恩的材料、高热导基弥散体。
[0011]优选的，所述热中子宏观吸收截面小于1靶恩的材料包括但不限于以下核级材料：铝合金、锆合金、镁合金、氧化铝、氧化锆、氧化镁、二氧化硅、碳化锆、碳化硅。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0013]1、本专利技术靶件通过调整UO2芯块富集度和尺寸，补偿由于母材吸收中子对燃料棒反应性的影响，实现了包含生产同位素靶件的燃料棒与原有位置的燃料棒具有等效的反应性，因而大大减小了靶件对核电厂堆芯的反应性和功率峰值因子的影响，也保障了热工性能不发生明显变化，确保了核电厂的安全性；此外，在核电厂运行过程中，仅通过替换燃料棒即可实现同位素的生产，燃料组件整体结构设计和尺寸没有变化，同位素靶件外围尺寸也与燃料棒包壳管完全一样，与核电厂现有燃料组件在结构和接口方面有非常好的兼容性，因而大大简化了燃料组件的安全分析；
[0014]2、还实现了UO2燃料棒和母材棒的相互独立，可直接在核电厂将辐照后的生产同位素的母材棒拆卸并将其转运至热室进行分离和提纯，大大降低了母材与UO2之间分离和提纯的难度；
[0015]3、将含有母材核素的低中子吸收截面、高热导基弥散体设计成母材，能够提升母材加工成形性能，还能提高热导率降低母材温度、提升放射性产物包容能力及便于后续分离提纯处理，在维持几何形状的同时还能使母材核素离散从而减小自屏效益，提升生产同位素的效率。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的结构示意图；
[0017]图2为本专利技术的环形UO2芯块结构示意图；
[0018]图3为本专利技术的环形母材示意图；
[0019]图中标号：1、外包壳；2、上密封件；3、下密封件；4、内包壳；5、母材；6、UO2芯块。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0022]在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0023]请参阅图1
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3，本专利技术提供一种技术方案：一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件，包括外包壳1、上密封件2、下密封件3、母材5以及UO2芯块6，所述外包壳1为管状结构，上密封件2、下密封件3分别设置在外包壳1的两端，所述母材5、UO2芯块6均设置在外包壳1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件，其特征在于：包括外包壳(1)、上密封件(2)、下密封件(3)、母材(5)以及UO2芯块(6)，所述外包壳(1)为管状结构，上密封件(2)、下密封件(3)分别设置在外包壳(1)的两端，所述母材(5)、UO2芯块(6)均设置在外包壳(1)内部，所述母材(5)、UO2芯块(6)为嵌套式设置。2.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件，其特征在于：所述UO2芯块(6)设置为中心开孔的环形结构，所述母材(5)设置为细径芯块或芯棒；所述UO2芯块(6)在外包壳(1)中堆叠成环形芯块摞或芯管，母材(5)配合设置在UO2芯块(6)环形内侧。3.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆生产同位素的燃料组件，其特征在于：所述母材(...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢俊强，张满，谢汉芳，党宇，董思莹，韩宇，丁谦学，
申请(专利权)人：上海核工程研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：