含回收铀和贫化铀的核燃料以及包含该核燃料的核燃料棒束和核反应堆制造技术

本文描述和例示了核反应堆的燃料棒束。在一些实施例中，燃料棒束包括多个燃料元件，每个燃料元件包括第一燃料组分和第二燃料组分，其中第一燃料组分是回收铀，第二燃料组分是贫化铀和天然铀至少其中之一。所述第一燃料组分与所述第二燃料组分混合。所述混合的第一和第二燃料组分具有低于1.2wt%的235U的裂变物质含量。本文也描述和例示了其它燃料棒束，这些其它燃料棒束包括含回收铀的第一燃料元件以及含贫化铀和天然铀至少其中之一的第二燃料元件。所述第一燃料元件具有不低于0.72wt%的235U的第一裂变物质含量，所述第二燃料元件具有不高于0.71wt%的235U的第二裂变物质含量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含回收铀和贫化铀的核燃料以及包含该核燃料的核燃料棒束和核反应堆
技术介绍
核反应堆是通过核链式反应（例如核裂变）而产生能量的，在这个核链式反应中，一个自由中子被核燃料（例如，铀-235(235U)）中的裂变原子吸收。当自由中子被吸收后，裂变原子分裂成多个较轻的原子，并释放出更多的自由中子，这些自由中子被其他裂变原子吸收，从而形成核链式反应，这在业界是熟知的。核链式反应产生的热能通过很多方式转化为电能，这在业界也是熟知的。现有适合燃烧具有低裂变物质含量水平（例如，裂变含量水平相当于天然铀）的核电反应堆已经产生出很多新的可燃核燃料来源。这些新来源包括来自反应堆的废弃铀或回收铀。无论是基于节约成本的立场，还是基于可将乏铀回收到燃料循环中的立场，这些新来源都是有吸引力的。但是，回收乏核燃料的立场与在宝贵且有限的核废料容器设施中处理乏核燃料形成鲜明的对照。由于这些或其他原因，核燃料以及支持回收核燃料和在核反应堆中燃烧这些燃料的核燃料处理技术继续成为受欢迎的核技术补充。
技术实现思路
在本专利技术的一些实施例中，提供一种用于核反应堆的燃料。所述燃料包括第一燃料组分和第二燃料组分。第一燃料组分是回收铀。第二燃料组分是贫化铀且与第一燃料组分混合。所述混合的第一和第二燃料组分具有小于1.2wt%的235U的裂变物质含量。本专利技术一些实施例提供了一种用于核反应堆的燃料。所述燃料包括第一燃料组分和第二燃料组分。第一燃料组分是回收铀。第二燃料组分是天然铀且与第一燃料组分混合。所述混合的第一和第二燃料组分具有小于1.2wt%的235U的裂变物质含量。在本专利技术的一些实施例中，提供了核反应堆的燃料棒束，其包括多个燃料元件，每个燃料元件包括第一燃料组分，其中第一燃料组分是回收铀；以及第二燃料组分，其中第二燃料组分是贫化铀和天然铀至少其中之一。所述第一燃料组分与所述第二燃料组分混合。其中，所述混合的第一和第二燃料组分具有的低于1.2wt%的235U的第一裂变物质含量。本专利技术的一些实施例提供了核反应堆的燃料棒束，其中所述燃料棒束包括含回收铀的第一燃料元件，所述第一燃料元件具有不低于0.72wt%的235U的第一裂变物质含量；以及第二燃料元件，所述第二燃料元件包含贫化铀和天然铀至少其中之一。所述第二燃料元件具有不高于0.71wt%的235U的第二裂变物质含量。在一些实施例中，在此描述的任何一种燃料棒束和方法使用于加压重水反应堆中。其中，所述燃料棒束位于一根或多根容纳有加压流体的管内，所述加压流体流过所述燃料棒束，吸收所述燃料棒束的热量并在所述燃料棒束下游做工。通过考虑下面的详细说明和相关附图，本专利技术的其他方面将变得更为明显。附图说明图1是根据本专利技术第一实施例的核燃料棒束的横截面示意图，示出了核燃料棒束内的多个可能的燃料结构。图2是根据本专利技术第二实施例的核燃料棒束的横截面示意图，也示出了核燃料棒束内的多个可能的燃料结构。图3是根据本专利技术第三实施例的核燃料棒束的横截面示意图，也示出了核燃料棒束内的多个可能的燃料结构。图4是根据本专利技术第四实施例的核燃料棒束的横截面示意图，也示出了核燃料棒束内的多个可能的燃料结构。图5是应用图1-4的任何一个燃料棒束的核反应堆的示意图。具体实施方式对本专利技术实施例进行描述之前，应当理解，本专利技术不限于以下描述所阐述的或以下附图所例示的实施例细节和元件布置。本专利技术可采取其他实施例并可通过不同方式被实施。多种核燃料按照本专利技术多个实施例的形式公开于此。这些核燃料可用于各种不同的核反应堆，这里参考加压重水反应堆进行描述。这些反应堆可具有，例如，放置燃料的加压水平或竖直管。这样的反应堆的一个例子就是加拿大氘铀核反应堆（CanadianDeuteriumUranium,CANDU），图5示意性地显示出其中一部分。其他类型的反应堆可具有带孔的非加压水平或竖直管。加压重水核反应堆仅是可燃烧本专利技术各种核燃料的反应堆的一种。因此，这种反应堆仅以实例进行描述，可以理解，本专利技术的各种核燃料可以在其他核反应堆中燃烧。类似地，本专利技术这里所描述的各种燃料可以任何形式放置在核反应堆中用以燃烧。仅举例来说，所述燃料可装在管内或者或者可被包含在其它纵长物内(通常可称作“细棒”或“元件”，为了简化说明，在此仅称为“元件”)。本专利技术一些实施例中使用的元件的例子在图1-4中以标号22标示，且详述如下。如果燃料容纳在管内，所述管可由下列材料制成或包含锆、锆合金，或者在某些情况具有低中子吸收特点的其它适合的材料或材料的组合。在核反应堆中，多个元件可共同形成一个燃料棒束。这种燃料棒束在图5中以标号14表示。每一燃料棒束14的元件在棒束中可彼此平行地延伸。如果反应堆包括多个燃料棒束14，这些燃料棒束14可被端对端的放置在压力管18中。在其他类型的反应堆中，燃料棒束14可以其它希望的方式排列。继续参考图5，当反应堆10处于工作时，重水冷却剂26流过燃料棒束14以冷却燃料元件，移除裂变过程中产生的热量。本专利技术的核燃料也可用在其热传输和慢化剂系统中具有不同液体/气体组合的压力管反应堆中。无论如何，从核燃料吸收热量的冷却剂26可将该热量传递至下游设备（例如，蒸汽发生器30）以驱动原动机（例如，涡轮34）以产生电能。于1996年4月25日申请的加拿大第2,174,983号专利申请描述了用于核反应堆的燃料棒束的几种实例，这些燃料棒束可包括本文所述的任一核燃料。加拿大第2,174,983号专利申请的内容以引用的方式结合于本专利中。本专利技术的各种核燃料可以与一种或多种其他材料结合使用（例如，混合）。无论单独使用或与其他材料结合使用，所述核燃料可以为颗粒形、粉体形、其他合适形状或者形状的组合。在一些实施例中，本专利技术的燃料采取棒状形式，比如棒状燃料压成希望的形状、棒状燃料包含在其他材料基质中等。另外，根据本专利技术的燃料组成的燃料元件可包括管、棒和/或其他类型元件的组合。如下文更详细的描述，本专利技术不同实施例的燃料可以包括不同的核燃料组合，例如贫化铀(depleteduranium,DU)、天然铀(naturaluranium,NU)以及再加工或回收铀(recycleduranium,RU)的不同组合。除非另有说明，如说明书和所附权利要求中所用到的，包括在核燃料中的材料组成的“百分比”是指重量百分比。此外，如本文所定义的，DU具有从近似0.2wt%到近似0.5wt%（包括近似0.2wt%和近似0.5wt%）的235U的裂变物质含量。NU具有近似0.71wt%的235U的裂变物质含量。RU具有近似0.72wt%到近似1.2wt%（包括近似0.72wt%和近似1.2wt%）的235U的裂变物质含量。回收铀再处理或回收铀（RU）是由使用轻水堆（LWRs）的核电生产中产生的乏燃料制造而成的。乏燃料中含有极少量的铀。因此，乏燃料的化学再处理后分离出来的铀，这在业界称为再处理或回收铀。天然铀（NU）仅含有三种同位素234U、235U和238U。然而，在LWR中辐照和冷却后，得到的RU具有与天然铀不同的同位素组成。具体而言，RU包括四种并不存在于天然铀中的额外的铀同位素236U、232U、233U和237U(一般称为杂质)。因此，这四种额外的同位素的出现可以被视为RU的标志。也应当理解的是，RU的同位素组成与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于核反应堆的燃料棒束，所述燃料棒束包括：多个燃料元件，每个燃料元件包括：第一燃料组分，所述第一燃料组分是回收铀；以及第二燃料组分，所述第二燃料组分是天然铀，所述第二燃料组分与所述第一燃料组分混合，其中，所述混合的第一和第二燃料组分具有低于1.2wt％的235U的第一裂变物质含量，其中，当被该核反应堆燃烧时，所述多个燃料元件具有负燃料温度系数。2.如权利要求1所述的燃料棒束，其中所述多个燃料元件包括六根基本上平行的排列成环的管，每根管包含所述第一和第二燃料组分的混合物。3.如权利要求2所述的燃料棒束，其中所述第二燃料组分包括235U裂变物质含量为近似0.71wt％的天然铀。4.如权利要求1-3中任意一项所述的燃料棒束，其中所述多个燃料元件为第一组多个燃料元件，所述燃料棒束还包括第二组多个燃料元件，所述第二组多个燃料元件形成一个围绕所述第一组多个燃料元件的环。5.如权利要求4所述的燃料棒束，其中所述第二组多个燃料元件包含235U裂变物质含量为近似0.71wt％的天然铀。6.如权利要求4所述的燃料棒束，其中所述第二组多个燃料元件包括回收铀和贫化铀的第二混合物，所述第二混合物具有第二裂变物质含量。7.如权利要求6所述的燃料棒束，其中所述第二裂变物质含量高于所述第一裂变物质含量。8.如权利要求4所述的燃料棒束，其中所述第二组多个燃料元件包括十二根基本上平行的管，这十二根管从所述第一组多个燃料元件径向向外设置。9.如权利要求4所述的燃料棒束，还包括第三组多个燃料元件，所述第三组多个燃料元件形成一个围绕所述第二组多个燃料元件的环。10.如权利要求9所述的燃料棒束，其中所述第三组多个燃料元件包含235U裂变物质含量为近似0.71wt％的天然铀。11.如权利要求9所述的燃料棒束，其中所述第三组多个燃料元件包括回收铀和贫化铀的第三混合物，所述第三混合物具有第三裂变物质含量。12.如权利要求11所述的燃料棒束，其中所述第二组多个燃料元件包括回收铀和贫化铀的第二混合物，所述第二混合物具有第二裂变物质含量，所述第三裂变物质含量高于所述第二裂变物质含量。13.如权利要求9所述的燃料棒束，其中所述第三组多个燃料元件包括十八根基本上平行的管，这十八根管从所述第二组多个燃料元件径向向外设置。14.如权利要求1所述的燃料棒束，还包括位于所述燃料棒束中心的中间元件。15.如权利要求14所述的燃料棒束，其中所述中间元件包含贫化铀。16.如权利要求14所述的燃料棒束，其中所述中间元件包含贫化铀和可燃毒物的混合物。17.如权利要求14所述的燃料棒束，其中所述中间元件包含回收铀和贫化铀的混合物。18.如权利要求17所述的燃料棒束，其中所述中间元件的回收铀和贫化铀混合物的裂变物质含量低于所述第一裂变物质含量。19.如权利要求1所述的燃料棒束，其中所述多个燃料元件包括七根基本上平行的排列成环的管，每根管包含所述第一和第二燃料组分的混合物。20.如权利要求2或19所述的燃料棒束，其中所述多个燃料元件为第一组多个燃料元件，所述燃料棒束还包括第二组多个燃料元件，所述第二组多个燃料元件从所述第一组多个燃料元件径向向外设置。21.如权利要求20所述的燃料棒束，其中所述第二组多个燃料元件包含235U裂变物质含量为近似0.71wt％的天然铀。22.如权利要求20所述的燃料棒束，其中所述第二组多个燃料元件包含回收铀和贫化铀的第二混合物，所述第二混合物具有第二裂变物质含量。23.如权利要求22所述的燃料棒束，其中所述第二裂变物质含量高于所述第一裂变物质含量。24.如权利要求20所述的燃料棒束，其中所述第二组多个燃料元件包括十四根基本上平行的管，这十四根管从所述第一组多个燃料元件径向向外设置。25.如权利要求20所述的燃料棒束，其中至少所述第二组多个燃料元件其中之一的横截面尺寸与至少所述第一组多个燃料元件其中之一的横截面尺寸不同。26.如权利要求20所述的燃料棒束，还包括第三组多个燃料元件，所述第三组多个燃料元件形成一个围绕所述第二组多个燃料元件的环。27.如权利要求26所述的燃料棒束，其中所述第三组多个燃料元件包含235U裂变物质含量为近似0.71wt％的天然铀。28.如权利要求26所述的燃料棒束，其中所述第三组多个燃料元件包含回收铀和贫化铀的混合物，所述第三组多个燃料元件的混合物具有裂变物质含量。29.如权利要求28所述的燃料棒束，其中所述第三组多个燃料元件的裂变物质含量高于所述第二组多个燃料元件的裂变物质含量。30.如权利要求26所述的燃料棒束，其中所述第三组多个燃料元件包括二十一根基本上平行的管，这二十一根管从所述第二组多个燃料元件径向向外设置。31.如权利要求26所述的燃料棒束，其中至少所述第三组多个燃料元件其中之一的横截面尺寸与至少所述第一组多个燃料元件其中之一的横截面尺寸不同。32.如权利要求26所述的燃料棒束，还包括位于所述燃料棒束中心的中间元件。33.如权利要求32所述的燃料棒束，其中所述中间元件包含贫化铀。34.如权利要求32所述的燃料棒束，其中所述中间元件包含贫化铀和可燃毒物的混合物。35.如权利要求32所述的燃料棒束，其中所述中间元件包含回收铀和贫化铀的混合物，所述中间元件的回收铀和...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑟麦特·库兰，穆斯塔法·宝彻，凯西·考特勒奥，埃里克·卡尔·阿里曼大·阿罗约，
申请(专利权)人：加拿大原子能有限公司，
类型：
国别省市：