蜂窝型燃料组件及长寿命超临界二氧化碳冷却小堆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于核反应堆工程技术领域，具体涉及蜂窝型燃料组件及采用蜂窝型燃料组件的长寿命超临界二氧化碳冷却小堆。
【背景技术】
[0002]超临界二氧化碳冷却反应堆采用超临界二氧化碳作为冷却剂。超临界二氧化碳是指二氧化碳的压力、温度高于二氧化碳的拟临界点(7.38MPa，30.98°C )。与布雷顿循环的氦气冷却堆相比，超临界二氧化碳冷却反应堆堆芯出口温度可以从氦气冷却堆所要求的900°C降到650°C左右甚至更低，大大降低对材料的要求。与目前流行的压水堆相比，热效率在40 %以上，经济性好。而且，由于采用布雷顿循环，与现有压水堆相比，超临界二氧化碳冷却反应堆不需要蒸汽发生器、稳压器、汽水分离器和干燥器，其结构紧凑，也降低了建造时的设备成本。
[0003]当前，国际上研制的超临界二氧化碳冷却反应堆主要集中在大功率上。堆芯方案以美国麻省理工大学提出的采用蜂窝型燃料组件、热功率为240(Mfft堆芯方案为主要代表。其堆芯工作压力为20MPa，为了实现较高的热效率(48% )，堆芯出口温度为650°C。其功率较大，相关设备体积也比较大，不便于在偏远地区或者电力需求量较小的地区建造。为了展平功率及降低空泡反应性，燃料中混有基体材料氧化铍。由于氧化铍的存在，降低了燃料的稳定温度。
[0004]上述方案为了实现高的热效率，采用了较高的工作压力及较高的材料温度，增加了工程实现时的难度，也对材料性能提出了较高的要求。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供了一种蜂窝型燃料组件及长寿命超临界二氧化碳冷却小堆，改冷却小堆热功率为30(Mfft，热效率为40%，工作压力为14MPa，出口温度500°C，具有系统简单，体积小，安全性好，工程实现难度低的特点。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种蜂窝型燃料组件，该燃料组件呈六边形，由外向内共有三层，分别为组件壁1、气隙层2以及气隙层2内填充的燃料区3 ;所述燃料区3内均匀分布着91个冷却剂通道。
[0008]所述冷却剂通道由冷却剂通道4、冷却剂壁面5和冷却剂通道壁与燃料之间的气隙6组成。
[0009]所述冷却剂壁面5的材料为ODS MA956不锈钢。
[0010]所述组件壁1的材料为ODS MA956不锈钢。
[0011 ] 所述燃料区3的材料为Μ0Χ燃料。
[0012]一种长寿命超临界二氧化碳冷却小堆，包括压力容器，所述压力容器包括压力壳9以及置于压力壳9内的堆芯13和控制棒驱动机构7，所述压力壳9的上部和下部分别被上隔离板和下隔离板隔离出上腔室20和下腔室12，压力壳9与堆芯吊篮8之间的间隙形成下降段11，堆芯13内竖向垂直放置有多个权利要求1至5任一项所述的蜂窝型燃料组件以及控制棒组件，所述蜂窝型燃料组件上方有裂变气体气腔18，裂变气体气腔18上面压着上隔离板，所述控制棒组件的控制棒棒束15向上延伸穿过上隔离板与上腔室20内的控制棒驱动机构7相连，在下隔离板和堆芯13内的蜂窝型燃料组件相连处，对应于每个蜂窝型燃料组件有进气孔，用于调节进气流量。
[0013]所述堆芯13工作压力为14MPa，堆芯冷却剂出口温度为500°C。
[0014]所述堆芯13放置的蜂窝型燃料组件之间留有间隙。
[0015]所述控制棒组件包括控制棒组件外壁33、设置在控制棒组件外壁33上的多个壁面冷却通道34以及控制棒组件外壁33内插有的37根控制棒棒束15。
[0016]所述控制棒棒束15的每个控制棒为圆形截面，由控制棒包壳36及置于控制棒包壳36内的碳化硼吸收体35组成。
[0017]本发明和现有技术相比，具有如下优点:
[0018]1、本发明燃料组件采用蜂窝型燃料组件，由于燃料采用Μ0Χ，其中不混合氧化铍，这样可以增加燃料的稳定温度，有利于安全，同时降低燃料制造时的复杂度。
[0019]2、与美国麻省理工大学提出2400Mfft的堆芯方案相比，由于堆芯工作压力为较低的14MPa，虽然热效率有所降低(从48%降到40% )，但依然比普通压水堆的热效率要高，而且降低了工程实现时的难度；堆芯出口温度设定为500°C，这样在保证较高效率的同时，也降低了对材料的要求，减小了材料因为高温造成的腐蚀。堆芯体积及热功率的减小，能适用于偏远地区或者电力需求量较小的地区。
【附图说明】
[0020]图1是蜂窝型燃料组件横截面示意图。
[0021]图2是冷却剂通道横截面示意图。
[0022]图3是核反应堆结构示意图。
[0023]图4是1/6堆芯布置示意图。
[0024]图5是控制棒组件横截面示意图。
[0025]图6是控制棒横截面示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明结构进行详细说明。
[0027]如图1所示，本发明一种蜂窝型燃料组件，该燃料组件呈六边形，由外向内共有三层，分别为组件壁1和气隙层2，在气隙层2内填充有燃料区3，燃料区3中均匀分布着91个冷却剂通道。
[0028]优选所述燃料区3内填充的材料为Μ0Χ燃料。
[0029]优选所述内组件壁的材料为ODS MA956不锈钢。
[0030]如图2所示，所述冷却剂通道由冷却剂4、冷却剂壁面5和冷却剂通道壁与燃料之间的气隙6组成。
[0031]优选所述冷却剂壁面5的材料为ODS MA956不锈钢。
[0032]如图3所示，为一个热功率为30(Mfft (电功率为12(Mffe)的采用蜂窝型燃料组件的长寿命超临界二氧化碳冷却小堆，该长寿命超临界二氧化碳冷却小堆的主体结构为压力容器，压力容器包括压力壳9以及置于压力壳9内的堆芯13和控制棒驱动机构7，所述压力壳9的上部和下部分别被上隔离板和下隔离板隔离出上腔室20和下腔室12，压力壳9与堆芯吊篮8之间的间隙形成下降段11，堆芯13内竖向垂直放置有