一种适用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件

本发明属于核电，具体涉及一种适用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件。

背景技术：

1、相比于传统商用大型压水堆，小型模块化压水堆设计更简单，通过提升反应堆的固有安全性，大幅降低放射性泄漏到环境中的概率；模块化设计有助于节约经济成本和建造周期；同时因其更小的占地面积可以建于不适合大型压水堆的地理位置，具有更多的应用场景和用途，因此成为目前世界核能领域的研究热点。十字螺旋金属燃料组件具有导热路径短、燃耗深度高、安全性能好、可紧凑化等特点，应用到小型模块化压水堆中具有显著优势和潜力。

2、但是，小型模块化压水堆对于寿期和换料周期有着较高的要求，并且金属燃料组件在寿期内的反应性难以控制及其径向难以达到功率展平。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种适用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，通过在燃料组件内非均匀化布置固体可燃毒物棒的方式，以解决上述的技术问题。

2、本发明提供一种适用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，所述十字螺旋金属燃料组件包括组件盒，所述组件盒为正六边形棱柱体结构，所述组件盒内设有138根燃料棒、18根可燃毒物棒、1根导向管，所述燃料棒、可燃毒物棒、导向管与所述组件盒之间填充有冷却剂；燃料棒和可燃毒物棒按照三角形栅格均匀排列，构成正六角形燃料栅格；所述燃料棒为十字螺旋形燃料棒。

3、在一实施方式中，所述导向管设于所述组件盒内的中心位置处，所述导向管的截面为正六边形。

4、在一实施方式中，所述导向管内插入有控制棒或测量装置。

5、在一实施方式中，所述燃料棒的燃料芯块与包壳之间不存在气隙，所述燃料棒的扭转节距为300～600mm。

6、在一实施方式中，所述燃料棒的包壳的外接圆直径为6.8～7.0mm。

7、在一实施方式中，所述燃料棒中燃料芯块的材料为锆质量分数为50％、235u的富集度在5～20％的u-zr合金。

8、在一实施方式中，18根所述可燃毒物棒包括12根圆柱形可燃毒物棒和6根半圆柱形可燃毒物棒。

9、在一实施方式中，所述可燃毒物棒的毒物区和包壳间的气隙由氦气填充，可燃毒物棒的包壳直径为6.8～7.0mm。

10、在一实施方式中，可燃毒物棒的毒物区的材料由nb2o5、zro2及gd2o3组成或可燃毒物棒的毒物区材料由nb2o5、zro2、b4c及er2o3组成。

11、在一实施方式中，所述冷却剂为水；

12、所述十字螺旋金属燃料组件的活性段高度为100～150cm；

13、所述十字螺旋金属燃料组件的棒栅距为6.8～7.0mm；

14、所述燃料棒的包壳、所述可燃毒物棒的包壳、所述导向管、及所述组件盒均由锆合金制成。

15、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

16、1、本发明提供的适用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，在取消化学补偿控制的条件下，提供了一种无硼化的燃料组件，通过在金属燃料组件中非均匀化设置固体可燃毒物棒的方式，能够满足小型压水堆长寿期和长换料周期的要求，并且还能够保证金属燃料组件在寿期内反应性可控和金属燃料组件的功率展平；其中非均匀化设置固体可燃毒物棒指的是可燃毒物棒离散式设于金属燃料组件中。

17、2、本发明提供的适用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，通过将燃料棒设计成十字螺旋的形状，能够缩短燃料棒放热的导出路径，进而降低燃料棒中心的温度。

技术特征：

1.一种适用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，所述十字螺旋金属燃料组件包括组件盒，所述组件盒为正六边形棱柱体结构，所述组件盒内设有138根燃料棒、18根可燃毒物棒、1根导向管，所述燃料棒、可燃毒物棒、导向管与所述组件盒之间填充有冷却剂；燃料棒和可燃毒物棒按照三角形栅格均匀排列，构成正六角形燃料栅格；所述燃料棒为十字螺旋形燃料棒。

2.根据权利要求1所述的用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，所述导向管设于所述组件盒内的中心位置处，所述导向管的截面为正六边形。

3.根据权利要求2所述的用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，所述导向管内插入有控制棒或测量装置。

4.根据权利要求1所述的用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，所述燃料棒的燃料芯块与包壳之间不存在气隙，所述燃料棒的扭转节距为300～600mm。

5.根据权利要求1所述的用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，所述燃料棒的包壳的外接圆直径为6.8～7.0mm。

6.根据权利要求1所述的用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，所述燃料棒中燃料芯块的材料为锆质量分数为50％、235u的富集度在5～20％的u-zr合金。

7.根据权利要求1所述的用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，18根所述可燃毒物棒包括12根圆柱形可燃毒物棒和6根半圆柱形可燃毒物棒。

8.根据权利要求1所述的用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，所述可燃毒物棒的毒物区和包壳间的气隙由氦气填充，可燃毒物棒的包壳直径为6.8～7.0mm。

9.根据权利要求1所述的用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，可燃毒物棒的毒物区的材料由nb2o5、zro2及gd2o3组成或可燃毒物棒的毒物区材料由nb2o5、zro2、b4c及er2o3组成。

10.根据权利要求1所述的用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，其特征在于，所述冷却剂为水；

技术总结
本发明提供一种适用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，所述十字螺旋金属燃料组件包括组件盒、138根燃料棒、18根可燃毒物棒和1根导向管，组件盒为正六边形棱柱体结构，燃料棒为十字螺旋形燃料棒。组件盒除燃料棒、可燃毒物和导向管以外的空间填充有冷却剂；燃料棒和可燃毒物棒按照三角形阵列均匀排列，构成正六边形栅格。本发明提供的适用于小型模块化压水堆的十字螺旋金属燃料组件，通过在组件内非均匀化布置固体可燃毒物棒，实现寿期内的反应性控制和径向功率展平，同时可实现燃料的长换料周期。十字螺旋型设计，缩短了燃料棒内热量的导出路径，进而降低燃料棒中心温度。

技术研发人员：郭辉,张昶,顾汉洋,肖瑶,丛腾龙,陈硕,宋去非
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15