[发明专利]制造核燃料元件的方法和用于实施这种方法的容器有效
申请号: | 200780045672.2 | 申请日: | 2007-12-11 |
公开(公告)号: | CN101573765A | 公开(公告)日: | 2009-11-04 |
发明(设计)人: | 杰罗姆·布罗利;让-马克·瓜耶内舍;法布里斯·马佐迪耶;弗朗西斯·朗格莱 | 申请(专利权)人: | 法国原子能委员会 |
主分类号: | G21C3/62 | 分类号: | G21C3/62;G21C3/26 |
代理公司: | 北京康信知识产权代理有限责任公司 | 代理人: | 吴贵明;张 英 |
地址: | 法国*** | 国省代码: | 法国;FR |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 制造 核燃料 元件 方法 用于 实施 这种方法 容器 | ||
技术领域
本发明涉及一种制造核燃料元件(nuclear fuel elements)的方 法、用于实施这样的方法的容器以及由这样的方法获得的元件。
背景技术
这种燃料(称作新一代燃料)参与反应堆新设计的开发,被称 为第四代燃料。
更具体地,本发明涉及一种制造三维复合物体(复杂物体, composite object)形式的燃料元件的方法,该三维复合物体包括球 形陶瓷颗粒的堆叠体,例如具有相同的直径(单模分布,monomode distribution),分散在通过化学气相沉积、特别是通过化学气相渗透 (CVI)法而产生的基质中。
在反应堆新设计开发的背景下,设想出称为第四代的一种新型 装置,其在高温范围内发挥作用-由反应堆形成的冷却流体(冷却液, cooling fluid)的温度高于800℃-具有快速中子通量和热传递气体; 这些装置称作气冷反应堆(GCR)。
GCR通过快速通量而发挥作用,提供达到大于1的转换比的可 能性(超代,supergeneration)和/或改变废物(裂变产物和少量锕 系元素)的能力。
热传递流体是气体,例如氦,使得能够实现足够高的温度,其 与设想的高产量的电生产(例如在直接循环中)或氢生产的应用相 容,该气体将由反应堆的排放(discharge)而实现。
寻求超越于在先前几代系统中获得的安全性和可靠性水平。
为了实现令人满意的中子操作条件,根据燃料的裂变材料的密 度和富集度(enrichment),要求反应介质中燃料材料(燃料,fuel material)的体积分数大于20%至25%。
结构组成中所涉及的占剩余体积分数的其他材料具有中子穿 透性(neutron transparency),使得不会使通量(flux)在强度和能 谱上降低,并且使得具有适于反应堆的运行温度(接近于1200℃) 的热机械特性。
此外,为了减少在燃料元件断裂事件中热传递流体污染的风 险,可以尽可能地减少在起始事件后由于元件断裂而易于被释放的 裂变产物的量。于是寻求一种致密的且热机械强的材料。
因此,在GCR开发的背景下,设法生产这样的核燃料元件, 其具有的裂变原子的体积含量与中子运行条件和反应体积的体积 功率密度(volume power density)相容,确保燃料材料与热传递流 体之间的热传递,并最终提供由燃料释放的固体和气体裂变产物的 限制。
存在可以适用的各种类型的燃料:
-分散型燃料(弥散型燃料,dispersed fuel),其中球或棒(棍) 形式的裂变材料位于惰性基质中,其满足所寻求的热机械功能和裂 变产物的保留。球或棒可以是二维或三维涂覆晶片的形式。
-颗粒燃料(particle fuel),其中裂变材料由涂覆有惰性材料的 球体形成,其满足热机械功能以及保留裂变产物的功能;这里可指 出与HTR(高温反应堆)中的燃料具有相似之处。在这种类型的燃 料中,涂覆球体的集合(assembly)形成涂覆晶片。
-固溶体燃料(solid-solution fuel),其中裂变相是包壳小球(包 壳球粒,sheathed pellet)形式的锕系元素固溶体,其中包壳 (sheathing)作为限制屏障(confinement barrier)。这种燃料为小球 形式,其将堆叠在圆柱形包壳内。
分散型燃料似乎是最适于符合上述的期望。
在球的情况下,核燃料元件包括在惰性基质中彼此接触的球的 随机堆叠体。这些元件为称作CERCER/D3密集体(紧凑体, compact)的圆柱体的形式。
这些密集体包括高密度和良好均匀性的惰性材料的基质,在该 基质中实现球的分布,这种基质满足热和机械限制以及裂变产物保 留限制的要求。
已经清楚的是,碳化硅是非常适合的材料,这是因为其热和机 械行为及其中子穿透性。因此其特别适于GCR反应堆的运行条件。
还寻求生产这些密集体,其紧密度(compactness)尽可能接近 于100%并且生产时间短。此外,还寻求保持裂变化合物的化学、 结构、机械和热特性并寻求更广泛的燃料。
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