[发明专利]根据轻水核反应堆的使用应力优化的燃料组件的设计方法以及由此得到的燃料组件

说明书

技术领域

本发明涉及轻水核反应堆的燃料组件的设计。

背景技术

在沸水核反应堆(REB)或压水核反应堆(REP)的堆芯中，燃料 组件的锆合金部件经受严酷的应力，这引起它们的变形。所涉及的主 要部件为混合栅格、导向管、容纳燃料芯块的包壳和机壳

燃料组件的结构部件的变形可引起很多运行问题。例如，在运行 时，基本上由导向管或机壳的变形引起的组件总体变形会妨碍控制棒 束的操作，所述控制棒束使得可以控制反应堆。或者，在反应堆堆芯 的加载和卸载操作期间，诸如栅格或机壳的部件的变形提高了摩擦和 卡住的风险。这经常使得操作者去降低处理速度，因而提高了反应堆 的不可用持续时间。同样，当超过某一阈值时，部件的变形使其不再 能完全安全地保证其功能，并且可能使操作者过早地将涉及的燃料组 件卸载。

这些部件经受的应力主要为：

-温度，

-可导致部件蠕变的机械应力；

-反应堆中循环的水的腐蚀；

-氢化作用；

-中子流的辐射，这引起增大现象(自由生长)并强化腐蚀。

在选择用于制造组件的结构部件的材料及其尺寸时必须考虑所有 这些应力。为此已开发了不同种类的锆合金，但是材料的选择仍然是 经验性的，这经常导致对于不同的部件如混合栅格和导向管(REP)或 机壳(REB)使用相同的合金，甚至在它们并非经受相同的应力的情况 下。

发明内容

本发明的目的是提出一种可以根据所考虑的反应堆或反应堆组的 特定运行条件对用于制造燃料组件的不同结构部件的材料的选择进行 优化以便将部件的总变形最小化的方法。因此，这涉及对用于制造燃 料组件的不同结构部件的Zr合金的化学组成进行定义，这将使得可以 达到操作者所期望的可操作性、操作便利性、寿命等方面的性能。

为此，本发明的目的是包括锆合金结构部件(composants de structure)的轻水核反应堆的燃料组件(assemblage)的设计方法， 其特征在于：

-计算在燃料组件的寿命内所述部件将要经受的平均单轴拉伸 或压缩应力，

-并根据以下标准选择用于制造所述部件的锆合金：

*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下 合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量 为Sn＝(-0.025.σ-0.25)％至Sn＝-0.05.σ％

*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合 金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为 Sn＝痕量至Sn＝(0.05.σ+1)％

*经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下合 金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为 Sn＝0.05.σ％至Sn＝(0.07.σ+1)％

*经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的部件用以下 合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量 为0.50％至1.70％。

优选地：

-经受0至+10MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至 少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％， 并且其Sn含量为Sn＝0.05.σ％至Sn＝(0.025.σ+1)％；

-经受+10至+20MPa的轴向或横向拉伸应力σ的所述部件中的至 少一些用以下合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％， 并且其Sn含量为0.50％至1.25％。

优选地，用于制造所述部件的所述锆合金根据以下标准进行选择：

-对于处于完全再结晶状态或者再结晶度超过50％的部件，

*经受-10至-20MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下 合金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量 为Sn＝(-0.025.σ-0.25)％至Sn＝(-0.05.σ-0.25)％

*经受0至-10MPa的轴向或横向压缩应力σ的部件用以下合 金制造：该合金除Zr以外的元素的含量不超过5％，并且其Sn含量为 Sn＝痕量至Sn＝(0.025.σ+0.5)％