[发明专利]核反应堆生燃料芯块和烧结燃料芯块、相应的燃料棒和燃料组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于轻水或重水核反应堆燃料棒的烧结燃料芯块，这种类型的烧结燃料芯块具有沿中心轴线延伸的外围壁和两个端面，其中，端面中的至少一个至少包括从外围壁向中心轴线延伸并相对于垂直于中心轴线的平面具有第一非零斜坡的第一倒角。

背景技术

在包括俄罗斯设计VVER(Vodaa Vodiannee Energititscherski Reactor，或英文为Water Water Energy Reactor)的压水反应堆(PWR)、沸水反应堆(BWR)或加压重水反应堆(PHWR)中，每个核燃料棒包括由包壳围绕的一堆烧结燃料芯块。燃料芯块通过对生燃料芯块进行烧结获得，生燃料芯块主要由带有任意含量的同位素235的氧化铀和/或由可能添加了诸如Gd₂O₃的可燃毒物的氧化钚制成。

从WO-02/45096可获知上述类型的燃料芯块。盘状凹槽围绕中心轴线设置在端面的中心处，倒角和凹槽通过平坦的表面连接。

除了易于将燃料芯块装载在包壳中，倒角的主要作用是减小芯块制造和搬运期间芯块剥落的风险。

这样的剥落导致了最终芯块中的缺陷，其会在燃料棒周围流动的冷却剂中产生热点。这样的热点将阻碍燃料棒周围温度的均匀分布，从而降低了反应堆的效率。

通过芯块包壳相互作用(PCI)失效的燃料棒的热室检查(hot cell examination)表明失效归咎于显著地延伸到芯块端部的周向缺失芯块表面(Missing Pellet Surface，MPS)。由这样的剥落产生的燃料材料的碎片可陷在芯块的外围壁和包壳之间的间隙中且增加包壳上的机械应力，由于芯块包壳机械相互作用(PCMI)这可导致局部包壳失效。此外，归因于剥落的缺失芯块表面因为缺失包壳支承也可能对包壳产生较高的机械应力，而且，通过和热点相结合并由裂变产物增强，也可能导致包壳失效。这样的失效会导致放射性气体和材料泄漏进反应堆冷却剂和反应堆环境中。

尽管有倒角，WO-02/45096中公开的燃料芯块仍可能发生某些剥落。

本发明的目的是通过进一步降低剥落的风险来解决这个问题。

发明内容

为此目的，本发明涉及如上所述类型的烧结燃料芯块，该芯块还包括从第一倒角向中心轴线延伸并相对于垂直于中心轴线的平面具有第二非零斜坡的第二倒角，其中，第一斜坡不同于第二斜坡。

第二倒角防止出现第一倒角和第二倒角之间的尖锐边缘(这将在下文中描述)，以保证两个叠置芯块之间的接触保持柔和。由此也降低了剥落的风险。

根据烧结燃料芯块的其他特征：

-第一斜坡大于第二斜坡；

-第一斜坡大致在7°至40°之间；

-第二斜坡大致在0.2°至10°之间；

-第二斜坡大致在0.4°至9°之间；

-外围壁大致是圆柱形的；

-端面相对于大致垂直于中心轴线并大致在外围壁中间横穿外围壁的平面大致上是对称的；

-外围壁的长度和外围壁的直径之间的比率大致在0.4至2之间；和

-每个端面至少包括从外围壁向中心轴线延伸并相对于垂直于中心轴线的平面具有第一非零斜坡的第一倒角和从第一倒角向中心轴线延伸并相对于垂直于中心轴线的平面具有第二非零斜坡的第二倒角，其中，第一斜坡不同于第二斜坡。

根据另一方面，本发明涉及用于水核反应堆燃料棒的生燃料芯块，用于进行烧结以获得如上所述的烧结燃料芯块，生燃料芯块包括沿中心轴线延伸的外围壁和两个端面，其中，端面中的至少一个至少包括从外围壁向中心轴线延伸并相对于垂直于中心轴线的平面具有第一非零斜坡的第一倒角和从第一倒角向中心轴线延伸并相对于垂直于中心轴线的平面具有第二非零斜坡的第二倒角，其中，第一斜坡不同于第二斜坡。

如上所述，生燃料芯块的第二倒角保证在烧结芯块中燃料棒中的两个叠置芯块之间的柔和接触，并且减小这种接触引起的剥落的风险。即使烧结工序执行时间过长，第二倒角也将至多变成平坦的表面。烧结芯块将由此具有常规的形状，而尖锐的边缘的风险降低了。

根据生燃料芯块的其他特征：

-第一斜坡大致在7°至40°之间；

-第二斜坡大致在0.2°至10°之间；和

-第二斜坡大致在0.4°至9°之间。

根据另一方面，本发明涉及用于水核反应堆燃料组件的燃料棒，包括包壳和在包壳中的一摞烧结燃料芯块，烧结燃料芯块中的至少一个是如上所述的芯块。

根据另一方面，本发明涉及水核燃料反应堆组件，包括构架和燃料棒的束，其中燃料棒中的至少一个是如上所述的燃料棒。