[发明专利]用铀氢化锆燃料元件的动力堆

说明书

 技术领域

本发明涉及一种核反应堆堆芯设计，具体涉及一种采用铀氢化锆燃料元件的小型动力堆堆芯设计方案。

背景技术

由于铀氢化锆（U-ZrHx）燃料显著的固有安全性能，采用铀氢化锆（U-ZrHx）燃料的核反应堆堆芯具有以下特点：①具有很大的瞬发负温度系数，提供了氧化物燃料不具有的反应堆固有安全性；②燃料芯块含有慢化剂，可使堆芯设计得具有更佳的慢化能力和更高的功率密度，因而堆芯尺寸小、重量轻；③慢化剂与铀的比值增大，铀装量增加，能获得较高的卸料燃耗，延长堆芯寿期；④铀氢化锆元件的热导率高，中心温度低，储能少，有利于事故工况下的余热导出，进一步提高反应堆的安全性。如美国专利US4186050-A“Nuclear reactor cont improved nuclear fuel element consisting of zirconium hydride, uranium and erbium”中所述的“铀氢化锆燃料反应堆”就是一种采用铀氢化锆燃料的研究堆。

采用铀氢化锆燃料的研究堆，如脉冲堆（TRIGA堆）已在世界各国安全运行多年，脉冲堆（TRIGA堆）是一种典型的使用铀氢化锆燃料元件的研究堆。这种堆固有安全性高，即可稳态运行，又可脉冲或方波运行。由于脉冲堆有很大的瞬发负温度系数，在超瞬发临界直至正反应性引入量高达数元时，仍能安全进行脉冲运行，得到脉冲中子。脉冲堆可以用于中子活化分析、辐照试验、中短寿命同位素生产、燃料元件瞬态辐照试验、反应堆安全和动态特性研究、电子器件的瞬态辐照效应研究和脉冲中子照相技术研究等。典型的脉冲堆堆芯布置采用的是单燃料棒栅元的三角形布置方式。

目前，对采用铀氢化锆燃料元件的小型动力堆技术有所研究，如《核动力工程》2009年第30卷第3期发表的《铀氢化锆元件小型动力堆应用可行性分析》中，对铀氢化锆元件应用于小型动力堆的技术可行性进行了论证和分析，但只是对在动力堆中使用铀氢化锆燃料棒进行了相关研究，并没有形成实际的产品和堆芯设计方案。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有固有安全和长寿期的铀氢化锆燃料元件的动力堆。

本发明的技术方案如下：

一种用铀氢化锆燃料元件的动力堆，由正方形或六角形燃料组件构造成

堆芯，其特征在于：整个堆芯由52组燃料组件构成，铀质量的装载量为35%－45%，每组燃料组件均由排列成正方形或六角形、弥散有质量分额1%－3%铒可燃毒物和5%－40.5% ²³⁵U的铀氢化锆燃料棒和设置有导向管的组件单元所组成；堆芯按内部高铒含量燃料组件与外围低铒含量燃料组件布置，内部高铒含量燃料组件的铒可燃毒物含量为2.0%－3.0%，外围低铒含量燃料组件的铒可燃毒物含量为1.0%－2.0%，内部高铒含量燃料组件有36组，按正方形6×6排列，外围低铒含量燃料组件有16组，对称布置在该正方形6×6排列燃料组件的四周；在36组内部高铒含量燃料组件中，有20组燃料组件在导向管内装有控制棒，包括外围的其余32组燃料组件中，在导向管内不装控制棒；整个堆芯由不锈钢围板围绕封闭。

所述装有控制棒的20组高铒含量燃料组件，在堆芯内被分为5组，分别布置在6×6排列的高铒含量燃料组件的四个角区和中心区，其中位于四个角区的燃料组件为安全棒组件，位于中心区的燃料组件为补偿棒组件，相邻接的4个控制棒组件组成“联合控制”的控制棒束。

所述每组燃料组件，均由6×6个栅格位置的组件单元构成，其中有8个栅格位置的组件单元为8根导向管，分别对称布置在由6×6个栅格位置的组件单元所构成的正方形的四个角区，并位于该正方形的两根对角线位置上；该燃料组件内的其余28个栅格位置的组件单元为铀氢化锆燃料棒，其中在所述正方形的四个角区中，与导向管相邻的另两个栅格位置的组件单元为8根高功率栅格位置燃料棒，余下呈十字型的20个栅格位置的组件单元为低功率栅格位置燃料棒。

所述每组燃料组件，均由5×5个栅格位置的组件单元构成，其中有8个栅格位置的组件单元为8根导向管，分别对称布置在由5×5个栅格位置的组件单元所构成的正方形的四个角区，并位于该正方形的两根对角线位置上；该燃料组件内的其余17个栅格位置的组件单元为铀氢化锆燃料棒，其中在所述正方形的四个角区中，与导向管相邻的另两个栅格位置的组件单元为8根高功率栅格位置燃料棒，余下呈十字型的9个栅格位置的组件单元为低功率栅格位置燃料棒。