[发明专利]允许达到钚平衡循环的压水核反应堆运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆运行方法。

背景技术

乏核燃料组件的再处理使得大量钚可用。

长时间以来，已经提出使用这种钚以使钚与铀混合和因此构成核燃料。这些在辐照前含有氧化铀和氧化钚的混合物的燃料一般被称为MOX(Mixed Oxide)燃料(混合氧化物燃料)。

含有这种MOX燃料的组件，在后文被称为MOX组件，已经被装载在核反应堆堆芯中，在堆芯中，它们与其核燃料在辐照前未含有氧化钚而仅含有氧化铀的组件共存。这种组件下文将被称为UO₂组件(氧化铀燃料组件)，它们含有的燃料被称为UO₂燃料(氧化铀燃料)。装载有MOX燃料组件和UO₂燃料组件的核反应堆堆芯下文将被称为混合堆芯。

钚的同位素和铀的同位素具有相当不同的中子特性，尤其是有效截面的差异。

鉴于这些中子特性差异使得用MOX燃料简单地完全代替UO₂燃料以实现MOX组件成为不可能，文献FR-2693023描述了一种分区MOX组件，即其核燃料棒具有相同的钚同位素组分(或载体)，也就是说，在钚的每种构成同位素的各自的质量分数百分比以及从组件的一个区域到另一个区域的不同的额定总质量含钚量方面具有相同的组成。

因此，额定总质量含钚量在组件表面上比在组件中心更小，在组件边角部还要更小。这允许在核反应堆堆芯中、尤其是在与UO₂组件相邻的MOX组件的周边燃料棒中，获得可接受的线功率密度的径向分布。

此外，如该文献所述的，来自再处理的钚具有一种同位素组分，该同位素组分变化很大，尤其根据在再处理之前初始的铀235富集度、燃料的燃耗及燃料的贮存时间变化很大。

为弥补这种同位素组分差别可能导致的中子性能差别，已经建立能量等效关系式，以便对于不同的同位素组分确定与基准铀235含量相对应的钚的额定总质量含量。这些等效额定总质量含量可补偿同位素组分差别，在相同类型的燃料管理中达到相同的燃(英文为burn-up)耗。等效关系式使用等效系数，等效系数取决于所考虑的MOX燃料的同位素组分，即取决于钚的同位素组分和与钚相关的铀的铀235含量。

这些等效关系式例如在国际原子能署于2003年在Technical Reports Series no.415(技术报告第415号)发行的标题为“Status and Advances in MOX Fuel Technology(MOX燃料技术的现状和发展)”的文献的第41至43页述及。

举例来说，下表根据燃料的铀235初始富集度、燃料所达到的燃耗，在其第一部分中明确说明来自压水反应堆用的UO₂燃料组件的再处理的钚的典型组分，再处理前的贮存时间对于表中列举的所有例子都是相同的。

所述表在其第二部分(最后一条线)中明确说明额定总质量含钚量，其允许达到与铀235质量富集度达3.70％的UO₂组件相同的燃耗，因而允许补偿钚质量的降低：减少裂变同位素(钚239和钚241)的数量，增加吸收增殖同位素(钚238、钚240、钚242和镅241)的数量。

鉴于可用的越来越大的钚数量，一些电厂希望建造的新核反应堆可被装填直到50％的MOX组件。

文献US-6233302描述了一种核反应堆，其中，堆芯中装填的所有核燃料组件装纳MOX燃料。为确保线功率密度的均匀径向分布，这些燃料组件始终具有分区结构，另外还具有不含氧化钚的核燃料棒，所述核燃料棒的核燃料除由制造产生的不可避免的杂质以外，还含有可消耗的中子毒物如氧化铒。

但是，这种反应堆不允许钚的最佳使用，这些燃料组件实施昂贵且复杂。

发明内容

本发明的一目的在于通过提出一种压水核反应堆运行方法来解决这个问题，这种方法很有效，以能够使用更多的钚，并且效率提高而成本更低。

为此，本发明的目的在于一种根据权利要求1所述的方法。

根据一些具体实施方式，所述方法可具有单独地或根据所有技术上可能的组合采用的权利要求书2至15的特征中的一个或多个。

附图说明

通过阅读在下面仅作为例子给出的和参照附图进行的说明，本发明将得到更好地理解，附图如下：

-图1是示意图，示出压水核反应堆；

-图2是俯视示意图，示出图1核反应堆的堆芯中的核燃料组件和控制棒束组件的可能分布；

-图3是图1核反应堆的堆芯的一个核燃料组件的侧视示意图；