[发明专利]一种钍基燃料组件及小型压水堆

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种钍基燃料组件及小型压水堆。

背景技术

小型压水堆具有系统简化、运行灵活等突出优点，其用途非常广泛，例如：边远地区及海上供电、低温供热、海水淡化及其他用途水电热联产等。为了提高经济性及市场竞争力，其换料周期需要达到5~10年，并且采用整体式换料方式，与核电厂采用的12~18个月批次换料存在较大差别。

目前，小型压水堆堆芯设计主要通过增加可燃毒物装量及控制棒布置数量，或采用核电厂在冷却剂中添加硼酸方式，来提高堆芯反应性控制能力，以增加循环长度。这些措施会导致堆芯装载方案设计复杂化，并且堆芯换料周期还远达不到5~10年，同时还削弱了小型压水堆的经济性和安全性优势。因此，非常有必要针对小型压水堆堆芯运行特点，即运行功率不定、频繁停堆等，提出新型的堆芯组件及设计方法，在保证其系统简化、运行灵活等优势的条件下，使其换料周期达到5~10年，从而提高其经济性及市场竞争力。

发明内容

本发明的目的是提供一种换料周期达到5~10年的钍基燃料组件，以解决现有堆芯换料周期达不到5~10年的问题。

此外，本发明还涉及由钍基燃料组件组成的小型压水堆。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种钍基燃料组件，包括若干燃料棒、导向管，所述燃料棒的燃料芯体为钍基燃料芯体。

现有的小型压水堆堆芯设计主要通过增加可燃毒物装量及控制棒布置数量，或采用核电厂在冷却剂中添加硼酸方式，来提高堆芯反应性控制能力，以增加循环长度。这些措施会导致堆芯装载方案设计复杂化，并且堆芯换料周期还远达不到5~10年，同时还削弱了小型压水堆的经济性和安全性优势；本发明所述的钍基燃料芯体具体是指一种以二氧化钍为主的燃料芯体，用中子轰击钍可以得到²³³U。本发明充分利用²³²Th能使堆芯中子能谱硬化的中子学特性，实现更低的堆芯初始反应性，更为平缓的反应性随燃耗变化曲线，从而具有更强的反应性控制能力，增加了循环长度，进而延长了堆芯换料周期。

进一步地，钍基燃料芯体以二氧化钍为基体，在二氧化钍基体中掺入²³⁵U丰度为20%的UO₂燃料或²³⁹Pu丰度为18%的PuO₂燃料。

进一步地，导向管的外径与燃料棒的外径相同。

优选地，将燃料棒的外径设置约为9.1mm，采用大尺寸燃料棒与钍基燃料芯体的配合，可以使使堆芯中子能谱显著硬化，转化能力大幅提升。

进一步地，相邻导向管、燃料棒之间以及相邻2个燃料棒之间的间距为1.0mm。

即钍基燃料组件采用稠密栅格布置，进而提高了小型压水堆内的钍基燃料组件的数量，不仅能进一步地使堆芯中子能谱显著硬化，转化能力大幅提升，而且能够提高钍基燃料组件的反应性控制能力，增加循环长度，延长堆芯换料周期。

进一步地，燃料棒、导向管按照正方形栅格均匀排列，构成正方形燃料组件，外围有正方形组件盒。

进一步地，燃料棒、导向管按照三角形栅格均匀排列，构成正六角形燃料组件，外围有正六角形组件盒。

一种如上述钍基燃料组件组成的小型压水堆，包括若干正方形燃料组件或正六角形燃料组件。

进一步地，小型压水堆采用控制棒控制堆芯后备反应性及其亏损补偿，反应堆采用周期性运行模式。

反应堆采用周期性运行方式，即每功率运行若干天，停堆约30天以上。本发明提出的燃料组件及小型压水堆，具有较强的反应性控制能力及较高的堆芯转换能力，从而获得更长的换料周期，显著提高了中子经济性及安全性，周期性运行，保证了堆芯内²³²Th吸收中子产生的²³³Pa，能够充分衰变生产²³³U，降低了²³⁵U的消耗速率，使堆芯循环长度进一步延长。综上所述，采用钍基燃料稠密栅格燃料组件的小型压水堆，换料周期能够大幅延长，从而显著提高其经济性。

综上，本发明的有益效果是：

1、与常规燃料组件及其相应小型压水堆相比，由于本发明的燃料芯体采用钍基燃料，充分利用了²³²Th的中子学特性，实现了更低的初始反应性，更为平缓的反应性随燃耗变化曲线，从而具有更强的反应性控制能力。