[发明专利]快中子反应堆燃料棒

说明书

本发明涉及核技术并可以被用于制备用于使用液态金属冷却剂的快中子反应堆堆芯的燃料棒和燃料组件。本发明的技术成果在于，减少燃料棒的金属含量，以及减少在核燃料燃尽期间出现在反应堆堆芯中的燃料棒壳体中的接触应力。在快中子反应堆燃料棒中(该燃料棒包含核燃料，该核燃料被设置在以钢制成的薄壁管状壳体和末端构件为形式的熔封容器中，该燃料棒还包括间隔元件，该间隔元件围绕该壳体的外表面成宽节距螺旋形缠绕，并且该间隔元件在燃料棒的末端被固定在壳体或末端构件上)，间隔元件的形式为薄壁管，且具有沿着其长度的纵向贯穿槽。根据本发明，该间隔元件由薄壁管或钢制薄带制成，该间隔元件的中间部分具有的形式是带有设定宽度的纵向贯穿槽的管，该间隔元件还具有末端构件，其形式是用于焊接到壳体或燃料棒接头上的圆柱形壳体的分段。

技术领域

本发明涉及核技术并且可以被用于制备用于使用液态金属冷却剂的快中子反应堆堆芯的燃料棒和燃料组件。

背景技术

已知一种用于形成使用液态金属冷却剂的快中子反应堆的燃料组件的燃料棒。该燃料棒包含核燃料，该核燃料被设置在以铬钢制成的薄壁管状壳体和末端构件为形式的熔封容器中。该燃料棒还包含管线形式的间隔元件，该间隔元件沿着该壳体的外表面成宽节距螺旋形缠绕，并且该间隔元件在该燃料棒末端被固定在壳体或末端构件上。该间隔元件被构造成呈平行燃料棒束的形式的燃料组件，这些燃料棒跨过该燃料组件的横截面而被规则地间隔开。燃料棒和燃料组件的这种构造在钠冷却的BN型快中子反应堆中已被成功采用。在BN型反应堆中，燃料棒壳体的外直径在5.9mm到7.5mm的范围内变化，壁厚度约为0.3mm，而被用于制造间隔元件的管线的直径约为1mm，该间隔元件限定了三角阵列的燃料组件中的相邻燃料棒的壳体之间的最小距离。然而，这种燃料棒构造在被用在使用铀-钚氮化物的被设计的铅冷却快中子反应堆的燃料组件中时具有缺点。出现这些缺点是因为，为了提供这种反应堆堆芯的最佳特性，燃料棒壳体和燃料棒芯块(pellet)的直径，以及会相邻燃料棒壳体之间的距离，具有更高的值。例如，用于已研制出的BP-1200型反应堆的壳体的外直径可以大于10mm，而在燃料组件中的相邻燃料棒之间的距离可以大于3mm。在这种情况下，在使用用于BP型反应堆的已知的燃料棒构造时，直径约3mm的不锈钢线围绕薄壁管缠绕。这种燃料棒构造显著地增大了用于燃料组件的金属消耗，因而造成了反应堆堆芯的中子和物理特性的恶化。此外，绕着薄壁壳体的表面以特定张力缠绕的沉重的管线可以造成燃料棒几何形状的显著形变，例如，燃料棒可被扭曲。这种燃料棒构造的另一缺点在于，在其横截面平面上，间隔元件是刚性的。这也是间隔元件的形变无法补偿在堆芯中的燃料辐照期间燃料的膨胀和燃料棒壳体直径的增大的原因。这也造成了燃料棒的薄壁壳体中的进一步的形变和张力，加速了点状腐蚀的过程，并增加了在壳体接触间隔元件的区域内壳体破裂的可能性。

已知一种用于构成使用液态金属冷却剂的快中子反应堆燃料组件的燃料棒，该燃料棒包含核燃料，该核燃料被设置在以薄壁钢制壳体和末端构件(1P8646791)形式的熔封容器中。该燃料棒还包括间隔元件，该间隔元件的形式为围绕该壳体外表面成螺旋形缠绕的管线，并且该间隔元件被固定至该燃料棒的末端构件。该间隔元件的管线沿着该燃料棒延伸并具有变化的直径-在该燃料棒的底部和上部管线直径为1.4毫米，而在该燃料棒的中央部分管线直径略小。这种燃料棒构造减小了其在燃料棒中央部分的壳体上的机械冲击，该壳体在燃料辐射期间承受了由照射诱发的剧烈膨胀。然而，这种构造具有与上述类似解决方案相同的缺点，该缺点大大限制了其在使用铅冷却剂的快中子反应堆堆芯中的应用。此外，燃料棒的已知构造在燃料刚刚烧尽时减小了燃料组件中央部分的横向刚度，从而导致燃料棒壳体变形。