[发明专利]核电宝用燃料组件及固态燃料片的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于核工程领域，尤其涉及一种小型核反应堆燃料组件及固态燃料片的制造方法，适用于液态金属反应堆、压水堆等堆型。

背景技术

国际原子能机构(IAEA)将“小型”核电机组定义为300MWe以下的机组，其开发运用已经有几十年的历史。近年来，为了满足工业的电力负荷需求，满足那些远离主电网的偏远地区用电需求，国际原子能机构启动了小型反应堆的开发计划。在第四代国际论坛GIF提出的第四代核能系统概念中至少有一半属于中小型反应堆。

小型反应堆燃料周期长，无需进行厂内换料，能够为实现燃料供应、国家能源安全以及核不扩散的承诺提供保障。中科院核能安全技术研究所采用铅基反应堆核心技术设计的只有集装箱大小的迷你型核电源装置“核电宝”，满足了海岛海洋平台、偏远地区分布式供电需求。

传统商业堆燃料组件为正方形结构，燃料棒之间通过搁架进行定位，这种燃料组件结构比较适合于大功率、水为慢化剂的反应堆，缺点是燃料在堆芯内的体积份额较小，且容易由于流致振动造成包壳管破裂。对于小型核反应堆，改变燃料组件结构提高燃料份额，并通过结构设计避免流致振动是发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核电宝用燃料组件，以提高燃料份额，避免传统反应堆存在的流致振动问题。

本发明的目的还在于提供一种核电宝用燃料组件的固态燃料片的制造方法。

为此，本发明一方面提供了一种核电宝用燃料组件，包括六角形外壳、固态燃料片、冷却剂管、上封板、下封板、以及压紧弹簧，其中，所述固态燃料片为内部有圆孔的六角形结构，冷却剂管为空心圆管，插入所述固态燃料片的圆孔，其中，所述冷却剂管与所述下封板焊接，所述下封板和所述上封板分别与所述六角形外壳的两端焊接，所形成的密闭空间由填充气体进行填充。

进一步地，上述六角形外壳、冷却剂管、上封板、下封板为同种材质金属材料，所述固态燃料片为含铀或含钚材料，充填气体为氦气。

进一步地，上述六角形外壳的加工工艺包括以下步骤：利用线切割截取预定长度的六角形外管、切割断面去毛刺、以及清洗工件，其中，线切割过程的夹具为弹性材料，其夹持部位的接触面积大小满足：切割过程避免出现夹持部位变形，其中，切割断面去毛刺采用刚玉砂纸打磨。

进一步地，上述清洗工件依次包括以下步骤：表面活性剂温水超声清洗、丙酮清洗、温水冲淋、冷水清洗、蒸馏水清洗、无水乙醇清洗、以及晾干。

进一步地，上述冷却剂管的加工工艺与所述六角形外壳的加工工艺相同。

进一步地，上述燃料组件的组装工艺依次包括如下步骤：冷却剂管插入含圆孔的固态燃料片；冷却剂管与下封板焊接；整体装入六角形外壳；下封板与六角形外壳焊接；装入压紧弹簧和上封板；在充填气体气氛环境下焊接上封板与六角形外壳。

根据本发明的另一方面，提供了一种核电宝用燃料组件的固态燃料片的制造方法，包括以下步骤：将二氧化铀粉末混合料冷压制为外部正六角形中心有圆形通孔的粗胚，该粗胚用等离子火花烧结成具有一定对边距和厚度的陶瓷芯块；对陶瓷芯块进行机加工，获得各壁面平整光滑的六角形燃料片；以及用压缩气体对加工好的六角形燃料片进行吹扫清洗。

进一步地，上述机加工包括：对陶瓷芯块进行端面打磨、对端面打磨后的陶瓷进行圆孔加工、然后对圆孔加工后的陶瓷芯块进行六角形外形切割、然后对陶瓷芯块进行倒角加工。

进一步地，上述圆孔加工包括：用精雕机对打磨后的燃料片上端面进行钻小孔；完成全部贯穿孔加工后；更换钻孔稍大的钻头，在燃料片上端面钻小孔位置处钻孔至贯穿，完成全部贯穿孔加工。

进一步地，上述加工的六角形燃料片贯穿孔之间呈正三角形分布。

根据本发明的燃料组件由组件外壳、固态燃料片、冷却剂管等各部分组装组成。采用本发明所述加工工艺，可以得到壁面光滑平整、高尺寸精度要求的含孔正六角形燃料片产品，可以得到高燃料份额、易于导热的反应堆燃料组件。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明的燃料组件组装流程示意图；

图2为根据本发明的固态燃料片加工工艺流程示意图；

图3为根据本发明的固态燃料片加工工艺获得的六角形燃料片的示意图；

图4为根据本发明的燃料组件的结构示意图；以及