[发明专利]快中子反应堆燃料棒

说明书

本发明涉及核技术，并且可以在制备用于利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中使用。本发明的技术效果是减少每个燃料棒消耗的金属量。在快中子反应堆燃料棒（包括设置在密封壳体中的核燃料和间隔件元件，所述壳体呈薄壁管状钢外壳和端部部分的形式，所述间隔件元件在所述外壳的外表面上以大节距缠绕成线圈并且在端部部分上固定到燃料棒的端部）中，所述间隔件元件呈围绕其纵向轴线扭转的金属带形式，所述带的宽度近似等于核反应堆的燃料组件中相邻燃料棒之间的最小距离，所述带的横截面面积在围绕所述截面描述的圆的面积的0.1至0.5倍的范围之内。

技术领域

本发明涉及核技术，并且可以在制备燃料棒和护套燃料组件中使用，所述燃料棒和护套燃料组件用于利用液态金属冷却剂的快中子反应堆的堆芯。

背景技术

已知用于形成利用液态金属冷却剂的快中子反应堆的燃料组件的燃料棒。燃料棒包括布置在气密密封的容器中的核燃料，所述容器呈由铬钢制成的薄壁管状外壳和端部部件的形式。燃料棒还包括呈线材形式的间隔件元件，该间隔件元件沿着外壳的外表面缠绕成宽节距线圈，并且该间隔件元件在燃料棒的端部处被固定到外壳或固定到端部部件。所述间隔件元件构造成形成呈成束的平行燃料棒形式的燃料组件，燃料棒在燃料组件的横截面上规则地（以预定的相对节距）间隔开并且布置在燃料组件护套内部。该燃料棒和燃料组件构造已经成功地接收在BN-类型的钠冷却的快中子反应堆中。在BN-类型的反应堆中，燃料棒外壳的外直径在从5.9 mm至7.5 mm的范围中变化，外壳厚度是大约0.3 mm，并且用于生产间隔件元件的线材的直径是大约1 mm，所述间隔件元件在燃料组件的三角形阵列内限定相邻燃料棒的外壳之间的最小距离。然而，当在用于所设计的利用铀-氮化钚燃料的铅冷却的快中子反应堆的燃料组件中使用时，这样的燃料棒构造具有缺点。这些缺点产生的原因是，为了提供这样的反应堆堆芯的最佳特性，相邻燃料棒的外壳之间的距离远大于液态金属冷却的BN反应堆中相邻燃料棒的外壳之间的距离。例如，用于所开发的BR-1200反应堆的外壳的外直径可以大于10 mm，并且燃料组件中相邻燃料棒之间的距离可以大于3 mm。在这种情况下，当使用用于BR-1200反应堆的燃料棒的已知构造时，围绕薄壁管缠绕直径大约3 mm的不锈钢线材。这样的燃料棒构造显著地增大了每个燃料组件消耗的金属含量，因此使反应堆堆芯的中子和物理特性劣化。此外，在特定的张力下在薄壁外壳的表面上缠绕的粗线材会使燃料棒的几何形状显著变形，例如，燃料棒的几何形状会扭曲或以其它方式变形。这样的燃料棒构造的另一缺点是，间隔件元件在其横向截面平面中是刚性的。

已知用于形成燃料组件的燃料棒，所述燃料组件用于用液态金属冷却剂的快中子反应堆，所述燃料棒包括核燃料和间隔件元件，核燃料设置在呈具有端部部件的薄壁钢外壳形式的气密密封的容器中，间隔件元件布置在外壳的外表面上并且固定到燃料棒的端部（GB1459562）。间隔件元件是呈弹簧形式的线材线圈，该线圈进而围绕外壳外表面缠绕成宽节距线圈。这样的构造有助于在每个元件消耗相对少的金属的情况下保持燃料组件的相邻燃料棒之间的期望距离。然而，为了生产燃料棒中的具有这样的构造的间隔件元件，使用具有长度比燃料棒的长度长若干倍的相对细的线材。这就是为什么当反应堆堆芯的金属冷却剂被加热到高达操作温度时，总线材长度大大增加，从而导致线圈可能的局部几何变形并且导致线圈线匝（coil turns）相对于燃料棒外壳的表面移位。因此，增加了在可移动的弹簧线匝与燃料棒外壳之间的接触点处形成的多个焦点磨损-腐蚀点的风险。