[发明专利]蜂窝煤型燃料组件及小型车载长寿命铅铋冷却快堆堆芯

说明书

蜂窝煤型燃料组件及小型车载长寿命铅铋冷却快堆堆芯，堆芯设计功率20MW，寿期20年，可实现车载运行，作为偏远地区军事或民用供电；该蜂窝煤型燃料组件由上下贯通的冷却剂通道管、通道管外壁铅铋涂层、燃料区、上下反射层、燃料上部空腔、上下封头组成；共有冷却剂通道半径不同的三种蜂窝型燃料组件；反射层组件、屏蔽层组件均采用蜂窝型结构；控制组件以及安全组件采用创新型液体吸收材料控制；基于对堆芯参数的计算研究，优化堆芯，并对堆芯中子学和热工水力进行评价分析；设计目标堆芯18年满功率运行，负荷因子0.9，堆芯体积重量满足车载运输限制，在堆芯寿期运行过程满足堆芯热工设计限值以及安全性要求。

技术领域

本发明属于核反应堆工程技术领域，具体涉及蜂窝煤型燃料组件及采用蜂窝煤型燃料组件的小型车载长寿命铅铋冷却快堆堆芯。

背景技术

根据国家核实验室(NNL)进行的全球市场评估研究，小型模块化反应堆(SMRs)具有非常大的市场潜力，如果经济效益可观，到2035年，小型模块化堆的市场竞争规模估计约为65-85GWe。SMR的特点包括较低的投资建造成本，适合小型电网，减少基础设施和员工需求，可根据需要增加容量，以及非电力应用(饮用水生产，区域供热或制氢等)。近年来国际上已经提出基于加压水反应堆(PWR)，沸水反应堆(BWR)，液态金属冷却快堆(LMFR)，气冷快堆(GFR)和熔盐反应堆的各种SMR设计概念技术。液态金属冷却快堆(LMFR)相比于其他概念技术因为冷却剂常压下运行以及燃料和堆芯构件负的膨胀反应性反馈而具有更强的安全性和经济性。国际上提出了多个液态金属冷却快堆堆芯概念，包括日本东芝公司和中央电力工业研究所共同开发的设计功率为30MW，寿期为30年的4S(Super-Safe，Small andSimple)钠冷快堆；美国提出的一些列STAR(Secure Transportable Autonomous Reactor)模块化快中子堆，2011年，阿贡国家实验室(ANL)开发改进名为SUPERSTAR的300MWth STAR铅冷冷却池式小型模块化快堆。SUPERSTAR采用15年长寿命堆芯，一次冷却剂系统采用100％自然循环和S-CO2布雷顿循环功率转换器；俄罗斯物理与动力工程研究所基于核潜艇反应堆的开发技术，提出SVBR-100堆芯设计概念。SVBR-100是一台280MWth的铅铋冷却的小型模块化快堆，不换料运行8年。对比分析提出的多种堆芯概念可以看出SMRs大多设计为长寿命堆芯，运行寿期内不换料，铅/铅铋因惰性化学性质、强的热传导性、有自然循环能力等特点，被作为主要的SMRs的冷却剂。

发明内容

本发明提供了蜂窝煤型燃料组件及小型车载长寿命铅铋冷却快堆堆芯，堆芯热功率20MW，连续不换料满功率运行18年，可车载成为一个可以远距离无障碍运输的移动电力生产设备，用途为偏远地区人口10000左右的供电或者军事特定武器持续供电等。该堆芯具有堆芯体积小、重量轻、可实现车载、长寿命、安全性高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种蜂窝煤型燃料组件，所述燃料组件包括结构相同但直径不同的三种组件，其截面呈六边形；结构包括组件壁1，组件壁1内沿轴向均匀排布的冷却剂通道2，组件壁1内、冷却剂通道外的区域沿轴向包括：中部的燃料区3，燃料区3上部的燃料上部气腔4，燃料上部气腔4上部的上反射层5-1，燃料区3下部的下反射层5-2，上反射层5-1上部的上封头6-1，下反射层5-2下部的下封头6-2。

燃料区的冷却剂通道由燃料区冷却剂通道7、燃料区冷却剂通道壁8及燃料区冷却剂通道壁面与燃料区之间的LBE包层9组成，燃料区冷却剂通道上下贯通。

所述冷却剂通道2的数量为37个。

所述燃料区3材料采用富集度为19.75％的UO2；所述燃料上部气腔4内充有氦气；所述上反射层5-1和下反射层5-2材料为MgO；所述上封头6-1和下封头6-2材料为T91不锈钢。