[发明专利]具有优异的耐压缩性和减少的表面缺陷的核燃料烧结芯块

说明书

本发明旨在提供一种具有优异的耐压缩性和减少的表面缺陷的核燃料烧结芯块，该核燃料烧结芯块为圆柱状，该芯块的上表面和下表面包括：中央具有一定的曲率的球形凹槽形成的碟形凹陷(dish)；沿碟形凹陷的边缘形成的水平环面的脊部(land)以及沿脊部的边缘以一定角度切削棱角的形态形成的倒角(chamfer)。上述倒角包括靠近脊部边缘的第一倒角和沿第一倒角的边缘另外切削形成的第二倒角。

技术领域

本发明涉及烧结芯块(fuel pellet)，尤其是涉及一种在核电站中使用的具有优异的耐压缩性和优异的表面缺陷减少性能的烧结芯块的形状。

背景技术

核电站中使用的核燃料通常由包壳内堆叠烧结芯块的形态构成，其中烧结芯块主要使用UO₂粉末制备。近来，为了提升核电站的经济性，考虑高燃烧、长期运行，因此，核电站的运行环境变得更加严苛，高性能核燃料的开发需求不断增长。

尤其是在烧结芯块制造过程或移动过程中，由于各种外部冲击和接触等原因而产生表面缺陷，该缺陷部位上的应力过度集中，导致烧结芯块开裂，而在现有技术中，由于PCMI损伤、烧结芯块的缺陷部位上裂变气体(fission gas)的聚集造成的烧结芯块破损等问题凸显，这已成为日益严苛的核电站运行环境中的重要问题。

因此，为改善使核电站的核燃料中的表面缺陷减少的性能，已经进行了大量研究，特别是已经对可以在高燃烧/长周期运行中确保核燃料的完整性的烧结芯块的形状进行了许多研究。烧结芯块由中心部分的碟形凹陷(dish)、端部的倒角(chamfer)以及连接碟形凹陷和倒角的脊部(land)构成。特别是作为烧结芯块的端部的倒角通过一定角度与端部连接，起到使烧结芯块的破损最小化的作用，但是现有的商用烧结芯块中仍然有很多表面缺陷，因此对倒角角度的改变进行了大量研究。

然而，仅通过改变倒角的角度难以提高使表面缺陷减少的性能，并且考虑到随角度改变的发电效率难以补偿烧结芯块的损失，因此还对碟形凹陷、脊部的改变进行了研究。

因此，本申请人旨在提供一种烧结芯块，在进行表面缺陷降低性能的研究中，通过结合倒角的角度以及脊部长度的变化表现出比以往更优异的使表面缺陷减小的性能。

[现有技术文献]

大韩韩国注册专利公报第10-0982664号(注册日：2010.09.10)

发明内容

技术问题

因此，本发明是为了解决上述问题而提出的，并且本发明的目的是提供一种具有改善表面缺陷降低性能的烧结芯块，通过将该烧结芯块设计双倒角用于核电站的堆芯。

解决技术问题的手段

为了实现上述目的，设计成双倒角，本发明的烧结芯块的形状如下。

在烧结成型体的过程中，倒角由于烧结芯块的致密化而变平，双重倒角中角度小的新倒角迁移至芯块的中心，从而降低由表面缺陷造成的风险。此时，在碟形凹陷与第一倒角之间必须存在倾斜度为0°的脊部。在现有的双倒角相关专利中，由于不存在脊部，而由倒角直接过渡到碟形凹陷，此时应力集中在碟形凹陷中的倒角起始位置，对降低表面缺陷性能没有明显效果。另外，通过增加脊部，减少了烧结芯块的损失，提高了发电厂的效率。

因此，在本发明中，脊部置于倒角与碟形凹陷之间，通过倒角的角度变化以及脊部长度的改变，来提升减少表面缺陷的性能。

发明效果

本发明的烧结芯块，通过控制倒角角度以及脊部长度，而使减少表面缺陷性能优异，包壳能够承受高压缩强度，提高了烧结芯块的完整性，即使在高燃烧、长周期的运行环境下也能够有效地使用。

附图说明

图1为本发明的烧结芯块的顶部剖面图；