[发明专利]一种减小PCI效应的液态铅铋冷却小型反应堆用燃料棒

说明书

本发明公开了一种减小PCI效应的液态铅铋冷却小型反应堆用燃料棒，包括柱状壳体，柱状壳体内在轴向上依次布设有多个燃料芯块，芯块包括芯块底座，芯块底座上方设有柱状燃料主体部，芯块底座下方设有用来与相邻燃料芯块的柱状燃料主体部卡合的卡合部，相邻两个芯块底座与柱状燃料主体部以及柱状壳体之间的空间形成包容燃料芯块区释放能量过程中所产生的裂变气体和裂变产物的气体容纳部，芯块底座的外径与柱状壳体的内径相配合。通过设置卡合部，固定相邻芯块，通过与柱状壳体内径相匹配的芯块底座将芯块固定在柱状壳体内，通过气体容纳部，有效包容燃料芯块释放裂变气体和裂变产物，减小PCI效应，防止燃料包壳破裂，有利于延长燃料棒使用寿命。

技术领域

本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种减小PCI效应的液态铅铋冷却小型反应堆用燃料棒。

背景技术

福岛事故后随着对核电安全要求的提高，小型反应堆因其固有安全、设计简单、具有规模经济性等优势，重新引起人们的关注。由于不同国家的国情不同，对小型堆应用的领域和目标也有所不同。对发展中国家而言，由于其经济实力发展相对较弱、电网容量较小，大型核电建设较适合少数经济发达的大国。而小型堆由于其建设周期短、运行相对简单安全、一次性投入少的特点，适合发展中国家电力需求，成为国际研发的热点。

核反应堆堆芯材料需要在长时间在高温、高应力、高辐照通量和腐蚀环境等极端条件下长期稳定工作，因此安全性一直是核能开发与应用中的核心问题。随着燃耗的逐渐加深，一些潜在的危险将威胁到燃料元件的完整性，从而降低了燃料元件运行寿命。破坏燃料棒完整性的主要因素是芯块-包壳管之间的相互作用(Pellet-Cladding Interaction，PCI)，即在燃料棒的使用过程中，芯块与包壳之间可能发生的机械相互作用和燃料棒内的裂变产物与包壳的化学相互作用的总称。PCI是燃料棒包壳腐蚀开裂的成因之一，甚至可以导致燃料破损。解决这一影响因素的传统方式是将包壳管内壁衬纯锆层，二者通过冶金技术结合，从而达到缓和PCI效应中包壳管内壁产生的应力的目的。

裂变气体释放量增加是高燃耗燃料组件的基本特征之一。裂变气体堆积成气泡引发燃料肿胀，气泡的尺寸大小是影响辐照肿胀的重要因素，也是决定PCI效应的关键因素。因此，要求燃料组件在使用寿命结束之前能够容纳足够的气体。目前主要是对燃料芯块采用蝶形设计来控制PCI效应。本专利所提出的燃料芯块几何结构独特设计的一种液态铅铋冷却小型反应堆用减小PCI效应的燃料棒未见文献报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种具有中子经济性好且能减小PCI效应的液态铅铋冷却小型反应堆用燃料棒。

为解决该问题，本发明所采用的技术方案是：

一种减小PCI效应的液态铅铋冷却小型反应堆用燃料棒，包括柱状壳体2，所述柱状壳体2内在轴向上依次布设有多个燃料芯块1，所述芯块1包括芯块底座11，所述芯块底座11上方设有柱状燃料主体部12，所述芯块底座11下方设有用来与相邻燃料芯块1的柱状燃料主体部12卡合的卡合部13，相邻两个芯块底座11与柱状燃料主体部12以及柱状壳体2之间的空间形成包容燃料芯块区1释放能量过程中所产生的裂变气体和裂变产物的气体容纳部14，所述芯块底座11的外径与柱状壳体2的内径相配合。

进一步地，所述卡合部13为位于芯块底座11下方的环状凸起，所述环状的内周形状与柱状燃料主体部12的外周形状相匹配。

进一步地，所述柱状燃料主体部12为圆柱状，所述卡合部13为圆环。

进一步地，所述芯块底座11半径r与柱状燃料主体部12半径r1比为r:r1＝1.06～4.75。

进一步地，所述芯块底座11半径r与柱状燃料主体部12的高度H比为r:H＝0.648～1。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：