[发明专利]一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒

说明书

本发明公开了一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，所述实验燃料棒包括上端盖、棒体、燃料和源项；所述棒体为一端开口的中空结构，所述棒体与上端盖可拆卸式连接，所述棒体与上端盖连接后内部形成密封腔体；所述燃料和源项均匀混合装载在棒体内，所述燃料采用非放同位素颗粒，所述源项采用非放同位素元素颗粒。本发明将燃料和源项密封在棒体内，可近似模拟燃料和源项在严重事故后发生的相互反应和释放过程。本实验燃料棒不带放射性，加工方便，易于安装操作，非常适合源项释放特性研究。

技术领域

本发明涉及严重事故实验设备技术领域，具体涉及一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒。

背景技术

核反应堆在正常运行条件下，由核裂变产生的源项主要聚集在燃料芯块与包壳的间隙，以及燃料芯块的晶间中。当核反应堆发生严重事故后，随着燃料元件温度持续升高，挥发性源项以气体形式从芯块晶间析出，以气泡形式存在于晶间或晶内，并由径向相温度较低区域运动。可溶性氧化物源项主要固溶在燃料基体中，还有一部分氧化物在燃料基体中会达到极限溶解度，沉淀在燃料基体中，有些源项不易发生氧化，会以金属态沉淀在燃料基体中。随着温度升高，燃料包壳发生破裂，燃料芯块和包壳气隙间积聚的易挥发性源项，不易挥发溶解/沉淀在燃料基体中的源项，随着燃料基体释放出来。源项从燃料元件中的释放特性是堆芯严重事故缓解控制措施的基础性关键参数，需要通过实验进行准确研究。真实的燃料元件带有强放射性，并且其释放的源项也带有强放射性，使得实验开展难度很大。而采用非放同位素开展源项释放特性实验，又难以模拟源项的释放过程。因此，亟需创新源项释放实验方法，开发出新的源项释放特性研究的实验燃料棒。

经调研，目前国际上针对严重事故源项释放特性研究的实验燃料棒是采用乏燃料棒作为研究对象。乏燃料棒带有非常强的放射性，获得困难，实验过程困难，使得实验研究受到较大局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，该实验燃料棒不带放射性，并且接近真实源项释放过程，能够用于研究不同堆型和不同燃耗严重事故各种源项释放特。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，包括上端盖、棒体、燃料和源项；

所述棒体为一端开口的中空结构，所述棒体与上端盖可拆卸式连接，所述棒体与上端盖连接后内部形成密封腔体；

所述燃料和源项均匀混合装载在棒体内，所述燃料采用非放同位素颗粒，所述源项采用非放同位素元素颗粒。

本发明所述棒体为一端开口的中空结构，用于盛放所述的燃料和源项，所述棒体与上端盖可拆卸式连接，用于拆装实验燃料棒，在实验过程中装载所需的燃料和源项，所述燃料和源项都采用非放同位素，比如UO₂芯块燃料元件，燃料采用UO₂、ZrO₂、Zr混合物，源项采用I、Cs、Mo、Ru、La、Ce、Sr、Ba等，混合比例根据研究燃耗决定，使得实验过程不带放射性，可根据研究堆型和燃耗，选择燃料和源项的比例，实现不同堆型和不同燃耗的各种源项释放特性研究。

本发明所述实验燃料棒可实现冷态条件下装料，在常温惰性条件下，可精确装载易挥发性源项(I、Cs等)和不易挥发源项(Mo、Ru、La、Ce、Sr、Ba等)，根据研究要求比例尽量装满，可同时研究各种常温固态或液态源项的释放特性。

本真实情况为：严重事故条件下，释放在燃料芯块与包壳的间隙，以及燃料芯块的晶间中裂变产物源项在包壳中发生相互作用，包壳破损后，源项释放出来。

本发明通过将非放燃料和源项封在实验燃料棒内，在实验时对实验燃料棒外部进行加热，燃料和源项在棒体内发生相互作用，实验燃料棒破损后，源项释放出来。

可见，实验燃料棒源项释放过程接近真实源项释放过程。