[发明专利]一种具有展平堆芯轴向功率功能的非均匀MA嬗变棒

说明书

本发明公开了一种具有展平堆芯轴向功率功能的非均匀MA嬗变棒，包括：UOsubgt;2/subgt;燃料芯块，其外部设置有supgt;6/supgt;LiD和MA核素混合层，所述supgt;6/supgt;LiD和MA核素混合层的外部设置有气隙层，所述气隙层的外部设置有锆合金包壳；沿非均匀MA嬗变棒的轴向设置有奇数段的supgt;6/supgt;LiD和MA核素混合层；其中，第n+1段的supgt;6/supgt;LiD和MA核素混合层厚度最大，从第1段到第n+1段，supgt;6/supgt;LiD和MA核素混合层的厚度逐段递增；从第n+1段到第2n+1段，supgt;6/supgt;LiD和MA核素混合层的厚度逐段递减。本发明提供的非均匀MA嬗变棒提升了MA核素的嬗变率和裂变率，不会影响堆芯的安全性，还对堆芯轴向功率具有展平作用。

技术领域

本发明属于压水堆核燃料嬗变组件技术领域，更具体地说，本发明涉及 一种具有展平堆芯轴向功率功能的非均匀MA嬗变棒。

背景技术

自二十世纪三十年代，人类首次发现了核裂变现象，到四十年代第一个 可控链式核反应堆被建立，核能开始逐步进入到人们的视线中。五十年代核 反应堆第一次将核能转化为电能，自此核电站正式开始进入到人们的生活。 从六十年代之初到现在，世界核电事业进程跌宕起伏，如今第四代核能系统 正在逐步建立并迅速发展。

随着核电站反应堆被大量投入运营，乏燃料储量也会因核电使用越来越 广泛而不断增加，这使得乏燃料的处理成为了一个重要问题，特别是乏燃料 核心中的²³⁷Np、²⁴¹Am、²⁴³Am和²⁴⁴Cm等半衰期为数百万年的次锕系核素 (minor actinides,简称MA)，中国工程院在《2050年我国的能源需求》的咨 询研究报告中明确指出,到2050年，我国的核电约占一次能源总量的比例要 求上升到12.5％。随着压水堆核电站运营和在建机组数量的不断增长，可预 见的是乏燃料的年产量将不断增加。如果2030年核电装机总量达到 8000-10000万千瓦，届时乏燃料储存量将达到2至2.5万吨，其中的MA核 素为16到20吨，MA核素半衰期极长，是乏燃料的远期风险的重要原因。

目前可以用来进行嬗变的堆芯有很多，热中子堆、快中子堆，次临界反 应堆等反应堆都可以用来嬗变MA核素，但从现今世界核电发展情况来看热 中子反应堆主要是其中的压水堆的技术已经十分成熟，是如今世界上在运行 数量最多的商用反应堆，因此热中子反应堆，特别是压水反应堆，在可预见 的未来一直会是世界上主流的反应堆。因此，研究加压水堆中的次锕系元素 嬗变性能关系到核能大规模可持续发展的重要研究课题。

如果想妥善处置放射性废物特别是其中的次锕系核素，则必须通过人为 干预的方法，否则只有将其深埋处理，直到放射性废物衰变至无害。放射性 废物也分为低、中、高放废物中，次锕系元素是高放废物主要成分之一，虽 然MA核素仅占放射性废物总量的0.08％，但是MA核素的危害相较于其他 放放射性废物要大的多，深埋等处置方法对于次锕系核素来说并不能有效解 决其对人类及环境潜在的威胁。

当前对乏燃料中MA核素的后处理技术主要是分离嬗变技术。该技术首 先将长寿命锕系核素分离出来，然后再集中起来放到反应堆中进行嬗变，使 其转变为稳定或短寿命的核素。由于MA核素在中高能区的裂变和俘获截面 更大，因此当堆芯中添加MA核素时会对堆芯参数产生影响。因此，需要一 种MA嬗变棒结构，并且这种MA嬗变棒在放入反应堆进行嬗变时不会对反 应堆堆芯参数产生影响。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说 明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有展平堆芯 轴向功率功能的非均匀MA嬗变棒，包括：