[发明专利]一种具有展平堆芯轴向功率功能的非均匀管式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管式MA嬗变棒，包括：中心层，其位于非均匀管式MA嬗变棒的中心，中心层外部设置有supgt;6/supgt;LiD/MA/UOsubgt;2/subgt;混合燃料层，supgt;6/supgt;LiD/MA/UOsubgt;2/subgt;混合燃料层的外部设置有气隙层，气隙层的外部设置有锆合金包壳；非均匀管式MA嬗变棒的轴向上设置有奇数段的supgt;6/supgt;LiD/MA/UOsubgt;2/subgt;混合燃料层，从非均匀管式MA嬗变棒的上端到中间位置，各段supgt;6/supgt;LiD/MA/UOsubgt;2/subgt;混合燃料层中的MA核素份额占比逐段递增；从非均匀管式MA嬗变棒的中间位置到下端，各段supgt;6/supgt;LiD/MA/UOsubgt;2/subgt;混合燃料层中的MA核素份额占比逐段递减。本发明提供的非均匀管式MA嬗变棒提高了MA核素的嬗变率，对堆芯的径向和轴向功率具有展平作用，可以改善堆芯内部中子通量过高，外部通量很低的情况，并降低堆芯内各组件的功率峰因子。

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管式MA嬗变棒。

背景技术

核废物的来源有很多，反应堆运行产生的乏燃料占了绝大部分。这其中 含有大量放射性废物，而放射性废物又可根据放射性水平分为低、中、高放 废物，以及按半衰期长短分为短、中、长三种。其中最受公众关注、最迫切 的问题是如何处置核电站产生的大量高放废物，特别是如何处置长寿命高放 废物(Long-lived High Level Wastes，简称LHLW)。

长寿命高放废物包括次锕系核素(Minor Actinides，简称MA)和长寿命 裂变产物(Long-lived Fission Products，简称LLFP)。乏燃料中的MA核素， 主要是²³⁷Np、²⁴¹Am、²⁴³Am、²⁴⁴Cm、²⁴⁵Cm等长寿命核素。虽然含量较少但 具有很强的放射性和很长的半衰期，如²³⁷Np半衰期长达两百多万年。目前国 际上对于乏燃料的处理往往最终采用固化后长期低质贮存的方案，但对于 MA这类长寿命高放射性的核素，地质深埋过后难以保证在长期的封存过程 中不会由于地质活动等原因泄露进地下水系从而进入生物圈造成污染。

分离嬗变(Partitioning and Transmutation，简称PT)技术就是在这样的 大背景下被提出来的，即：首先将长寿命锕系核素和长寿命裂变产物从高放 废物中分离出来，然后再集中起来放到反应堆中进嬗变，使其变为稳定或短 寿命的核素。

嬗变是唯一一种可以将长寿命核素转变为短寿命核素或稳定核素的方 法，能够用于嬗变的装置有很多，与快堆以及ADS(加速器驱动的次临界系 统)嬗变装置相比，热堆尤其是压水堆，作为全球商用核电站数量最多的堆 型，是目前进行MA嬗变的较理想堆型。

法国、日本、美国等都对热堆嬗变进行了相关研究，日本对于压水堆嬗 变进行了较深入的研究，如Tomohiko等研究了热堆中进行MA嬗变的中子 经济性，并且研究表明在中子通量较高时能取得较好的中子经济性，同时日 本的Kunieda等人还于2018年发布了用于长寿命裂变产物嬗变研究的新核数 据库。

国内对于热堆中MA的嬗变研究同样有很多，如利用燃耗程序对高通量 热中子堆和压水堆中嬗变MA核素进行研究，并提出相关的研究方案，包括 MA与燃料混合、将MA制成单独的嬗变棒去替换堆芯的部分燃料棒。此外 华北电力大学等还对可燃毒物组件中的次锕系核素嬗变进行了相关研究，以 及在压水堆中进行MA嬗变对堆芯安全性影响的研究。这些研究主要表明了 利用压水堆进行嬗变的嬗变性能及在压水堆中添加MA核素对堆芯参数、性 能的影响，如堆芯K_eff、中子能谱、中子通量等。