[发明专利]燃料模块及其应用

说明书

本发明公开了一种燃料模块及其应用，燃料模块包括柱体结构、分散设置在所述柱体结构上的多个中空闭孔和多个冷却通孔、设置在所述柱体结构内的燃料；所述中空闭孔位于所述柱体结构内，所述燃料填充在每一所述中空闭孔中；所述冷却通孔与所述中空闭孔相隔绝并贯穿所述柱体结构的相对两侧，用于冷却介质通过。本发明的燃料模块，以柱体结构作为支撑主体，通过中空闭孔装填燃料并配合冷却通孔形成一体化结构，区别于现有燃料组件的包壳‑芯块‑组件结构，整体结构强度高，能够耐高压、安全可靠，提高核反应堆的安全性。

技术领域

本发明涉及核燃料技术领域，尤其涉及一种燃料模块及其应用。

背景技术

核能作为一种清洁能源备受各行各业的青睐，然而，核能带来的安全问题也不容忽视，尤其是堆芯燃料在极端事故环境下必须保证其不发生熔化或不泄漏。目前采用的Zr合金包壳在失水事故下(LOCA)容易造成Zr合金的破损，并且产氢率较高，增加了核反应堆的不安全因素。

针对以上问题，目前非常有潜力的替代方案是采用SiC包壳替代现有Zr合金包壳，并且内部燃料芯块采用全陶瓷包覆燃料(FCM)、惰性基体燃料(IMF)或者惰性基弥散燃料(IMDP)取代现有燃料，提高核反应堆的安全性。然而，以上方案仍然需要采用包壳来保证核燃料不泄漏，但包壳的薄壁、长管特性，使其仍存在破损的可能性。

基于以上应用背景，亟需开发一种新型核燃料元件，在满足新一代核能系统服役条件下，进一步提高核反应堆的安全性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种一体化设置、能够提高核反应堆的安全性的燃料模块及其应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种燃料模块，包括柱体结构、分散设置在所述柱体结构上的多个中空闭孔和多个冷却通孔、设置在所述柱体结构内的燃料；

所述中空闭孔位于所述柱体结构内，所述燃料填充在每一所述中空闭孔中；所述冷却通孔与所述中空闭孔相隔绝并贯穿所述柱体结构的相对两侧，用于冷却介质通过。

优选地，所述柱体结构采用金属、陶瓷、玻璃及复合材料中一种或多种制成。

优选地，所述柱体结构采用锆合金、不锈钢、钼合金、高熵合金、碳化硅、碳化锆、碳化硅纤维增强碳化硅复合材料、高熵陶瓷、金属陶瓷复合材料中至少一种制成。

优选地，所述柱体结构为圆柱体、椭圆形柱体或多边形柱体。

优选地，所述中空闭孔的孔径为5mm～15mm。

优选地，多个所述中空闭孔在所述柱体结构内竖向和/或水平延伸。

优选地，多个所述中空闭孔排布形成多行闭孔组，每一所述闭孔组包括一个或多个所述中空闭孔。

优选地，相邻的两行所述闭孔组之间的间距为10mm～30mm。

优选地，在所述闭孔组中，相邻的两个所述中空闭孔之间的间距为5mm～15mm。

优选地，所述冷却通孔的孔径为5mm～15mm。

优选地，多个所述冷却通孔排布形成多行通孔组，每一所述通孔组包括一个或多个所述冷却通孔。

优选地，相邻的两行所述通孔组之间的间距为10mm～30mm。

优选地，在所述通孔组中，相邻的两个所述冷却通孔之间的间距为5mm～15mm。

优选地，所述中空闭孔和所述冷却通孔交错排布。

优选地，所述中空闭孔的中心与所述柱体结构的外表面之间的最小间距为3mm～10mm。

优选地，所述冷却通孔的中心与所述柱体结构的外表面之间的最小间距为3mm～10mm。