[发明专利]可运输的气冷微堆堆芯系统

说明书

本发明公开了一种燃料棒组件及可运输的气冷微堆堆芯系统，该燃料棒组件包括：燃料棒、可燃毒物棒，燃料棒分布在六棱柱格架内的栅格中，燃料棒包括：内包壳、外包壳、填充于内包壳与外包壳之间的燃料芯块，内包壳、外包壳均为管状，由内包壳内壁形成的燃料棒的轴向中心通道用于填充冷却剂，可燃毒物棒设置于六棱柱格架内的燃料棒之间的间隙中。本发明实现了气冷微堆堆芯系统的可运输性，通过六棱柱燃料棒组件结构实现活性区紧凑布置；通过环形燃料棒结构来增加堆芯系统内燃料装载量、增强冷却剂冷却，从而减小堆芯系统临界质量和临界体积；通过反射层外慢化层和吸收层结构利用很小的几何尺寸实现堆外中子注量率的极小化，实现堆芯系统微型化。

技术领域

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种可运输的气冷微堆堆芯系统。

背景技术

经济的迅速发展提高了能源的需求，但是传统的煤炭等化石燃料会带来严重的环境问题，这促使我国不断进行清洁能源的探索和开发，不断对现有的能源结构进行优化，降低化石燃料在能源中的比例。在各种类型的新能源中，核能有着清洁、高能量密度、几乎不排放温室气体、燃料运输压力低等优势。进入21世纪的近些年中，核能得到不断的发展，成为我国改善能源结构的重要选项，也不断在能源发展战略中得到进一步加强。

棱柱式气冷微堆具有和高温气冷堆一样优越的固有安全性，同属于第四代先进核能系统。该堆型采用的微封装燃料可以有效防止裂变产物的释放；采用的石墨或氧化铍堆芯热容大，温度瞬态缓慢，可以承受很高的温度，应急操作时间裕量大；冷却剂是单相惰性气体氦气，避免了与相变相关的反应性；堆芯功率密度小，且具有很强的温度负反馈，因此该堆型具有极好的固有安全性。此外，通过可燃毒物和温度负反馈的合理设计，可以保证事故工况下，即使所有控制棒抽出，没有任何应急措施，堆芯也能仅依靠温度负反馈实现自动热停堆，从物理上避免了堆芯熔化和放射性物质大量释放的风险。

然而，一方面，棱柱式高温气冷堆的慢化体主要是石墨，石墨虽然慢化比高，但慢化能力较弱；传统的燃料棒受导热限制往往不能装载较多的燃料，进而导致堆芯临界质量大，堆芯尺寸无法有效减小，这将显著增大堆本体的体积和重量。另一方面，气冷小堆的堆芯小、反射层薄，中子泄漏大，易导致堆外空气、金属部件产生很强的活化，形成较强的中子和光子剂量。为满足辐射防护的要求，堆芯外往往需要布置很厚的屏蔽材料，而屏蔽材料大多是密度很大的钢等材料，从而进一步增大整个系统的体积和重量，最终导致难以达到可移动和便捷运输的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种燃料棒组件及可运输的气冷微堆堆芯系统，该堆芯系统解决了高温气冷堆临界质量大、堆芯尺寸难以有效减小；气冷小堆中子泄漏大、堆外中子注量高，空气、金属活化严重；可移动性难以实现的问题。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种燃料棒组件，包括：燃料棒、可燃毒物棒，若干根燃料棒分布在六棱柱格架内的栅格中，燃料棒包括：内包壳、设置于内包壳外围外的外包壳、填充于内包壳与外包壳之间间隙的燃料芯块，内包壳、外包壳均为管状，燃料棒在燃料棒组件的底面的正投影为环形，由内包壳内壁形成的燃料棒的轴向中心通道用于填充冷却剂，可燃毒物棒设置于六棱柱格架内的燃料棒之间的间隙中。

若干燃料棒为至少两根燃料棒。

优选的是，栅格为六棱柱状结构，每个燃料棒所在的栅格与相邻的燃料棒所在的栅格通过侧面重叠连接，燃料棒组件的六棱柱格架包括：中心栅格、设置于中心栅格外围的至少一圈栅格。

优选的是，可燃毒物棒设置于任意一圈栅格中的两个相邻的栅格组成的第一栅格组与其相邻的两个栅格组成的第二栅格组之间的节点处。

优选的是，内包壳的材料为石墨或碳化硅；外包壳的材料为石墨或碳化硅。

优选的是，燃料芯块包括：包覆燃料颗粒、基体，包覆燃料颗粒弥散在基体中，基体材料为石墨或陶瓷。