[发明专利]一种微型铅基反应堆燃料组件

说明书

本发明涉及一种微型铅基反应堆燃料组件。该燃料组件包括：燃料棒，包括包壳以及依次设置在包壳内的滤芯部件、压紧弹簧、第一反射层、燃料柱和第二反射层；操作头，设置在燃料棒具有第一反射层上端塞的一端，用于燃料棒的顶端定位以及将燃料棒内的裂变气体汇集导出；冷却剂入口，设置在燃料棒具有第二反射层的一端，用于向燃料组件中通入冷却剂并对冷却剂的流量进行调节。该燃料组件能够解决现有技术中的不足，通过合理的结构设计和材料选择，在满足反应堆安全性要求的同时，能够实现堆芯体积的小型化和重量轻量化。

技术领域

本发明属于核工程技术领域，具体涉及一种微型铅基反应堆用燃料组件，适用于以铅、铅铋合金等液态重金属为冷却剂工质的反应堆。

背景技术

液态重金属铅合金冷却剂反应堆是采用液态铅基材料(铅、铅合金)冷却的反应堆，被第四代核能系统国际论坛组织(GIF)推荐为六种主要先进第四代核能系统方案之一。

液态重金属铅合金冷却剂反应堆具有以下优点：一、安全性好，反应堆可在常压下运行，避免了对压力容器的高承压要求；液态铅基材料化学稳定性好，避免了液态金属钠作为冷却剂时，存在的钠与水和空气剧烈反应带来的爆炸风险。二、易小型化，铅基材料载热性能优异，可实现相对高功率密度和堆芯紧凑设计；铅基材料的γ屏蔽性能优异，可减少堆外γ辐射屏蔽系统体积。三、经济性好，反应堆中子能谱硬，燃料增殖和嬗变能力较强；冷却剂出口温度较高，可实现高的热电转化效率。

因此，在微型反应堆设计时，常选择液态重金属铅合金作为反应堆冷却剂。但在液态铅合金冷却的快中子反应堆中，为了避免燃料棒内部压力过高造成燃料棒破损，传统的燃料棒内部需要设计长的裂变气体贮存室，包括专用气室和或内部弹簧空间，用来存储核燃料在发生核裂变反应释放核裂变能过程中，反应生成和释放出来的以氪、氙为代表性成分的裂变气体。这种长的裂变气体贮存室要求，带来了燃料棒高度方向尺寸的增加，进一步造成堆芯高度增加，不利于反应堆尺寸的小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型铅基反应堆用燃料组件，该燃料组件能够解决现有技术中的不足，其通过合理的结构设计和材料选择，在满足反应堆安全性要求的同时，能够实现堆芯体积的小型化和重量轻量化。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种微型铅基反应堆燃料组件，该燃料组件包括：

燃料棒，包括包壳以及依次设置在所述包壳内的滤芯部件、第一反射层、燃料柱和第二反射层；

操作头，设置在燃料棒具有第一反射层的一端，用于燃料棒的顶端定位以及将燃料棒内的裂变气体汇集导出；

冷却剂入口，设置在燃料棒具有第二反射层的一端，用于向燃料组件中通入冷却剂并对冷却剂的流量进行调节。

进一步的，所述操作头包括操作头壳体、设置在所述操作头壳体内的支架以及设置在所述操作头壳体内的气体出口接头；

所述支架上设置有与所述气体出口接头相连通的气路管道；

相邻燃料组件的气体出口接头之间通过管路连接，用于裂变气体在微型铅基反应堆燃料组件之间的连通汇集。

进一步的，所述冷却剂入口包括依次设置的管座壳体和冷却剂流量调节部件；

所述管座壳体具有定位格架，所述定位格架，用于燃料棒具有第二反射层的一端的固定；

所述冷却剂流量调节部件包括调节壳体和开设在所述调节壳体上的多个冷却剂流量调节孔；

所述调节壳体的一端与所述管座壳体相连，另一端设置有支腿。

进一步的，所述第一反射层与所述滤芯部件之间设置有压紧弹簧。

进一步的，所述包壳的一端设置有第一端塞，另一端设置有第二端塞；