[其他]具有防蚀格架的燃料组件

说明书

本发明与核反应堆的燃料组件有关，在该反应堆中，冷却剂通过配置在反应堆容器中的核堆芯组件向上进行循环。每一组件都包括一燃料元件束，而每一束燃料元件由金属管护套构成，护套内装有核燃料芯块并用气密帽加以密封。这些元件安装在一个刚性结构中，这个刚性结构包括用拉杆连结在一起的端部构件和若干沿拉杆分隔开的隔离格架。燃料元件分布在方形网络的节点上，该网络是由按予定间隔排列的隔离格架而形成的。

本发明特别适用于压水核反应堆（PWR）的燃料组件，但并不专用于此种反应堆。其燃料元件具有用锆基合金制成的金属护套。

上面所描述的那种类型的燃料组件的格架，能够起到一些不同的作用。一方面，格架可从侧面支撑并固定含有裂变材料的燃料元件，这些格架能够保护组件在装卸时，在发生地震时或发生操作事故时，抵抗横向的冲击。另一方面，这些格架能够搅动通过堆芯向上循环的冷却剂流。冷却剂的这种搅动，对于按最佳的、连续的方式有规律地吸收裂变材料燃料元件所释放的热，是很重要的，同时避免了冷却剂局部温度的提高，防止冷却剂产生局部沸腾。充分的搅拌，就可使冷却剂的总的热函得以增加，堆芯中横向扩散更为均匀，然而，为了从堆芯的热功耗散中获得最大的输出，同时又避免局部沸腾，就不应搅动。

现在已经知道了不同类型的组件，它们由按予定距离相间隔的隔离格架所组成，并具有上面提到的功能。在压水反应堆的原有技术中，核组件就由这种典型的格架组成，它们从组件的顶部到底部，以有规律的间隔排列起来。法国文献8418645描述了这种类型的组件，它包括一种骨架或刚性结构，具有两个用细长零件，例如导管，连结在一起的端部构件，以及许多沿导管相隔开的格架，从而形成用于支撑燃料元件的栅元，所述的元件分布在有规则的网络的节点上。格架有不同的类型，其要点是：中间格架，它的结构可以抵抗横向冲击，并具有翅片，使沿组件流动的冷却剂产生湍流;下部格架和上部格架，用来确保元件的紧固，并且，它们对冷却剂产生的压降，比中间格架产生的压降要小。

这种方案能解决一些问题，然而，在燃料元件具有锆基合金护套的特定情况下，申请人注意到，发生的腐蚀，在元件顶部比底部要严重得多。

大家都知道，局部腐蚀现象取决于冷却剂的温度，以及由每个燃料元件所耗散的局部热功率，也知道堆芯顶部存在的冷却剂温度必然比堆芯底部要高。这两个因素：冷却剂温度和由堆芯局部释放的热功率，可以用来向本领域的技术人员说明在燃料元件底部与顶部之间会产生不同的腐蚀，但是，同样会使他们认为，这种现象是不可避免的。

本发明的一个任务就是提供一种用于核反应堆堆芯的经改进的燃料组件，更具体地说，是提供一种能减少元件顶部腐蚀的组件。

为此，首先必须对这种现象提出一种新的分析，同时应指出，除已有技术所公知的原因以外，还可能存在加速其顶部腐蚀的其他原因。这个分析导致一种假说，由于腐蚀，在元件护套或外壳上形成的氧化层，使燃料元件与元件周围的加压水之间的热交换，变得有效，从而加剧了腐蚀，并且，由于燃料元件顶部的温度比底部温度高，其氧化层的厚度增加得更快，因而腐蚀现象更进一步加大。

通过在护套的许多点上测量氧化层的厚度，这种分析得到了证实，氧化层是在受到辐照过的燃料元件护套表面上形成的。测量是用涡流探头完成的。结果表明，氧化层厚度从底部到顶部显著增加。例如，对于一个用于分析的燃料护套，它受到超过40，000兆瓦日/吨铀（MWD/TU）的燃耗作用，结果发现，在护套底端部分的厚度约为18微米，而在护套顶端部分达到50微米。申请人还注意到，氧化物的厚度随着金属和留在反应堆中的燃料元件上产生的氧化物之间的界面温度的增加而增加，而顶端部分被增加了厚度的氧化物，又使金属与氧化物之间的界面温度增加，从而又加速了氧化物的形成。

为了减少护套顶部腐蚀加剧这一现象，申请人试图提高在压水反应堆中的每一燃料元件与冷却剂（即加压水）之间，在元件顶部所进行的热交换。为此，本发明的一个目的是提供一种特殊的，上面所限定的类型的燃料组件，其中，适用于组件上部的上格架的排列距离，比适用于组件下部的下格架的排列距离要小，所述的上格架提供了一种经改进的，对通过上格架进行循环的冷却剂流（加压水）的搅动作用，它比按原有技术的上格架所提供的对冷却剂的搅动作用更为强烈。

于是，能够得到这样的效果：

-延缓在组件顶部燃料元件的护套表面上出现的腐蚀，这是由于：

-在组件顶部冷却剂的搅动更好，同时保持一种可允许的压降，使反应堆处于良好的条件下工作。

-延缓在护套顶部氧化物的形成，而组件底部，又不致恶化。