[发明专利]最佳燃料利用率燃料组件和棒

说明书

本发明一般涉及到核燃料组件，更确切地说，涉及到容许较佳燃料利用率的积木式（modular）燃料组件和燃料棒的设计。

典型的常规核燃料组件基本上由一结构构架和一组支撑在其中的燃料棒组成，构架包括一般称为顶和底口（top  and  bottom  nozzles）的上下端结构，通常为位于顶和底口之间並与它们相联的，以控制棒导向套管形式並沿其纵轴方向延伸的若干长形结构件，和与结构件相联並沿其轴向间隔地分布的横向栅格。燃料棒由相互间保持以预定平行间隔关系的横向栅格作横向支持。

典型地，每个燃料棒由含有一叠用象二氧化铀这样的裂变材料制成的燃料块，和借助于端塞将其相对端部进行密封的包壳管组成，由做为其完整部分的各个栅格上形成的凹座和弹簧组件把燃料棒支撑在每个栅格的位置上。横向栅格被附置在诸导向管上，其方法是一般借助于诸导向管上形成的凸起连接点，並使栅格在沿导向管间隔分布的相应的栅格位置上保持系留，从而与导向管一起形成一完整的能够插入燃料棒的构架结构。附加在导向管上端部的顶口做为燃料组件的上结构件，而附加在导向管下端部的底口做为用以支撑燃料组件並传递反应堆冷却剂入内的燃料组件下结构件。导向管除了用做为结构件的功能外，也用以在其运动期间起导向控制棒的作用。

在利用这样的常规燃料组件的核反应堆中，延长堆芯寿命的要求没有完全实现，因为在堆芯外区芯体于寿命期间出现不完全的燃料消耗。出现在申请人的美国专利No.4，493，814和No. 4，631，166中的趋向较好利用率的方案是使用天燃铀或在堆芯的顶和底部的点再生区（seed blankets）。另一个接近的方案被揭示在申请人的美国专利No.4，716，015中，它提供包括底口模件（module），顶口模件，一些轴向间隔分布的栅格模件，和至少象控制棒导向管这样的一个长形结构件所组成的径向积木式燃料分组件，並由几个上述的分组件构成一个径向积木式燃料组件，长形结构件与顶口和底口相互联接並支撑栅格模件使之形成一轴向集成框架结构。各种分组件的底口模件和顶口模件包括有能使径向分组件可区分地结合在一起的互锁构造，从而形成该径向积木式燃料组件。

虽然这些现有的技术方案有助于改进燃料利用率，但仍未达到最优燃料利用率。本发明的目的是促进这一技术趋于完善。概括地说，发明原则是提供由轴向燃料模件或分组件叠层並可拆卸相互联接而构成轴向积木式燃料组件，这种构成可拆卸地相互联接方式能使它们用后在反应堆现场拆开並重新组合成再次构成的积木式燃料组件，该方法是利用从所用燃料组件的上下端区获得的不完全燃烧燃料模件，並以新燃料模件替换其中较多的完全燃烧的中间燃料模件。因此，实施本发明的轴向积木式燃料组件在反应堆堆芯中完成一个燃烧周期后，在其上下端模件中的不完全燃烧燃料能具有大于比在其中间部的燃料模件中的燃料多10%到12%的反应率，它能回收再用，从而允许获得最佳的燃料利用率。

更具体地说，从其一方面讲，发明属于用于核反应堆芯的核燃料组件，特别是具有上端区和下端区，每个端区在反应堆运行期间，轴向燃料燃尽的平均率低于其中间的中部堆芯区，特征在于所述的燃料 组件由一组轴向燃料模件组成，该模件包括可拆卸地相互联接装置，以相互间轴向地端对端地排列並叠层的方式相互配合和可拆卸地相互锁定，轴向燃料模件包括上和下端模件，它具有与核堆芯的所述上和下端区分别完全对应的轴向尺寸。

轴向燃料模件由具有端塞的燃料棒段组成，它包括为可拆卸地端对端地与相邻件轴向排列成行的一个相互配合各个燃料棒段的相互配合件。为可拆卸地相互配合任二个相邻燃料棒段的相互配合件可以由形成在相应的二个相邻燃料段之一的端塞上的轴向凹槽，和形成在所述二个相邻燃料棒段的另一个相接端塞上的一个互补形状的轴向凸起构成，或者它们可以由一个形成在二相邻燃料棒段之一的相应端塞上的内轴向螺纹孔，和一个位于所述两相邻燃料棒段另一联接端塞上的外轴向螺栓构成。