專利名稱:一種適用于超臨界水堆的mox燃料組件結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核能發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
超臨界水冷堆是國際核能界公認的第四代核能堆型之一。超臨界水冷堆運行在超過工質(zhì)熱工臨界點的溫度和壓力下。超臨界水冷堆堆內(nèi)核燃料產(chǎn)生熱量是一個非常復(fù)雜的過程，超臨界水冷堆組件結(jié)構(gòu)主要有四邊形組件和六邊形組件等結(jié)構(gòu)。近幾年，各核能先進 國家均對超臨界水堆組件進行了深入的研究，出現(xiàn)了多種組件設(shè)計。通過新的組件結(jié)構(gòu)來改善組件軸向的功率分布。歐盟、日本、加拿大、韓國都設(shè)計出各類適合超臨界堆的組件結(jié)構(gòu)。在國內(nèi)，上海交大設(shè)計出適用于混合譜的組件設(shè)計方案；清華大學采用小組件，并在四角處采用不同富集度的燃料的組件結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。但是，由于超臨界水冷堆還處于概念設(shè)計階段，主要設(shè)計都是以U02燃料為組件的，針對MOX燃料的組件設(shè)計目前還沒有見到。
在超臨界水堆中使用MOX燃料，既可以得到較高的熱效率，同時增加了燃料利用率，也減少了核擴散的風險。日本福島核事故中檢測到的放射性钚，可能就是3號機組中使用的MOX燃料熔化泄漏造成的。因此，為了反應(yīng)堆的運行安全，需要對超臨界水堆使用MOX燃料組件結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計。促使核能真正安全高效發(fā)展。
目前使用最多的是U02燃料，超臨界水堆組件結(jié)構(gòu)設(shè)計也是針對U02燃料進行的。如果在特定設(shè)計中將U02燃料直接替換為MOX燃料，可能在物理熱工性能方面出現(xiàn)變化。在相同的熱工參數(shù)分布條件下，MOX燃料組件中會有較大的徑向功率分布不均勻因子，會在功率因子大的燃料通道中產(chǎn)生更大的燃料中心溫度。且MOX燃料的熔化溫度要小于U02燃料。如果不對研究所選的適用U02燃料組件結(jié)構(gòu)進行改進，而直接考慮采用MOX燃料，將會有較大的安全風險。因此，必須對原只適用于U02燃料設(shè)計組件結(jié)構(gòu)進行改進，提出適用于MOX燃料的組件結(jié)構(gòu)設(shè)計，以保障超臨界水堆的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前超臨界水冷堆組件結(jié)構(gòu)設(shè)計中，使用MOX燃料會造成較大的組件功率不均勻因子，提供了一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
若干個水盒組成方形的殼體，在水盒組成的殼體內(nèi)布置若干水棒，在水棒的間隙內(nèi)布置直徑為R的MOX燃料棒；水棒分為大水棒和小水棒兩種形式，大水棒的橫截面為正方形，其長和寬分別為3R，小水棒的橫截面為矩形，其長為3R，寬為R ;水棒與水棒之間、水棒與水盒的內(nèi)壁之間的間距均為R，由整齊排列的MOX燃料棒填充；M0X燃料棒與水棒之間的空隙或MOX燃料棒與水盒內(nèi)壁之間的空隙構(gòu)成燃料劑冷卻通道。
所述大水棒按列布置，每相鄰兩列的大水棒交錯布置。
所述水棒分為內(nèi)外兩層，材料分別為不銹鋼和二氧化鋯。[0010]所述水棒的內(nèi)層為熱導(dǎo)率小的二氧化鋯，外層為耐腐蝕的不銹鋼。
所述水棒分為三層，在兩層不銹鋼材料中間夾二氧化鋯材料構(gòu)成。
本發(fā)明的有益效果為
在超臨界水冷堆中采用適用于所述MOX燃料的組件結(jié)構(gòu)，與同類UO2組件相比，雖然由于MOX燃料特點，會有較硬的能譜，并可以降低功率不均勻因子，但有更低的組件徑向功率分布。經(jīng)過適當?shù)膮?shù)設(shè)置，達到與同類UO2組件設(shè)計相同的冷卻劑出口參數(shù)，以及更低的燃料中心溫度和燃料包殼溫度?？梢蕴岣呤褂肕OX燃料的超臨界水堆的安全性能。該設(shè)計對原來UO2組件結(jié)構(gòu)改動較小，容易實現(xiàn)，效果明顯。


圖I為所述的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖中標號
1-M0X燃料棒；2_燃料冷卻劑通道；3_水盒；4_水棒。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。
本發(fā)明的設(shè)計理念是，考慮到慢化性能的關(guān)系，兩側(cè)都相鄰水棒的燃料柵元有較高的功率，四周都不相鄰水棒的燃料柵元有較低的功率。因此，通過適當?shù)恼{(diào)整水棒與燃料的布局，杜絕出現(xiàn)四周都不相鄰水棒的燃料柵元，可以改善組件的功率分布不均勻因子。發(fā)熱源MOX燃料棒I由UO2和PuO2混合構(gòu)成的氧化鈾钚燃料。
該結(jié)構(gòu)如圖I所示，若干個水盒3組成方形的殼體，在水盒3組成的殼體內(nèi)布置若干水棒4，在水棒4的間隙內(nèi)布置直徑為R的MOX燃料棒I ;水棒4分為大水棒和小水棒兩種形式，大水棒的橫截面為正方形，其長和寬分別為3R，小水棒的橫截面為矩形，其長為3R，寬為R ;水棒與水棒之間、水棒與水盒3的內(nèi)壁之間的間距均為R，由整齊排列的MOX燃料棒I填充；M0X燃料棒I與水棒4之間的空隙或MOX燃料棒I與水盒3內(nèi)壁之間的空隙構(gòu)成燃料劑冷卻通道2。大水棒按列布置，每相鄰兩列的大水棒交錯布置。
水棒4分為內(nèi)外兩層，內(nèi)層為熱導(dǎo)率小的二氧化鋯，外層為耐腐蝕的不銹鋼；內(nèi)外兩層材料也可以互換。水棒4還可以采用三層結(jié)構(gòu)，在兩層不銹鋼材料中間夾二氧化鋯材料構(gòu)成。
本實施例中，該組件結(jié)構(gòu)中包含324根MOX燃料棒1，27個大水棒，18個小水棒和24個外部水盒。溫度較低的慢化劑自上至下流過水棒4及水盒3，溫度較高的冷卻劑自下向上通過燃料冷卻劑通道2，帶出MOX燃料棒I傳出的熱量。
權(quán)利要求
1.一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，若干個水盒(3)組成方形的殼體，在水盒(3)組成的殼體內(nèi)布置若干水棒(4)，在水棒(4)的間隙內(nèi)布置直徑為R的MOX燃料棒(I);水棒(4)分為大水棒和小水棒兩種形式，大水棒的橫截面為正方形，其長和寬分別為3R，小水棒的橫截面為矩形，其長為3R，寬為R ;水棒與水棒之間、水棒與水盒(3)的內(nèi)壁之間的間距均為R，由整齊排列的MOX燃料棒(I)填充；Μ0Χ燃料棒(I)與水棒(4)之間的空隙或MOX燃料棒(I)與水盒(3)內(nèi)壁之間的空隙構(gòu)成燃料劑冷卻通道(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述大水棒按列布置，每相鄰兩列的大水棒交錯布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水棒(4)分為內(nèi)外兩層，材料分別為不銹鋼和二氧化鋯。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水棒(4)的內(nèi)層為熱導(dǎo)率小的二氧化鋯，外層為耐腐蝕的不銹鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水棒(4)分為三層，在兩層不銹鋼材料中間夾二氧化鋯材料構(gòu)成。
專利摘要
一種適用于超臨界水冷堆的MOX燃料組件結(jié)構(gòu)屬于核能發(fā)電領(lǐng)域。若干個水盒組成方形的殼體，在水盒組成的殼體內(nèi)布置若干水棒，在水棒的間隙內(nèi)布置直徑為R的MOX燃料棒；水棒分為大水棒和小水棒兩種形式，大水棒的橫截面為正方形，其長和寬分別為3R，小水棒的橫截面為矩形，其長為3R，寬為R；水棒與水棒之間、水棒與水盒的內(nèi)壁之間的間距均為R，由整齊排列的MOX燃料棒填充；MOX燃料棒與水棒之間的空隙或MOX燃料棒與水盒內(nèi)壁之間的空隙構(gòu)成燃料劑冷卻通道。在超臨界水冷堆中采用此種MOX組件結(jié)構(gòu)，可以達到與原結(jié)構(gòu)只使用UO2組件設(shè)計同樣效果，可以改善組件的功率分布不均勻因子。具有結(jié)構(gòu)簡單，對原超臨界水堆組件設(shè)計改進較小的特點，提高反應(yīng)堆的安全性。
文檔編號G21C3/32GKCN102768863SQ201210242340
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月12日
發(fā)明者周濤, 孫燦輝, 程萬旭, 陳娟 申請人:華北電力大學導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan