專利名稱:具有輻照靶端件的燃料棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例性實(shí)施例大體上涉及用于核電站的燃料結(jié)構(gòu)和材料。
技術(shù)背景
通常，核電站包括在其中布置有燃料的反應(yīng)堆芯，以通過核裂變 來發(fā)電。在美國核電站中， 一種普遍的設(shè)計(jì)是將燃料布置在多個燃料 棒中，這些燃料棒束縛在一起作為置于反應(yīng)堆芯中的燃料組件或燃料 棒束。這些燃料棒典型地包括若干在整個組件的多個軸向位置處將燃 料棒連結(jié)到組裝構(gòu)件上的元件。

發(fā)明內(nèi)容
示例性實(shí)施例涉及任一端部具有端件的燃料棒，端件中容納特殊
的靶(target)。示例性實(shí)施例的端件可容納當(dāng)在端件位置處曝露于 (exposedto)中子通量時可轉(zhuǎn)變?yōu)樗Ｍ耐凰氐牟牧?。示例性?shí)施 例的端件可由所選擇的靶材料構(gòu)成，或?yàn)槿菁{該靶材料的中空體。示 例性實(shí)施例的端件可與多種示例性實(shí)施例的全長度和/或部分長度燃 燒棒配接，并可起到上端塞和/或下端塞的作用，從而將燃燒棒配接至 上連接板和/或下連接板。
示例性實(shí)施例的燃料棒還可容納包括核燃料的標(biāo)準(zhǔn)部件，并可用 于運(yùn)行中的核反應(yīng)堆芯。因此，具有示例性實(shí)施例端件的示例性實(shí)施 例燃料棒可在其輻照靶端件中產(chǎn)生多種所希望的同位素，同時起到常 規(guī)燃料棒的作用，向運(yùn)行中的核芯提供電力。


通過參考附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，示例性實(shí)施例將變得更加明顯，其中，相同的元件由相同的參考標(biāo)號來表示，這些標(biāo)號僅為了示意目的 而給出，且因此而不限制本申請的示例性實(shí)施例。
圖1是具有附接到燃料棒上的示例性實(shí)施例端件的燃料組件的示圖。
圖2A、 2B和2C是包括示例性實(shí)施例端件的示例性實(shí)施例的燃 料棒的示圖。
圖3是示例性實(shí)施例的端件的詳細(xì)視圖。
圖4是另一示例性實(shí)施例的端件的詳細(xì)視圖。
圖5是又一示例性實(shí)施例的端件的詳細(xì)視圖。
零件清單
10燃料棒束
12外部通道
14上連接4反
20間隔件
16下連接板
18全長度燃料棒
22燃料元件
19部分長度燃料棒
100燃料棒
101燃料棒
120上端件
130下端件
200端件
210連接元件
220漸縮部
230包殼(cladding)材料 250凹痕300端件
310卡扣型連接器
320與連接棒一起使用的螺紋端部
340殼體
350形成六角形截面的凹痕 360附加容器 370蓋體
具體實(shí)施方式
本申請公開了示例性實(shí)施例的詳細(xì)的示范性實(shí)施例。然而，本申
請所公開的具體的結(jié)構(gòu)性和功能性細(xì)節(jié)僅僅是為了描述示例性實(shí)施 例的目的的代表性細(xì)節(jié)。然而，該示例性實(shí)施例可以許多備選的方式 予以實(shí)施，并且不應(yīng)將其理解為僅限于本申請所述的示例性實(shí)施例。
將理解的是，雖然在本申請中可使用用語第一、第二等來描述各 個元件，但這些元件不應(yīng)由這些用語所限制。這些用語僅用于使元件 彼此區(qū)別開來。例如，第一元件可以稱作第二元件，而且同樣地，第 二元件也可以稱為第 一元件而不脫離示例性實(shí)施例的范圍。如本申請 所使用的，用語"和/或"包括相關(guān)的所列條目的一個或多個條目的任 一和所有組合。
將理解的是，當(dāng)提到一個元件"連接"、"聯(lián)接"、"配接"、 "附接，，或"固定"到另一元件上時，該元件可以直接連接或聯(lián)接到 另一個元件上，或者也可存在中間元件。相反，當(dāng)提到一個元件"直 接連接"或"直接聯(lián)接"到另一個元件上時，則不存在中間元件。應(yīng) 該以類似的方式來理解用于描述元件之間的關(guān)系的其它詞語(例如， "在…之間"比對"直接在...之間"，"相鄰"比對"直接相鄰"等)。 本申請中所使用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而非意圖 限制示例性實(shí)施例。如本申請中所使用的，除非文字另有明確表示， 單數(shù)形式"一"、"一個，'、"該"也意圖包括其復(fù)數(shù)形式。還將理
6解的是，當(dāng)本申請中使用用語"包括"時，其表明存在所述的特征、 整體、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件，但是不排除存在或者添加一個或
多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或其組合。
還應(yīng)注意的是，在一些備選的實(shí)施方案中，提及的功能/作用可能 不會按照圖中所示的順序出現(xiàn)。例如，根據(jù)所涉及的功能/作用，兩個 連續(xù)顯示的附圖實(shí)際上可大致同時執(zhí)行，或者有時可按照相反的順序 來執(zhí)行。
如圖1所示，核反應(yīng)堆中的燃料組件10，例如BWR,可包括圍 繞上連接板14和下連接板16的外部通道12。多個全長度燃燒棒18 和/或部分長度燃燒棒19可以在燃料組件10內(nèi)布置成矩陣形式，并穿 過多個間隔件20。示例性實(shí)施例的上端件120和/或下端件130可將 燃料棒18和19連結(jié)至上連接板14和下連接板16，且在部分長度燃 料棒19的情形中僅下端件130這樣地連結(jié)。示例性實(shí)施例的端件120 和130可分別與上連接板14和下連接板16相配接，且在連接棒的情 形時為穿過上連接板14和下連接板16,并且可將燃料棒18或19軸 向地緊固在燃料組件10中。
圖2A、圖2B和圖2C分別顯示了示例性實(shí)施例的全長度燃料棒 18、部分長度燃料棒19和節(jié)段式棒100,各個示例性實(shí)施例的燃料棒 18、 19和100均在其任一端部具有兩個示例性實(shí)施例的燃料棒端件 120和130。除了示例性實(shí)施例的端件120和130之外，燃料棒18和 19可容納在多種燃料棒中所含有的常規(guī)元件，包括燃料元件22和包 殼。例如，除了示例性實(shí)施例的端件120和130之外，圖2A所示的
度燃料棒。除了示例性實(shí)施例的端件120和130之外，圖2B所示的 示例性實(shí)施例的燃料棒19可以是在B WR燃料組件中通常含有的部分 長度燃料棒。全長度燃料棒18在圖2B中以陰影示出，以顯示部分長 度燃料棒19縮減的長度。在部分長度燃料棒19中，由于部分長度燃 料棒19可終止于中部棒束，故示例性實(shí)施例的端件130可與下連接板(未圖示)相連結(jié)，而示例性實(shí)施例的端件120可不連結(jié)任何部件。 因?yàn)椴糠珠L度燃料棒19可不在示例性實(shí)施例的上端件120處與組件 連結(jié)，因此示例性實(shí)施例的端件130可以是成螺紋的或具有別的附加 的配接元件，用以緊固部分長度燃料棒19和下連接板。圖2C所示的 示例性實(shí)施例的燃料棒100可以是成節(jié)段的，若干棒節(jié)段在連接點(diǎn)103 處可移除地連結(jié)，如2007年11月28日提交的名稱為"采用固定隔 板的節(jié)段式燃料棒束設(shè)計(jì)"的相關(guān)申請11/022,677和##/#絲,###中所 描述的，除了這些燃料棒和節(jié)段的端塞外，燃料棒和節(jié)段可通過引用 而結(jié)合到本文中。作為備選，用于PWR或CANDU型反應(yīng)堆中的燃 料棒可連同示例性實(shí)施例的端件120和130 —起使用。
如鎘、鈷、銥、鎳、鉈和鉈同位素，當(dāng)在核反應(yīng)堆芯中曝露于運(yùn)行狀 態(tài)時，這些同位素可轉(zhuǎn)變?yōu)樗Ｍ耐凰?。與用來制造上端塞和下 端塞的、可因其與中子通量的非交互性而選擇的常規(guī)材料相比，示例 性同位素具有大的核截面并且在存在中子通量時更容易改變。例如， 端件可由銥-191和/或鈷-59制成，或此類同位素可置于示例性端件120 和130中。核芯中的中子通量在示例性實(shí)施例的端件120和130位置 處可將銥-191轉(zhuǎn)變?yōu)殂?192，銥-192可衰減成穩(wěn)定的鉑-192，這是一 種用于各種新興技術(shù)中的相對稀有且昂貴的材料。同樣地，鈷-59在 相同的狀況下可轉(zhuǎn)變?yōu)樵诎┌Y治療中有用且非常需要的鈷-60。
在示例性實(shí)施例的端件120和130中能夠產(chǎn)生若干其它的同位 素。而且，由于示例性實(shí)施例的端件120和/或130可置于核芯中具有 特定中子通量水平的位置，例如在具有更低且更恒定的通量分布的核 芯端部處，故具有更短半衰期或更高截面的同位素可曝露于更適合的 通量水平，以從這些同位素中產(chǎn)生所希望的材料。
圖2A、圖2B和圖2C所示的示例性實(shí)施例的端塞120和130分 別成形為上端塞和下端塞，其可與上連接板和下連接板相連接。在本 示例中，示例性實(shí)施例的端件120和130可代替各種已知燃料棒設(shè)計(jì)
8中的常規(guī)上端塞和下端塞。示例性實(shí)施例的端件120和130可大體上 成形為漸縮形，以便與上連接板和/或下連接板相配接，并將示例性實(shí) 施例的燃料棒18、 19和100緊固至上連接板和/或下連接板。
作為備選，示例性實(shí)施例的端件120和130可成形為不與連接板 相連接的非漸縮形端塞。例如，如果示例性實(shí)施例的燃料棒100是部 分長度燃料棒，則 的端部延伸而不連接至任何部件￡
燃料棒100相連接。例如，示例性端件120和130可直接焊接至示例 性實(shí)施例的燃料棒上，或者通過螺釘和螺紋孔、突起件和接收件或其 它有效的連結(jié)元件而可拆卸地配接到示例性實(shí)施例的燃料棒上。示例 性端件120和130可配接和/或焊接成與示例性實(shí)施例的燃料棒齊平， 以便沿示例性實(shí)施例的燃料棒形成連續(xù)的外部直徑并且降低或防止 在示例性實(shí)施例的端件和示例性燃料棒之間的碎片捕集(catching)。
如圖3所示，示例性實(shí)施例的端件200可大體上是堅(jiān)固或剛性的。 示例性實(shí)施例的端件200可包括連接元件210。連接元件210在圖3 中示出為螺紋部，其與示例性實(shí)施例的燃料棒中的螺紋孔相配接，用 以可拆卸地緊固端件200和燃料;唪。示例性實(shí)施例的端件200可包括 漸縮部220，其構(gòu)造為裝入如上所述的連接板中。漸縮部220還可成 形為用以接收膨脹彈簧(未示出)，該彈簧裝配在示例性實(shí)施例的端件
軸向膨脹和收縮。
示例性實(shí)施例的端件200可由堅(jiān)固和剛性的靶材料制成，使得端 件200作為靶并且仍用作用于可能連接至上連接板或下連接板的端 件。例如，端件200可完全由銥-191制成。
作為備選，示例性實(shí)施例的端件200可鍍有或包覆有剛性的、非 反應(yīng)性的包殼材料230如鎳。例如，當(dāng)存在包殼材料230時，示例性 實(shí)施例的端件200可由較少剛性和/或較不容易控制的材料構(gòu)成，如鈷-59。這樣， 夕卜殼(containment)。
示例性實(shí)施例的端件200還可包括在基部形成為例如六角形截面 的一系列凹痕250，以便于示例性端件的操作、連接和拆卸。示例性 實(shí)施例的端件200還可包括用以識別端件200以及存在于其內(nèi)的任何 耙或產(chǎn)品同位素的標(biāo)記215。標(biāo)記215可以直接印在示例性實(shí)施例的 端件200上，或以別的方式固定在端件200上。
示例性實(shí)施例的端件200可以有若干種形式的變化。例如，示例 性端件200可不是漸縮形的或大小形成為用以裝入上連接板或下連接 板。類似地，示例性實(shí)施例的端件200可用在包括示例性端件200的 示例性實(shí)施例的燃料棒上的頂部或底部位置處。而且，連接元件210 可采用多種形式，例如插接、楔接或卡扣式接收件，以便于將示例性 實(shí)施例的端件200可拆卸地附接于各種可能的示例性實(shí)施例的燃料 棒。連接元件210可備選地取消，且示例性實(shí)施例的端件可直接焊接 在示例性實(shí)施例的燃料棒上。
圖4為另 一示例性實(shí)施例的端件300的詳細(xì)一見圖。示例性實(shí)施例 的端件300可包括相對于圖3中示例性實(shí)施例的端件200(在此不再贅 述)而言的若干多余元件。示例性實(shí)施例的端件300可包括螺紋非漸縮 的端部320，該端部320比示例性實(shí)施例的端件200的漸縮端220更 長。更長端部320可包括螺紋或其它緊固裝置，并且適于將示例性實(shí) 施例的端件300剛性地連結(jié)至上連接板(圖1中的元件14)。由于長度 的增加，示例性實(shí)施例的端件300可穿過上連接板，并允許連結(jié)于其 上的示例性實(shí)施例的燃料棒用作連接棒。也就是，螺紋的更長端部320
棒，允許接近和操作包含這些連接棒的示例性燃料組件。
圖5為又一示例性實(shí)施例的端件400的詳細(xì)^見圖。如圖5所示， 示例性端件400可包括中空的殼體440,且可接收和容納一個或多個 輻照耙。示例性實(shí)施例的端件400可由剛性的、非反應(yīng)性的材料制成，
10這種材料包括例如鋯合金和/或鋁，當(dāng)在核反應(yīng)堆中曝露于運(yùn)行狀態(tài)時 基本上保持其核特性。
殼體440可成形為便于接收輻照靶，并保持示例性實(shí)施例的端件 400的長度和容積容量。在示例性端件400的制造過程中，固態(tài)、液 態(tài)或氣態(tài)輻照靶可直接置于殼體440中。作為備選，附加容器460可 容有所需的輻照靶并置于殼體440中。容器460可以是申請11/022,677 中所描述的容器，其外殼組件通過引用而結(jié)合到本文中。殼體440中 可放置多個容器460，以便利用不同類型的、單獨(dú)容納的輻照靶而不 會混和不同的革巴。各個容器460可包括識別單個容器460中內(nèi)含物的 容器標(biāo)記461。作為備選，殼體440可包括一個或多個剛性地固定到 示例性端件400上將殼體440隔開的片(wafer)或蓋體470。這樣，殼 體440中的多個輻照耙可由片或蓋體470分開。
如在其它的示例性實(shí)施例中，示例性實(shí)施例的端件400可包括凹 痕(或六角形)450。通過在特定點(diǎn)提供更低的斷裂扭矩以進(jìn)入殼體440， 六角形450還可幫助拆除示例性端件400，以便于獲得殼體440中容 納的輻照耙。標(biāo)記415可附接或印在示例性實(shí)施例的端件400的外部， 并且指明殼體440中容納何種靶。
如圖5所示，示例性實(shí)施例的端件可包括螺紋端部420，該螺紋 端部420可直接擰入下連接板。這樣的螺紋端部420和具有螺紋端部 的示例性實(shí)施例的端件可結(jié)合連接棒一起使用，其中，這些連接棒對 于它們之間的剛性連接用來抬升并移動燃料棒束。盡管示例性實(shí)施例 端件400示出了與其它示例性實(shí)施例不同的卡扣式接收件型端件410 和螺紋端部420,但應(yīng)理解的是，上文所描述的任何配接元件和/或端 部構(gòu)造可與示例性端件300結(jié)合使用。
盡管已經(jīng)單獨(dú)地描述了示例性實(shí)施例的端件200、 300和400，但
用。例如， 一個示例性實(shí)施例上示出的包殼可用在沒有包殼但具有殼 體的另一示例性實(shí)施例上。類似地，制造材料和輻照靶可用在各個示例性實(shí)施例的備選組合中。類似地，殼體和包殼可用于作為上端件和 /或下端件的示例性實(shí)施例的端件上。而且，具有螺紋的示例性實(shí)施例 的端件可用來自具有漸縮部的示例性實(shí)施例的端件中的其它元件來 代替。
由于示例性實(shí)施例的端件和燃料棒提供了在常規(guī)燃料棒中不可
能的位置處;^文置輻照靶，故示例性實(shí)施例可允許產(chǎn)生特有的輻照和輻 照耙。例如，將輻照耙置于反應(yīng)堆芯端部處通量較低和/或恒定的區(qū)域 處可允許同位素的成功轉(zhuǎn)變和采集，這些同位素具有更短的半衰期或 其衰變鏈中包括具有在高通量位置處可被破壞的更高截面的元件。
通過對示例性實(shí)施例進(jìn)行描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解的是，在 常規(guī)的實(shí)踐中可改變示例性實(shí)施例和示例性方法而無須進(jìn)一步的創(chuàng) 造性活動。這些變型不認(rèn)為是脫離了示范性實(shí)施例的精神和范圍，并 且意圖使得所有這些對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的修改包含在所 附權(quán)利要求
的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種燃料棒(100)，包括至少一個燃料元件(22)；容納所述至少一個燃料元件(22)的包殼；以及至少一個端件(120/130)，其包括，至少一個非裂變輻照靶，其具有當(dāng)在運(yùn)行的核反應(yīng)堆中曝露于中子通量時充分地改變的核特性，以及連接元件(210)，其被構(gòu)造成用以將所述至少一個端件(120/130)連結(jié)到核燃料棒(100)的軸向端部上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料棒(IOO)，其特征在于，所述連接元 件(210)被構(gòu)造成用以將所述至少一個端件(120/130)可移除地連結(jié)到 所述燃料棒(1 OO)的軸向端部上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料棒(IOO)，其特征在于，所述非裂變 靶為鈷-59和銥-191中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料棒，其特征在于，所述至少一個端 件(400)還包括完全容納在所述至少一個端件(400)中的殼體(440),所 述殼體(440)被構(gòu)造成用以接收和容納所述至少一個非裂變輻照靶。
5. 根據(jù)權(quán)利要求
4所述的燃料棒(IOO)，其特征在于，所述殼體 (440)包括位于所述殼體(440)中的至少一個外殼結(jié)構(gòu)，所述外殼結(jié)構(gòu)被 構(gòu)造成用以向所述至少一個非裂變輻照靶之一l^供雙重外殼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求
4所述的燃料棒(IOO),其特征在于，所述殼體 (440)包括至少一個片(470),所述片(470)剛性地附接到所述端件(400) 上并將所述殼體(440)隔開。
7. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料棒(IOO)，其特征在于，所述至少一 個端件(120/130)還包括漸縮部(220)，所述漸縮部(220)的形狀形成為沿 軸向與上連接板(14)和下連接板(16)之一相配接，以通過所述至少 一個述下連接板(16)之一。
8. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料棒(100),其特征在于，所述至少一 個端件(120/130)還包括鍍覆所述至少一個端件(120/130)的材料，所述 材料被構(gòu)造成用以向所述至少個一端件(120/130)提供放射性的外殼。
9. 一種燃料棒端件(120/130)，包括至少一個非裂變輻照靶，其具有當(dāng)在運(yùn)行的核反應(yīng)堆中曝露于中 子通量時充分地改變的核特性，以及連接元件(210),其被構(gòu)造成用以將所述端件(120/130)連結(jié)到核燃 料棒(100)的軸向端部上。
10. —種燃料棒束，包括 上連接板(14); 下連接板(16);多個核燃料棒(IOO)，其沿軸向布置在所述上連接板(14)和所述下 連接板(16)之間；多個核燃料棒端件(120/130)，各核燃料棒端件(120/130)，將所述多個核燃料棒中的 一個核燃料棒連結(jié)到所述上連 接板(14)和所述下連接板(16)之一上，以及由具有當(dāng)在運(yùn)行的核反應(yīng)堆中曝露于中子通量時充分地 改變的核特性的材料制成。
專利摘要
本發(fā)明涉及具有輻照靶端件的燃料棒。具體而言，示例性實(shí)施例涉及在任一端部具有端件(120/130)的燃料棒(100)，該端件(120/130)中容納輻照靶。示例性實(shí)施例的端件(120/130)可容納當(dāng)曝露于在端件(120/130)位置處遇到的中子通量時可轉(zhuǎn)變?yōu)樗Ｍ耐凰氐牟牧?。示例性?shí)施例的端件(120/130)可由該材料構(gòu)成或否則可裝有該材料。示例性實(shí)施例的端件(120/130)可與各種全長度和/或部分長度的燃料棒(18)和(19)相配接，并且可起到上和/或下端塞(120/130)的作用，從而將燃料棒(100)與上和/或下連接板(14/16)相配接。
文檔編號G21C3/02GKCN101483072SQ200810184989
公開日2009年7月15日 申請日期2008年12月18日
發(fā)明者D·G·史密斯, W·E·拉塞爾二世 申請人:通用電氣-日立核能美國有限責(zé)任公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan