蜂窩型燃料組件及長(zhǎng)壽命超臨界二氧化碳冷卻小堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及蜂窩型燃料組件及采用蜂窩型燃料組件的長(zhǎng)壽命超臨界二氧化碳冷卻小堆。
【背景技術(shù)】
[0002]超臨界二氧化碳冷卻反應(yīng)堆采用超臨界二氧化碳作為冷卻劑。超臨界二氧化碳是指二氧化碳的壓力、溫度高于二氧化碳的擬臨界點(diǎn)(7.38MPa，30.98°C )。與布雷頓循環(huán)的氦氣冷卻堆相比，超臨界二氧化碳冷卻反應(yīng)堆堆芯出口溫度可以從氦氣冷卻堆所要求的900°C降到650°C左右甚至更低，大大降低對(duì)材料的要求。與目前流行的壓水堆相比，熱效率在40 %以上，經(jīng)濟(jì)性好。而且，由于采用布雷頓循環(huán)，與現(xiàn)有壓水堆相比，超臨界二氧化碳冷卻反應(yīng)堆不需要蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、汽水分離器和干燥器，其結(jié)構(gòu)緊湊，也降低了建造時(shí)的設(shè)備成本。
[0003]當(dāng)前，國(guó)際上研制的超臨界二氧化碳冷卻反應(yīng)堆主要集中在大功率上。堆芯方案以美國(guó)麻省理工大學(xué)提出的采用蜂窩型燃料組件、熱功率為240(Mfft堆芯方案為主要代表。其堆芯工作壓力為20MPa，為了實(shí)現(xiàn)較高的熱效率(48% )，堆芯出口溫度為650°C。其功率較大，相關(guān)設(shè)備體積也比較大，不便于在偏遠(yuǎn)地區(qū)或者電力需求量較小的地區(qū)建造。為了展平功率及降低空泡反應(yīng)性，燃料中混有基體材料氧化鈹。由于氧化鈹?shù)拇嬖冢档土巳剂系姆€(wěn)定溫度。
[0004]上述方案為了實(shí)現(xiàn)高的熱效率，采用了較高的工作壓力及較高的材料溫度，增加了工程實(shí)現(xiàn)時(shí)的難度，也對(duì)材料性能提出了較高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種蜂窩型燃料組件及長(zhǎng)壽命超臨界二氧化碳冷卻小堆，改冷卻小堆熱功率為30(Mfft，熱效率為40%，工作壓力為14MPa，出口溫度500°C，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單，體積小，安全性好，工程實(shí)現(xiàn)難度低的特點(diǎn)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種蜂窩型燃料組件，該燃料組件呈六邊形，由外向內(nèi)共有三層，分別為組件壁1、氣隙層2以及氣隙層2內(nèi)填充的燃料區(qū)3 ;所述燃料區(qū)3內(nèi)均勻分布著91個(gè)冷卻劑通道。
[0008]所述冷卻劑通道由冷卻劑通道4、冷卻劑壁面5和冷卻劑通道壁與燃料之間的氣隙6組成。
[0009]所述冷卻劑壁面5的材料為ODS MA956不銹鋼。
[0010]所述組件壁1的材料為ODS MA956不銹鋼。
[0011 ] 所述燃料區(qū)3的材料為Μ0Χ燃料。
[0012]一種長(zhǎng)壽命超臨界二氧化碳冷卻小堆，包括壓力容器，所述壓力容器包括壓力殼9以及置于壓力殼9內(nèi)的堆芯13和控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7，所述壓力殼9的上部和下部分別被上隔離板和下隔離板隔離出上腔室20和下腔室12，壓力殼9與堆芯吊籃8之間的間隙形成下降段11，堆芯13內(nèi)豎向垂直放置有多個(gè)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的蜂窩型燃料組件以及控制棒組件，所述蜂窩型燃料組件上方有裂變氣體氣腔18，裂變氣體氣腔18上面壓著上隔離板，所述控制棒組件的控制棒棒束15向上延伸穿過(guò)上隔離板與上腔室20內(nèi)的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7相連，在下隔離板和堆芯13內(nèi)的蜂窩型燃料組件相連處，對(duì)應(yīng)于每個(gè)蜂窩型燃料組件有進(jìn)氣孔，用于調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量。
[0013]所述堆芯13工作壓力為14MPa，堆芯冷卻劑出口溫度為500°C。
[0014]所述堆芯13放置的蜂窩型燃料組件之間留有間隙。
[0015]所述控制棒組件包括控制棒組件外壁33、設(shè)置在控制棒組件外壁33上的多個(gè)壁面冷卻通道34以及控制棒組件外壁33內(nèi)插有的37根控制棒棒束15。
[0016]所述控制棒棒束15的每個(gè)控制棒為圓形截面，由控制棒包殼36及置于控制棒包殼36內(nèi)的碳化硼吸收體35組成。
[0017]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、本發(fā)明燃料組件采用蜂窩型燃料組件，由于燃料采用Μ0Χ，其中不混合氧化鈹，這樣可以增加燃料的穩(wěn)定溫度，有利于安全，同時(shí)降低燃料制造時(shí)的復(fù)雜度。
[0019]2、與美國(guó)麻省理工大學(xué)提出2400Mfft的堆芯方案相比，由于堆芯工作壓力為較低的14MPa，雖然熱效率有所降低(從48%降到40% )，但依然比普通壓水堆的熱效率要高，而且降低了工程實(shí)現(xiàn)時(shí)的難度；堆芯出口溫度設(shè)定為500°C，這樣在保證較高效率的同時(shí)，也降低了對(duì)材料的要求，減小了材料因?yàn)楦邷卦斐傻母g。堆芯體積及熱功率的減小，能適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)或者電力需求量較小的地區(qū)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是蜂窩型燃料組件橫截面示意圖。
[0021]圖2是冷卻劑通道橫截面示意圖。
[0022]圖3是核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是1/6堆芯布置示意圖。
[0024]圖5是控制棒組件橫截面示意圖。
[0025]圖6是控制棒橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明一種蜂窩型燃料組件，該燃料組件呈六邊形，由外向內(nèi)共有三層，分別為組件壁1和氣隙層2，在氣隙層2內(nèi)填充有燃料區(qū)3，燃料區(qū)3中均勻分布著91個(gè)冷卻劑通道。
[0028]優(yōu)選所述燃料區(qū)3內(nèi)填充的材料為Μ0Χ燃料。
[0029]優(yōu)選所述內(nèi)組件壁的材料為ODS MA956不銹鋼。
[0030]如圖2所示，所述冷卻劑通道由冷卻劑4、冷卻劑壁面5和冷卻劑通道壁與燃料之間的氣隙6組成。
[0031]優(yōu)選所述冷卻劑壁面5的材料為ODS MA956不銹鋼。
[0032]如圖3所示，為一個(gè)熱功率為30(Mfft (電功率為12(Mffe)的采用蜂窩型燃料組件的長(zhǎng)壽命超臨界二氧化碳冷卻小堆，該長(zhǎng)壽命超臨界二氧化碳冷卻小堆的主體結(jié)構(gòu)為壓力容器，壓力容器包括壓力殼9以及置于壓力殼9內(nèi)的堆芯13和控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7，所述壓力殼9的上部和下部分別被上隔離板和下隔離板隔離出上腔室20和下腔室12，壓力殼9與堆芯吊籃8之間的間隙形成下降段11，堆芯13內(nèi)豎向垂直放置有