一种小型核电源用不换料反应堆堆芯制造技术

本发明专利技术公开了一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，所述堆芯由24个正方形11

【技术实现步骤摘要】
一种小型核电源用不换料反应堆堆芯


[0001]本专利技术属于核反应堆堆芯
，具体涉及一种小型核电源用不换料反应堆堆芯。

技术介绍

[0002]在大型核电能够满足大块电力市场需求的情况下，小型电力市场如小电网区、边远地区和极地岛屿的电力需求难以满足，同样大型核反应堆也难以满足一些特殊需求市场，如海水淡化，热电联供等等。此时小型核电源提供了一种可行的替代方案，特别是在不适合大型反应堆的地区和国家。它可以满足更广泛的用户需求以及满足更灵活的发电需求，如海岛及沿海的水电热联供、偏远地区的小范围供电等。同时，小型核电源体积较小，还可根据需求作单模块或多模块部署，可预先在生产工厂内加工制造为功能模块，在现场快速安装。因此小型核电源具有高度的灵活性与适应性。
[0003]因小型核电源具有的高度灵活性与适应性，它的应用场景通常较为特殊，补给也较为困难。而长期不换料堆芯因其在较长时间内无需换料，节省了换料及调试时间，减少了设备安装调试次数，同时能够可显著减少全使用周期的燃料成本、换料成本以及未来的乏燃料处置成本。以上结果可显著提高堆芯可利用率及经济性，并保证堆芯的安全性与可靠性，这些优点与小型核电源的高灵活性与适应性相辅相成，能够为特殊环境与特殊需求提供更加匹配的能量输出。
[0004]目前，现有一种堆芯采用高铀装载铀氢化锆燃料细棒元件，弥散铒可燃毒物。堆芯反应性温度为负，寿期可达1000EFPD(等效满功率天)以上，并满足堆芯设计准则和展平堆芯功率分布要求。但铀氢化锆燃料元件应用于运行温度较高的动力堆国际上尚无先例，技术上不够成熟；且堆芯方案活性段高度80cm，不能够完全满足小型核电源应用场景对反应堆堆芯高度的限制。同时铀氢化锆存在高温释氢风险，在事故工况下可能加重事故后果，不适用于安全性需求较高的特殊需求供电。
[0005]现有另一种堆芯的堆芯功率密度较低，热工安全裕度较高。堆芯由三种不同富集度的燃料组件组成，燃料棒进行了轴向分区，有利于展平堆芯功率。但该堆芯有57个燃料组件，活性段高度2.15米，堆芯体积较大，燃料组件数较多，难以满足小型核电源高度的灵活性与适应性特性。需定期更换燃料，换料周期为1～2年。
[0006]综上，现有堆芯技术无法完全满足小型核电源对反应堆堆芯的需求。

技术实现思路

[0007]鉴于此，本专利技术提出一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，以满足特殊需求供电高灵活性与适应性要求，同时实现全寿期不换料，提高供电稳定性与可靠性。
[0008]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0009]一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，所述堆芯由24个正方形11
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11棒栅燃料组件组成；
[0010]所述燃料组件采用截短的核电站用棒型燃料元件。
[0011]优选的，本专利技术的燃料组件由108根燃料棒、12根导向管和1根中心测量管组成；
[0012]所述燃料棒装载UO2芯块；
[0013]部分所述燃料组件的导向管内布置控制棒。
[0014]优选的，本专利技术的燃料棒外径为9.5mm；所述UO2芯块直径为8.192mm；所述燃料棒中心距12.595mm。
[0015]优选的，本专利技术的燃料组件中心距为139.6mm。
[0016]优选的，本专利技术的24个所述燃料组件呈中心对称结构布置，总计六排六列。
[0017]优选的，本专利技术的堆芯不采用可溶硼和可燃毒物，仅布置一定数量控制棒，进行反应性调节和控制。
[0018]优选的，本专利技术的堆芯装载16个控制棒组件，每个控制棒组件内控制棒均由独立的控制棒驱动机构驱动；
[0019]16个控制棒组件在所述堆芯中分四排布置，呈中心对称结构。
[0020]优选的，本专利技术的16个控制棒组件按功能分为停堆棒组和调节补偿棒组；
[0021]其中，停堆棒组共有4束控制棒，分别布置于第二排第二列、第二排第五列、第五排第二列和第五排第五列；
[0022]调节补偿棒组共有12束控制棒，分别布置于第二排第三列、第二排第四列、第三排第二列、第三排第三列、第三排第四列、第三排第五列、第四排第二列、第四排第三列、第四排第四列、第四排第五列、第五排第二列、第五排第三列。
[0023]优选的，本专利技术的堆芯装载8个不带控制棒的燃料组件，分别布置于第一排第一列、第一排第二列、第三排第一列、第三排第六列、第四排第一列、第四排第六列、第六排第一列和第六排第二列。
[0024]优选的，本专利技术的堆芯活性区外围包裹1cm厚不锈钢围板。
[0025]优选的，本专利技术的堆芯外接圆直径为883mm，等效直径为772mm，活性段高度为500mm。
[0026]优选的，本专利技术的堆芯燃料富集度分为两区，内区16个带控制棒的燃料组件富集度大于外区8个不带控制棒的燃料组件富集度。
[0027]优选的，本专利技术的堆芯热功率为8MW，外区8个不带控制棒的燃料组件装载4.45％富集度燃料棒；内区16个带控制棒的燃料组件装载4.95％富集度燃料棒；燃耗寿期为1000EFPD。
[0028]优选的，本专利技术的堆芯热功率为8MW，外区8个不带控制棒的燃料组件装载7％富集度燃料棒；内区16个带控制棒的燃料组件装载8％富集度燃料棒；燃耗寿期为1500EFPD。
[0029]优选的，本专利技术的堆芯热功率为8MW，外区8个不带控制棒的燃料组件装载12％富集度燃料棒；内区16个带控制棒的燃料组件装载15％富集度燃料棒；燃耗寿期为3000EFPD。
[0030]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0031]本专利技术能够使得堆芯保持较小体积，以提高其灵活性与适应性，同时通过合理的燃料装载策略保证堆芯全寿期不换料，保证其在特殊用途供电时期的稳定性与可靠性，同时提高其经济性。
[0032]本专利技术的堆芯体积小，不采用可溶硼和可燃毒物，仅依靠控制棒进行反应性控制
和调控，能够较快响应功率变化，简化了系统设计、避免了日常硼酸调节产生的废水、减少了固体放射性废物的产生，有利于小型核电源的体积重量优化，匹配多种地形，多种应用场景，使得堆芯具有高度的灵活性与机动性。
[0033]本专利技术的堆芯可保证全寿期的不换料。消除换料时间，减少设备调试，可有效提高堆芯的安全性，同时大幅提高核电源利用率，保障供电的可靠性。
[0034]本专利技术能够在组件最大卸料燃耗不超过许用限值55000MWd/tU的前提下，获得较长的燃耗寿期，充分利用本炉燃料的同时减少多次换料带来的燃料成分与乏燃料处置成本，有效提高经济性。
[0035]本专利技术的堆芯采用截短的电站用棒型燃料组件，该燃料组件技术较为成熟，并已成熟应用于大型核电厂多年，技术风险低。
附图说明
[0036]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0037]图1为本专利技术实施例的11
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11棒栅燃料组件布置示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，其特征在于，所述堆芯由24个正方形11
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11棒栅燃料组件组成；所述燃料组件采用截短的核电站用棒型燃料元件。2.根据权利要求1所述的一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，其特征在于，所述燃料组件由108根燃料棒、12根导向管和1根中心测量管组成；所述燃料棒装载UO2芯块；部分所述燃料组件的导向管内布置控制棒。3.根据权利要求2所述的一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，其特征在于，所述燃料棒外径为9.5mm；所述UO2芯块直径为8.192mm；所述燃料棒中心距12.595mm。4.根据权利要求1所述的一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，其特征在于，所述燃料组件中心距为139.6mm。5.根据权利要求1所述的一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，其特征在于，24个所述燃料组件呈中心对称结构布置，总计六排六列。6.根据权利要求1所述的一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，其特征在于，所述堆芯不采用可溶硼和可燃毒物，仅布置一定数量控制棒，进行反应性调节和控制。7.根据权利要求1
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6任一项所述的一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，其特征在于，所述堆芯装载16个控制棒组件，每个控制棒组件内控制棒均由独立的控制棒驱动机构驱动；16个控制棒组件在所述堆芯中分四排布置，呈中心对称结构。8.根据权利要求7所述的一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，其特征在于，16个控制棒组件按功能分为停堆棒组和调节补偿棒组；其中，停堆棒组共有4束控制棒，分别布置于第二排第二列、第二排第五列、第五排第二列和第五排第五列；调节补偿棒组共有12束控制棒，分别布置于第二排第三列、第二排第四列、第三排第二列、第三排第三列、第三排第四列、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王连杰，王诗倩，汪量子，魏彦琴，秦冬，李庆，巨海涛，曾未，李翔，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：