一种基于9制造技术

本发明专利技术公开了一种基于9

【技术实现步骤摘要】
一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯


[0001]本专利技术属于核反应堆堆芯
，具体涉及一种基于9
×
9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯。

技术介绍

[0002]小型反应堆作为一种先进的小型核能装置，由于其小型化、轻量化、模块化，可以全部在工厂制造、组装，然后用飞机、火车或重型汽车运输至现场并能短期组装发电，消除了大规模建设的困难，减少了资金成本，同时具有很强的可移动性。由于其高度的灵活性，小型反应堆可广泛应用于边远地区、长期科考基地、海岛和城市附近的专用电力、热能供应等领域，有着广阔的市场应用前景。
[0003]相比于常规电源，具有高度灵活性的小型反应堆具有以下优势：
[0004]1)不受燃油供给限制，可不依赖于江、河、湖、海等大型水源，可以为偏远地区、无人地区等地进行快速临时供电；
[0005]2)能实现长期稳定提供大功率电能、可实现机动性、安全性供电，可极大提高聚居点、基地及其它特殊场景的生存能力；
[0006]3)节省燃料运输的成本，相比于常规燃料，小型反应堆运输的总重量相对较低，体积小，较大节省了运输成本，提高了机动性。
[0007]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；且公开的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。
[0008]现有另一种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，会增加特殊需求供电燃料和设备供应调试难度。
[0009]综上，现有堆芯均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

[0010]鉴于此，本专利技术提出一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，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。
[0011]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0012]一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，所述堆芯由37个正方形9
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9棒栅燃料组件组成；
[0013]所述燃料组件采用截短的核电站用棒型燃料元件。
[0014]优选的，本专利技术的燃料组件由72根燃料棒、8根导向管和1根中心测量管组成；
[0015]所述燃料棒装载UO2芯块；
[0016]部分所述燃料组件的导向管内布置控制棒。
[0017]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。
[0018]优选的，本专利技术的燃料组件中心距为114.5mm。
[0019]优选的，本专利技术的37个所述燃料组件呈中心对称结构布置，总计七排七列。
[0020]优选的，本专利技术的堆芯不采用可溶硼和可燃毒物，仅部分燃料组件装载控制棒，进行反应性调节和控制。
[0021]优选的，本专利技术的堆芯装载21个控制棒组件，相同标识的控制棒共用一组控制棒驱动机构；
[0022]21个控制棒组件在所述堆芯中棋盘式布置，呈中心对称结构。
[0023]优选的，本专利技术的21个控制棒组件按功能分为停堆棒组和调节补偿棒组；
[0024]其中，停堆棒组共有8束控制棒，分别布置于第一排第三列、第一排第五列、第三排第一列、第三排第七列、第五排第一列、第五排第七列、第七排第三列和第七排第五列；
[0025]调节补偿棒组共有13束控制棒，分别布置于第二排第二列、第二排第四列、第二排第六列、第三排第三列、第三排第五列、第四排第二列、第四排第四列、第四排第六列、第五排第三列、第五排第五列、第六排第二列、第六排第四列和第六排第六列。
[0026]优选的，本专利技术的堆芯装载16个不带控制棒燃料组件，分别布置于第一排第四列、第二排第三列、第二排第五列、第三排第二列、第三排第四列、第三排第六列、第四排第一列、第四排第三列、第四排第五列、第五排第二列、第五排第四列、第五排第六列、第六排第三列、第六排第五列和第七排第四列。
[0027]优选的，本专利技术的堆芯燃料富集度分为两区，内区21个燃料组件富集度大于外区16个燃料组件富集度；
[0028]外区16个燃料组件分别布置于第一排第三列、第一排第四列、第一排第五列、第二排第二列、第二排第六列、第三排第一列、第三排第七列、第四排第一列、第四排第七列、第五排第一列、第五排第七列、第六排第二列、第六排第六列、第七排第三列、第七排第四列和第七排第五列；堆芯其余位置为内区燃料组件。
[0029]优选的，本专利技术的堆芯热功率为8MW，外区16个燃料组件装载4.45％富集度燃料棒；内区21个燃料组件装载4.95％富集度燃料棒；燃耗寿期为1000EFPD。
[0030]优选的，本专利技术的堆芯热功率为8MW，外区16个燃料组件装载7％富集度燃料棒；内区21个燃料组件装载8％富集度燃料棒；燃耗寿期为1500EFPD。
[0031]优选的，本专利技术的堆芯热功率为8MW，外区16个燃料组件装载12％富集度燃料棒；内区21个燃料组件装载15％富集度燃料棒；燃耗寿期为3000EFPD。
[0032]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。
[0033]优选的，本专利技术的堆芯外接圆直径为872mm，等效直径为779mm，活性段高度为500mm。
[0034]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0035]本专利技术的堆芯体积小，具有高度的灵活性与适应性，可满足特殊用电需求，布置于
边远地区、长期科考基地、海岛和远海等领域，有着广阔的市场应用前景。
[0036]本专利技术的堆芯采用控制棒实现反应性控制与部分功率展平的能力，不采用可溶硼和可燃毒物，简化了部分系统设计、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，有利于反应堆的体积重量优化，提高反应堆的灵活性以进一步适应多变的环境。
[0037]本专利技术采用合理的燃料管理策略使得堆芯可以保证全寿期不换料，在复杂的环境应用条件下，可减少人工维护成本。同时消除反应堆换料，可节省时间，减少设备安装调试，同时提升反应堆的安全性与经济性。
[0038]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，在保证燃料安全性的前提下，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。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，其特征在于，所述堆芯由37个正方形9
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9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所述的一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，其特征在于，所述燃料组件由72根燃料棒、8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所述的一种基于9
×
9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，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所述的一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，其特征在于，所述燃料组件中心距为114.5mm。5.根据权利要求1所述的一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，其特征在于，37个所述燃料组件呈中心对称结构布置，总计七排七列。6.根据权利要求1所述的一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，其特征在于，所述堆芯不采用可溶硼和可燃毒物，仅部分燃料组件装载控制棒，进行反应性调节和控制。7.根据权利要求1
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6任一项所述的一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，其特征在于，所述堆芯装载21个控制棒组件，相同标识的控制棒共用一组控制棒驱动机构；21个控制棒组件在所述堆芯中棋盘式布置，呈中心对称结构。8.根据权利要求7所述的一种基于9
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9棒栅燃料组件的小型反应堆堆芯，其特征在于，21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8束控制棒，分别布置于第一排第三列、第一排第五列、第三排第一列、第三排第七列、第五排第一列、第五排第七列、第七排第三列和第七排第五列；调节补偿棒组共有13束控制棒，分别布置于第二排第二列、第二排第四列、第二排第六列、第三排第三列、第三排第五列、第四排第二列、第四排第四列、第四排第六列、第五排第三列、第五排第五列、第六排第二列、第六排第四列和第六排第六列。9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王连杰，王诗倩，汪量子，秦冬，李庆，巨海涛，魏彦琴，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：