【技术实现步骤摘要】
本申请涉及核燃料，具体涉及一种核燃料元件及核燃料棒。
技术介绍
1、对于采用锆合金包壳的水冷堆(包括压水反应堆(pwr)、沸水反应堆(bwr)或加压重水反应堆(phwr)等)核燃料棒，芯块-包壳相互作用(pci，pellet claddinginteraction)影响核燃料元件的性能，严重情况下会导致核燃料元件失效。在反应堆运行期间，芯块、即核燃料元件会因热膨胀和辐照肿胀等因素对包壳形成局部应力，这种局部应力与核反应裂变产物碘、铯等的共同作用所引起的应力腐蚀开裂会导致核燃料棒的包壳失效，尤其是在芯块表面缺失的情况下(mps，missing pellet surface)。常规核燃料元件的结构设计为圆柱状，包括外围壁和两个端面，每个端面均包括沿中心轴线内凹形成的球形/碟形内凹结构和形成于内凹结构与外围壁之间的倒角结构。
2、现有技术中的核燃料元件一般采用单倒角结构设计，核燃料棒中的上、下芯块堆叠时，芯块之间、芯块与包壳之间在倒角处的接触应力较大，容易因应力在相邻芯块的接触面端部或者芯块与包壳之间过度集中而导致芯块出现碎裂、掉屑的问题，增加了核燃料元件的pci失效风险、降低了核燃料元件及核燃料棒的机械性能。
技术实现思路
1、本申请提供了一种核燃料元件及核燃料棒，用于解决现有核燃料元件的单倒角结构设计，容易因应力过度集中而导致核燃料元件碎裂、掉屑，并增加了pci失效风险的技术问题。本申请提供的核燃料元件及核燃料棒，通过改进的双倒角结构设计，结合端面上肩部结构的优化，降低了
2、本申请的一些实施例中，提供了一种核燃料元件，所述核燃料元件包括沿中心轴线延伸而形成圆筒状结构的外围壁，以及两个分别设于所述外围壁轴向上的两端的端面，每一所述端面均包括内凹结构、肩部结构、第一倒角、第二倒角，所述内凹结构沿所述中心轴线轴向内凹形成；所述肩部结构自所述内凹结构远离所述中心轴线的周缘向所述外围壁一侧水平延伸；所述第一倒角自所述肩部结构远离所述内凹结构的周缘向所述外围壁一侧倾斜延伸，并与垂直于所述中心轴线的水平面之间形成有第一夹角；所述第二倒角自所述第一倒角远离所述肩部结构的周缘倾斜延伸至连接所述外围壁的周缘，并与垂直于所述中心轴线的水平面之间形成有第二夹角；所述第一夹角与所述第二夹角均为锐角，且所述第一夹角与所述第二夹角的角度之和为90°。
3、在一些实施例中，所述第一倒角向所述外围壁一侧倾斜延伸所形成的坡面长度等于所述第二倒角向所述外围壁的周缘倾斜延伸的坡面长度，以使所述第一倒角与所述第二倒角呈对称布置。
4、在一些实施例中，所述第一夹角的角度范围在13.4°～40°之间，所述第二夹角的角度范围在50°～76.6°之间。
5、在一些实施例中，所述第一倒角在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度在0.1mm～0.5mm之间，所述第二倒角在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度在0.02mm～0.41mm之间。
6、在一些实施例中，所述第一倒角在所述中心轴线上的投影高度在0.02mm～0.41mm之间，所述第二倒角在所述中心轴线上的投影的高度在0.1mm～0.5mm之间。
7、在一些实施例中，所述第一倒角在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度与所述外围壁的直径的比值为0.011～0.067；所述第二倒角在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度与所述外围壁的直径的比值为0.002～0.055。
8、在一些实施例中，所述第一倒角在所述中心轴线上的投影高度与两个所述端面的所述肩部结构在所述中心轴线上的间距的比值为0.001～0.068；所述第二倒角在所述中心轴线上的投影高度与两个所述端面的所述肩部结构在所述中心轴线上的间距的比值为0.007～0.083。
9、在一些实施例中，所述肩部结构在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度在0.85mm～1.28mm之间。
10、在一些实施例中，所述肩部结构在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度与所述外围壁的直径的比值为0.094～0.171。
11、在一些实施例中，所述内凹结构为碟形，且所述内凹结构远离所述中心轴线的周缘的直径在4.23mm～5.51mm之间，所述内凹结构沿所述中心轴线内凹的深度在0.15mm～0.35mm之间。
12、在一些实施例中，所述肩部结构在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度与所述内凹结构远离所述中心轴线的周缘的直径的比值为0.154～0.303。
13、在一些实施例中，两个所述端面的所述肩部结构在所述中心轴线上的间距与所述外围壁的直径的比值为0.8～1.7。
14、在一些实施例中，两个所述端面的结构相同、且在所述外围壁的轴向两端对称布置。
15、本申请的一些实施例中，提供了一种核燃料棒，所述核燃料棒包括包壳和多个如上述中任意一项所述的核燃料元件，所述包壳沿所述中心轴线延伸、且内部设有容纳腔，多个所述核燃料元件收容于所述容纳腔中，并以相邻的所述肩部结构为接触面、在轴向上依次堆叠。
16、本申请提供的核燃料元件，将外围壁与端面的连接处设置为包括第一倒角和第二倒角的双倒角结构，并且优化改进了第一倒角和第二倒角与水平面之间形成的夹角角度关系，使得核燃料元件的外围壁与端面的连接处更加平缓。同时，本申请提供的核燃料元件，将包括第一倒角和第二倒角的双倒角结构与内凹结构的连接处设置为水平延伸的肩部结构，使得燃料棒中相邻的核燃料元件之间能够以肩部结构为接触面在轴向上堆叠，增加了核燃料元件之间的接触面积、分担了轴向载荷，并且结合本申请对第一夹角和第二夹角的角度优化，显著改善了反应堆运行期间核燃料棒中核燃料元件之间、以及核燃料元件与包壳之间的相互作用效应，显著降低了接触应力的产生，避免了单倒角结构的应力集中问题，降低了核燃料元件的pci失效风险，提高了运行安全裕量。
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1.一种核燃料元件，包括沿中心轴线延伸而形成圆筒状结构的外围壁，以及两个分别设于所述外围壁轴向上的两端的端面，其特征在于，每一所述端面均包括：
2.根据权利要求1所述的核燃料元件，其特征在于，所述第一倒角向所述外围壁一侧倾斜延伸所形成的坡面长度等于所述第二倒角向所述外围壁的周缘倾斜延伸的坡面长度，以使所述第一倒角与所述第二倒角呈对称布置。
3.根据权利要求1所述的核燃料元件，其特征在于，所述第一夹角的角度范围在13.4°～40°之间，所述第二夹角的角度范围在50°～76.6°之间。
4.根据权利要求3所述的核燃料元件，其特征在于，所述第一倒角在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度在0.1mm～0.5mm之间，所述第二倒角在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度在0.02mm～0.41mm之间。
5.根据权利要求3所述的核燃料元件，其特征在于，所述第一倒角在所述中心轴线上的投影高度在0.02mm～0.41mm之间，所述第二倒角在所述中心轴线上的投影的高度在0.1mm～0.5mm之间。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的
7.根据权利要求1-5任意一项所述的核燃料元件，其特征在于，所述内凹结构为碟形，且所述内凹结构远离所述中心轴线的周缘的直径在4.23mm～5.51mm之间，所述内凹结构沿所述中心轴线内凹的深度在0.15mm～0.35mm之间。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的核燃料元件，其特征在于，两个所述端面的所述肩部结构在所述中心轴线上的间距与所述外围壁的直径的比值为0.8～1.7。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的核燃料元件，其特征在于，两个所述端面的结构相同、且在所述外围壁的轴向两端对称布置。
10.一种核燃料棒，其特征在于，包括包壳和多个如权利要求1-9中任意一项所述的核燃料元件，所述包壳沿所述中心轴线延伸、且内部设有容纳腔，多个所述核燃料元件收容于所述容纳腔中，并以相邻的所述肩部结构为接触面、在轴向上依次堆叠。
...【技术特征摘要】
1.一种核燃料元件，包括沿中心轴线延伸而形成圆筒状结构的外围壁，以及两个分别设于所述外围壁轴向上的两端的端面，其特征在于，每一所述端面均包括：
2.根据权利要求1所述的核燃料元件，其特征在于，所述第一倒角向所述外围壁一侧倾斜延伸所形成的坡面长度等于所述第二倒角向所述外围壁的周缘倾斜延伸的坡面长度，以使所述第一倒角与所述第二倒角呈对称布置。
3.根据权利要求1所述的核燃料元件，其特征在于，所述第一夹角的角度范围在13.4°～40°之间，所述第二夹角的角度范围在50°～76.6°之间。
4.根据权利要求3所述的核燃料元件，其特征在于，所述第一倒角在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度在0.1mm～0.5mm之间，所述第二倒角在垂直于所述中心轴线的水平面上的投影宽度在0.02mm～0.41mm之间。
5.根据权利要求3所述的核燃料元件，其特征在于，所述第一倒角在所述中心轴线上的投影高度在0.02mm～0.41mm之间，所述第二倒角在所述中心轴线上的投影的高度在0.1mm～0.5mm之...
【专利技术属性】
技术研发人员：王洁，张显生，宋子凡，李长征，林少芳，任啟森，聂立红，李伟才，王继伟，
申请(专利权)人：中广核研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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