[发明专利]含中子吸收剂的核燃料

说明书

背景技术

核反应堆是通过核链式反应（例如核裂变）而产生能量的，在这个核链式反应中，一个自由中子被核燃料（例如，铀-235(²³⁵U)）中的裂变原子吸收。当自由中子被吸收后，裂变原子分裂成多个较轻的原子，并释放出更多的自由中子，这些自由中子被其他裂变原子吸收，从而形成核链式反应，这在业界是熟知的。核链式反应产生的热能通过多个其它处理过程转化为电能，这在业界也是熟知的。

现有适合燃烧具有低裂变物质含量水平（例如，裂变含量水平相当于天然铀）的核电反应堆已经产生出很多新的可燃核燃料来源。这些新来源包括来自反应堆的废弃铀或回收铀。无论是基于节约成本的立场，还是基于可将乏铀回收到燃料循环中的立场，这些新来源都是有吸引力的。但是，回收乏核燃料的立场与在宝贵且有限的核废料容器设施中处理乏核燃料形成鲜明的对照。

由于这些或其他原因，核燃料以及支持回收核燃料和在核反应堆中燃烧这些燃料的核燃料处理技术继续成为受欢迎的核技术补充。

发明内容

在本发明的一些实施例中，提供了核反应堆的燃料棒束，其包括多个燃料元件，每个燃料元件包括第一燃料组分和第二燃料组分。其中，第一燃料组分是回收铀，第二燃料组分是贫化铀和天然铀至少其中之一。所述第一燃料组分与所述第二燃料组分混合。其中，所述混合的第一和第二燃料组分具有低于1.2wt%的²³⁵U的第一裂变物质含量。

本发明的一些实施例提供了核反应堆的燃料棒束，其中所述燃料棒束包括含回收铀的第一燃料元件，所述第一燃料元件具有不低于0.72wt%的²³⁵U的第一裂变物质含量；以及第二燃料元件，所述第二燃料元件包含贫化铀和天然铀至少其中之一。所述第二燃料元件具有不高于0.71wt%的²³⁵U的第二裂变物质含量。

本发明的一些实施例提供了一种用于核反应堆的燃料棒束，其中所述燃料棒束包括具有²³⁵U裂变物质含量的多个燃料元件，所述燃料棒束的每个燃料元件具有约0.9wt%至5.0wt%的²³⁵U的裂变物质含量。而且，这些燃料元件至少其中之一是含毒物的低浓缩铀燃料元件，所述含毒物的低浓缩铀燃料元件包含浓度高于约5.0vol%的中子毒物。

本发明的一些实施例提供了一种操作加压重水核反应堆的方法。在该方法中，提供第一燃料棒束，所述第一燃料棒束由多个燃料元件组成，每个燃料元件具有约0.9wt%至5.0wt%的²³⁵U的裂变物质含量，这些燃料元件至少其中之一是含毒物的低浓缩铀燃料元件，所述含毒物的低浓缩铀燃料元件包含浓度高于约5.0vol%的中子毒物。所述第一燃料棒束被插入该加压重水核反应堆的压力管中。操作该加压重水核反应堆以燃烧所述燃料元件，产生至少与天然铀燃料棒束产生的功率输出一样高的功率输出，但提供负的燃料温度系数（FTC）、负的功率系数（PC）以及比使用天然铀燃料来操作所述加压重水核反应堆提供的冷却剂空泡反应性（CVR）低的冷却剂空泡反应性。

在一些实施例中，在此描述的任何一种燃料棒束和方法使用于加压重水反应堆中。其中，所述燃料棒束位于一根或多根容纳有加压流体的管内，所述加压流体流过所述燃料棒束，吸收所述燃料棒束的热量并在所述燃料棒束下游做工。

通过考虑下面的详细说明和相关附图，本发明的其他方面将变得更为明显。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的核燃料棒束的横截面示意图，示出了核燃料棒束内的多个可能的燃料结构。

图2是根据本发明第二实施例的核燃料棒束的横截面示意图，也示出了核燃料棒束内的多个可能的燃料结构。

图3是根据本发明第三实施例的核燃料棒束的横截面示意图，也示出了核燃料棒束内的多个可能的燃料结构。

图4是根据本发明第四实施例的核燃料棒束的横截面示意图，也示出了核燃料棒束内的多个可能的燃料结构。

图5是应用图1-4的任何一个燃料棒束的核反应堆的示意图。

具体实施方式

对本发明实施例进行描述之前，应当理解，本发明不限于以下描述所阐述的或以下附图所例示的实施例细节和元件布置。本发明可采取其他实施例并可通过不同方式被实施。