[发明专利]一种适用于超临界水堆的MOX燃料组件结构

说明书

技术领域

本发明属于核能发电领域，特别涉及一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构。

背景技术

超临界水冷堆是国际核能界公认的第四代核能堆型之一。超临界水冷堆运行在超过工质热工临界点的温度和压力下。超临界水冷堆堆内核燃料产生热量是一个非常复杂的过程，超临界水冷堆组件结构主要有四边形组件和六边形组件等结构。近几年，各核能先进国家均对超临界水堆组件进行了深入的研究，出现了多种组件设计。通过新的组件结构来改善组件轴向的功率分布。欧盟、日本、加拿大、韩国都设计出各类适合超临界堆的组件结构。在国内，上海交大设计出适用于混合谱的组件设计方案；清华大学采用小组件，并在四角处采用不同富集度的燃料的组件结构设计方案。但是，由于超临界水冷堆还处于概念设计阶段，主要设计都是以UO2燃料为组件的，针对MOX燃料的组件设计目前还没有见到。

在超临界水堆中使用MOX燃料，既可以得到较高的热效率，同时增加了燃料利用率，也减少了核扩散的风险。日本福岛核事故中检测到的放射性钚，可能就是3号机组中使用的MOX燃料熔化泄漏造成的。因此，为了反应堆的运行安全，需要对超临界水堆使用MOX燃料组件结构进行合理的设计。促使核能真正安全高效发展。

目前使用最多的是UO2燃料，超临界水堆组件结构设计也是针对UO2燃料进行的。如果在特定设计中将UO2燃料直接替换为MOX燃料，可能在物理热工性能方面出现变化。在相同的热工参数分布条件下，MOX燃料组件中会有较大的径向功率分布不均匀因子，会在功率因子大的燃料通道中产生更大的燃料中心温度。且MOX燃料的熔化温度要小于UO2燃料。如果不对研究所选的适用UO2燃料组件结构进行改进，而直接考虑采用MOX燃料，将会有较大的安全风险。因此，必须对原只适用于UO2燃料设计组件结构进行改进，提出适用于MOX燃料的组件结构设计，以保障超临界水堆的安全。

发明内容

本发明针对目前超临界水冷堆组件结构设计中，使用MOX燃料会造成较大的组件功率不均匀因子，提供了一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构。

本发明采用的技术方案为：

若干个水盒组成方形的壳体，在水盒组成的壳体内布置若干水棒，在水棒的间隙内布置直径为R的MOX燃料棒；水棒分为大水棒和小水棒两种形式，大水棒的横截面为正方形，其长和宽分别为3R，小水棒的横截面为矩形，其长为3R，宽为R；水棒与水棒之间、水棒与水盒的内壁之间的间距均为R，由整齐排列的MOX燃料棒填充；MOX燃料棒与水棒之间的空隙或MOX燃料棒与水盒内壁之间的空隙构成燃料剂冷却通道。

所述大水棒按列布置，每相邻两列的大水棒交错布置。

所述水棒分为内外两层，材料分别为不锈钢和二氧化锆。

所述水棒的内层为热导率小的二氧化锆，外层为耐腐蚀的不锈钢。

所述水棒分为三层，在两层不锈钢材料中间夹二氧化锆材料构成。

本发明的有益效果为：

在超临界水冷堆中采用适用于所述MOX燃料的组件结构，与同类UO₂组件相比，虽然由于MOX燃料特点，会有较硬的能谱，并可以降低功率不均匀因子，但有更低的组件径向功率分布。经过适当的参数设置，达到与同类UO₂组件设计相同的冷却剂出口参数，以及更低的燃料中心温度和燃料包壳温度。可以提高使用MOX燃料的超临界水堆的安全性能。该设计对原来UO₂组件结构改动较小，容易实现，效果明显。

附图说明

图1为所述的MOX燃料组件结构俯视图。

图中标号：

1-MOX燃料棒；2-燃料冷却剂通道；3-水盒；4-水棒。

具体实施方式

本发明提供了一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明的设计理念是，考虑到慢化性能的关系，两侧都相邻水棒的燃料栅元有较高的功率，四周都不相邻水棒的燃料栅元有较低的功率。因此，通过适当的调整水棒与燃料的布局，杜绝出现四周都不相邻水棒的燃料栅元，可以改善组件的功率分布不均匀因子。发热源MOX燃料棒1由UO₂和PuO₂混合构成的氧化铀钚燃料。