[发明专利]一种液态重金属冷却反应堆用燃料组件及固定方法

说明书

技术领域

本发明属于核燃料组件及核反应堆设计技术领域，具体涉及一种液态重金属冷却反应堆用燃料组件及固定方法。

背景技术

液态重金属冷却池式反应堆主要指铅或铅合金冷却反应堆，其在安全性和经济性方面具有特殊优势，是国际先进核能研究领域的热点之一。2011年，中国科学院启动“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”战略性先导科技专项，铅铋合金冷却反应堆是该专项中主要研究内容之一。

燃料组件设计是反应堆设计的关键内容之一。液态重金属反应堆采用液态重金属冷却剂，如铅或铅铋合金，该类冷却剂密度大，一般大于10000kg/m³。当反应堆部件浸没在重金属冷却中，将受到较大的浮力，必须设置固定装置以防止堆内部件上浮。在现有成熟的反应堆燃料组件中，如压水堆燃料组件、重水堆燃料组件和钠冷快堆燃料组件等，并没有针对浮力问题进行特殊设计，不能直接应用于液态重金属反应堆中。因此，需要针对液体重金属反应堆的特殊问题，设计并开发专用的燃料组件。

在目前液态重金属反应堆燃料组件设计研究中，有意大利ENEA研究机构设计的铅铋冷却反应堆XADS的燃料组件方案、意大利Ansaldo公司设计的铅冷快堆ALFRED的燃料组件方案和比利时SCK·CEN研究机构设计的铅铋冷却反应堆MYRRHA的燃料组件方案。

意大利ENEA研究机构设计的铅铋冷却反应堆XADS是一座铅铋合金冷却加速器驱动次临界反应堆，在其燃料组件方案中，在管脚中设置活扣，通过活扣的关闭和开启实现燃料组件的装入的卸出。该方案在燃料组件中设置活扣属于长期活动部件，需保证在燃料组件寿期内能够正常使用。而液态铅铋合金对钢质金属具有较强的腐蚀性，燃料组件管脚处的活扣长期放置于铅铋环境中，存在腐蚀失效的危险。若反应堆内出现活扣失效的事故，将可能出现在运行时燃料组件上浮离开堆芯或在换料时燃料组件无法卸出堆芯的危险，从而导致严重的事故发生，这大大降低反应堆的可靠性和安全性。

意大利Ansaldo公司设计的ALFRED是一座铅冷快堆，在ALFRED的燃料组件方案中，通过延长燃料组件操作头，将燃料组件操作头直接露出反应堆，在堆外进行燃料组件的固定。该方案将燃料组件操作头露出反应堆外，存在较大的放射性泄漏危险，对反应堆的屏蔽设计提出很高的要求。

比利时SCK·CEN研究机构设计的MYRRHA是一座液态铅铋合金冷却多功能反应堆。在MYRRHA的燃料组件方案中，将燃料组件定位板放置于燃料组件顶部，通过固定的燃料组件定位板来压住燃料组件，从而克服浮力，实现燃料组件的固定。该方案需要在堆芯下部预留足够大的燃料组件操作空间，该区域需通过大量液态铅铋合金来填充，增加了反应堆冷却剂的用量，降低了反应堆的经济性。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种液态重金属冷却反应堆用燃料组件及固定方法，通过采用圆形套管结构和管脚定位架的方法克服了反应堆内液态重金属冷却剂的浮力，实现燃料组件的固定，结构简单，不需要设置活动部件，可有效提高反应堆的可靠性和安全性。

本发明的技术解决方案：一种液态重金属冷却反应堆用燃料组件，其特征在于：所述燃料组件由燃料棒1、组件套管2、定位格架3、上栅格4、下栅格5、操作头6、管脚7和定位架8组成；由燃料棒1组成的棒束采用圆环状布置，棒束由定位格架3进行径向定位，棒束由上栅格4和下栅格5进行轴向定位，棒束放置于组件套管2内，组件套管2采用圆形套管，组件套管2上端设置有操作头6，组件套管2下端设置管脚7，管脚7外围设置有定位架8，定位架8用于与反应堆内燃料组件定位板9的定位孔10的配合实现燃料组件的固定。

所述燃料组件的固定方法是于通过管脚处的定位架与反应堆内燃料组件定位板的定位孔的配合实现燃料组件的固定。

燃料组件的固定方法，其特征在于：当进行装料时，换料机构将燃料组件管脚7插入反应堆内燃料组件定位板9中的燃料组件定位孔10并进行一定角度的转动，将管脚7的定位架8放入燃料组件定位板9的燃料组件定位孔10预留的固定槽，实现燃料组件的固定；当进行换料时，换料机构将燃料组件下压并进行与装料时相反的角度转动，将管脚7的定位架8退出燃料组件定位板9的燃料组件定位孔10预留的固定槽，然后将燃料组件拔出燃料组件定位板9，实现燃料组件的更换。