[发明专利]小型模块化反应堆燃料组件

说明书

本申请要求于2012年4月17日提交的美国临时专利申请第61/625,448号的权益。在2012年4月17日提交的美国临时专利申请第61/625,448号的全部内容通过引用的方式合并入本文。

背景技术

下文涉及核动力反应堆领域和相关领域。

参照图1和图2，其示出了具有压水构造的核电站的下部，一般称为压水反应堆(PWR)设计。核反应堆堆芯10包括竖直定向的燃料棒的组件，该组件包含核燃料，核燃料典型地为²³⁵U。核反应堆堆芯10设置在压力容器12处或压力容器12的底部，该压力容器12包含一次冷却水，一次冷却水用作慢化剂以缓和链式反应并且用作冷却剂以冷却反应堆堆芯10。一次冷却水还用作传热介质，以将反应堆堆芯10中产生的热量传送到蒸汽发生机。在蒸汽发生机中，来自一次冷却剂的热量传送到二次冷却回路，以将二次冷却剂转化成蒸汽，蒸汽用于诸如驱动电力生产设施的涡轮机等使用目的。传统的PWR设计包括一个或(典型地)多个蒸汽发生机，所述蒸汽发生机位于包含核反应堆堆芯的压力容器的外部。大直径的管路将来自压力容器的一次冷却剂运送到外部蒸汽发生机中，并且从该蒸汽发生机返回到压力容器中，以完成一次冷却剂流动回路。在一些设计中，外部蒸汽发生机由位于压力容器内的内部蒸汽发生机代替，后者具有消除大直径管路(由二次冷却供水和蒸汽输出管线代替，该管线典型地具有较小的直径且不运送流过反应堆堆芯的一次冷却剂)的优势。应注意，图1是下反应堆堆芯区域的示意图，并且不包括与蒸汽发生器或配套部件相关的特征。

反应堆堆芯10的竖直燃料棒组织成燃料组件14。示意性的图1示出了燃料组件14的9×9阵列的侧视图，但是可以使用其它大小和/或尺寸的阵列。而各燃料组件14包括诸如18×18阵列的燃料棒或14×14阵列的燃料棒等阵列的竖直定向燃料棒。燃料组件还包括下端配件、上端配件、连接所述端配件的竖直导引管以及多个连接到所述导引管、仪器管和燃料棒的间隔格架。间隔格架绕导引管配装，以准确地限定燃料棒之间的间隔，并使燃料组件14的刚度增加。间隔格架可以焊接到导引管，也可以不焊接到导引管。(注意，图1和图2示出了各燃料组件14的燃料棒，这些燃料棒通过竖直直线示意性地被示出，而未示出间隔格架、导引管和其它特征件，这些竖直直线没有按比例绘制以对应于尺寸或量)。应注意的是，燃料组件14的阵列的尺寸通常可以不同于燃料组件14内的燃料棒的阵列的尺寸。燃料组件可以使用矩形燃料棒包装并且具有正方形横截面，或者使用六边形燃料棒包装并且具有六边形横截面等。包括燃料组件14的反应堆堆芯10设置在堆芯篮16内，该堆芯篮16安装在压力容器12的内部。各燃料组件14的下端配件包括接合堆芯板的特征部18。(图1中未以图解方式示出堆芯板、堆芯篮的安装和其它细节)。

该反应堆控制系统典型地包括由控制棒驱动机构(CRDM)(在图1和图2中未示出)操作的控制棒组件(CRA)。该CRA包括竖直定向控制棒20，控制棒20包含中子毒物。给定的控制棒通过燃料组件14的指定竖直导引管可控地插入一个燃料组件14中。典型地，用于给定的燃料组件14的所有控制棒在它们的顶端连接到共同终端结构22(有时称为爬行器(spider))，并且连接棒24在其下端与该爬行器22连接，而在其上部与控制棒驱动机构(上端未示出)连接。因此，用于单个燃料组件14的CRA包括控制棒20、爬行器22和连接棒24，并且该CRA作为单个平移单元进行移动。在PWR设计中，CRA定位在反应堆堆芯10上方，并且向上移动以从燃料组件14将控制棒20收回(并因此增强反应作用)，或者向下移动以将控制棒20插入燃料组件14(并因此减小反应作用)。控制棒驱动机构典型地设计成释放控制棒，以落入反应堆堆芯10中，并且在停电或其它异常情况下时快速地结束该链式反应。

由于反应堆控制系统是有关安全的特征，适用的核安全规定(例如，由美国的核安全管理委员会(NRC)公布的规定)适合其可靠性，并且典型地要求该CRA的平移是可靠的并且不易于堵塞。该CRA的平移应当被导引以确保控制杆竖直移动而不会进行不适当的弯曲或侧向运动。为此目的，各CRA由控制棒导引结构30支承，该控制棒导引结构30包括以间隔的方式安装在竖直框架元件34上的水平导引板32。各水平导引板32包括开口或通道或其它凸轮面(在示意性的图1和图2的侧视图中不可见)，所述开口或通道或其它凸轮面限制CRA，使得棒20、24限制为竖直运动而没有弯曲或侧向运动。