[发明专利]一种载硼整体型和离散型组合可燃毒物燃料组件

说明书

技术领域

本发明属于压水堆可燃毒物燃料领域，具体涉及一种载硼整体型和离散型组合可燃毒物燃料组件。

背景技术

压水堆燃料组件通常由多根燃料棒以及导向管、仪表管按照一定的几何规则(通常为正方形、六边形)排列组成。为了说明，图1示出了一个栅格按15×15排列的压水堆燃料组件，由204根燃料棒、20根导向管和1根仪表管(位于燃料组件正中间)组成；所述燃料棒由多个沿轴向叠加的圆柱型实心或圆柱型空心燃料芯块、气腔压紧弹簧及提供支撑和包覆作用的包壳管、端塞组成。

压水反应堆通常采用固体可燃毒物，联合控制棒、冷却剂中加硼酸溶液等方式控制堆芯反应性和功率分布，以满足反应堆长期运行的需要。

目前压水堆广泛应用的固体可燃毒物主要分为两类，一类属离散型，另一类与燃料结合在一起，简称为整体型。离散型可燃毒物主要有包容在不锈钢包壳内的硼硅酸盐玻璃管(简称Pyrex)以及由环状氧化铝-碳化硼芯块包在两层同心锆合金管内组成的通水环状可燃吸收棒(简称WABA)，通常布置在没有控制棒的燃料组件的导向管内。整体型可燃毒物有两种，一是以硼化锆(ZrB₂)薄层涂覆在燃料芯块表面上的整体燃料可燃吸收体(简称IFBA)，二是稀土氧化物，如氧化钆(Gd₂O₃)或氧化铒(Er₂O₃)弥散在燃料中的烧结体。

先进压水堆的设计目标和特征，不仅对燃料组件性能要求更高，而且使得固体可燃毒物在堆芯中的作用变得尤为重要。为进一步提高堆芯性能并降低运行成本，需要将反应性长期、平稳地抑制在尽量低的水平，同时使残留反应性惩罚最小化。长周期换料、低可溶硼堆芯、载钚燃料的应用，使得堆芯的初始剩余反应性更大，所以提供足够数量的固体可燃毒物以满足反应性控制需求是必不可少的。为实现利用控制棒运行控制模式代替传统的化学补偿(调节硼浓度)进行短期的堆芯反应性和功率分布控制，堆芯中较多数量的燃料组件位置将布置控制棒，制约可燃毒物的布置，所以是必须解决的突出问题。

因此，为满足先进压水堆的设计目标和提高堆芯性能，需要改进现有固体可燃毒物，解决上述综合性问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可燃毒物燃料组件，可以将反应性长期、平稳地抑制在尽量低的水平，同时使残留反应性惩罚最小化，解决长周期换料、低可溶硼堆芯、载钚燃料对堆芯反应性控制的需求以及控制棒运行控制模式对可燃毒物布置的约束。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种载硼整体型和离散型组合可燃毒物燃料组件，包括芯块表面涂覆有载硼可燃毒物的整体型可燃毒物燃料棒和载硼离散型可燃毒物棒。

进一步地，所述载硼整体型和离散型组合可燃毒物燃料组件还可包括无可燃毒物的燃料棒。

优选地，所述整体型可燃毒物燃料棒中的芯块表面涂覆的载硼可燃毒物为硼化锆。

进一步地，所述载硼离散型可燃毒物棒包括含硼的可燃毒物芯块、气腔压紧弹簧及提供支撑和包覆作用的包壳管、端塞。

进一步地，该载硼离散型可燃毒物棒被布置在燃料棒栅元的位置。

优选地，该载硼离散型可燃毒物棒被燃料组件的定位格架夹持，固定于栅元中。

优选地，所述离散型可燃毒物材料选用含硼的复合材料可燃毒物芯块；其基体相可选用金属氧化物如Al₂O₃，或合金如Zr-2、Zr-4；弥散相为硼化物，如B₄C、ZrB₂、BN等。选取上述任一种基体相和任一种弥散相根据一定比例混合，通过粉末冶金方法制成芯块。

进一步地，上述含硼复合材料可燃毒物芯块的形状可为圆柱型实心芯块或圆柱型空心芯块，具体形状视堆芯核设计要求而定。

当弥散相选用B₄C，基体相选用Al₂O₃组成B₄C-Al₂O₃可燃毒物芯块时，芯块烧结后的密度为理论密度的60％～95％，其中B₄C质量百分比在2％～50％之间，具体密度和比例视堆芯核设计要求进行调配。

当弥散相选用B₄C，基体相选用Zr-4合金组成B₄C-Zr可燃毒物芯块时，其中B₄C质量百分比在1％～20％之间，具体密度和比例视堆芯核设计要求进行调配。