[发明专利]抗冷却剂泄漏事故的双冷核燃料棒

说明书

技术领域

本发明涉及抗冷却剂泄漏事故(loss-of-coolant)的双冷(dual-cooled)核燃料棒，更特别地，本发明涉及通过调整双冷核燃料棒的内包壳(cladding)管的厚度而在冷却剂泄漏事故发生时耐受膨胀故障(ballooning failure)的双冷核燃料棒。

背景技术

核安全意味着保护个人、公众和环境不遭受产生自核设施的放射线，并且是和平利用核能绝对需要的核工程领域。核能发电在半个多世纪以来在主要工业化国家一直是重要的能量源，现在，全世界大约有400个核电站在运行。同样在韩国，从1978年开始，核能发电随经济发展一起持续上升，现在覆盖了韩国发电总量的30％以上。照此，随着核电站的增加，对核安全和规范的关注和重要性增加。尤其在2011年3月11日发生的福岛核事故之后，对核能发电设施的安全的关注增加，并且更加重视核反应堆和核燃料的与安全有关的问题。

核电站的安全分析通过根据核电站的设计确保法律规定的各种设计基础事故的容许标准是否达到来评价核电站设计的安全性。此外，为了确保核电站的安全性和操作性，提供了保护系统和安全系统的设计所需的和技术操作规程所需的信息(操作限制条件、安全系统设定值等)。在除了正常操作条件之外的预料到的过度操作条件的情况下，应当确保核反应堆的安全关闭。此外，对于作为设计基础事故(DBAs)的冷却剂泄漏事故(LOCA)，设计了诸如紧急堆芯(core)冷却系统(ECCS)等的安全系统并执行安全分析。因而，已作出努力以基本防止堆芯熔化事故的可能性。

设计基础事故指的是在设计阶段考虑的假设事故以确保与发电站的各操作条件对应的安全功能，并包括初级(initial)事件，诸如过载状态、装置损坏、操作人员失误和可能在发电站发生的自然灾害。这里，应当被确保的安全系统的功能是，第一，维持核反应堆中的冷却剂压力限制的完整性(integrity)，第二，安全关闭核反应堆并维持该安全关闭状态，第三，防止事故或减缓事故使得释放到环境中的放射性物质的量不超过法定限制。

当上述冷却剂泄漏事故发生时，由于由典型筒状核燃料棒中内部压力增加引起的膨胀变形使冷却剂流路的形成中断，因此可能发生以下问题：当紧急冷却系统执行用于冷却核反应堆的喷水时，核燃料棒可能没有被充分冷却。图1示出了在通过在商用轻水反应堆中使用核燃料棒的包壳管模拟冷却剂泄漏事故的实验中观察的膨胀损坏的形状。

因而，需要在商业化之前，通过将当前发展的双冷核燃料棒设计成抗事故的，来提供一种更安全的核燃料棒。

发明内容

本发明的实施方式旨在提供一种抗冷却剂泄漏事故的双冷核燃料棒，使得在冷却剂泄漏事故情况下在外包壳管发生膨胀之前使内包壳管可以发生弹性屈曲。

本发明的实施方式还旨在提供一种抗冷却剂泄漏事故的双冷核燃料棒，其包括在正常操作期间不会发生塑性变形的内包壳管。

根据本发明的一方面，提供了一种抗冷却剂泄漏事故的双冷核燃料棒，所述双冷核燃料棒包括：外包壳管，所述外包壳管为沿纵向具有圆形截面的中空筒状；和内包壳管，所述内包壳管为直径小于所述外包壳管的直径的中空筒状，所述内包壳管位于所述外包壳管的中空部内，内包壳管在正常操作期间不塑性变形，并且所述内包壳管具有当冷却剂泄漏事故发生时在所述外包壳管发生膨胀变形之前允许所述内包壳管发生弹性屈曲的厚度；和芯块，芯块被充入外包壳管与内包壳管之间的空间并通过核裂变产生能量。

根据本发明的另一方面，提供了一种双冷核燃料棒，所述双冷核燃料棒包括：外包壳管，所述外包壳管为沿纵向具有圆形截面的中空筒状；内包壳管，所述内包壳管为直径小于所述外包壳管的直径的中空筒状，所述内包壳管位于所述外包壳管的中空部内；和芯块，所述芯块被充入所述外包壳管与所述内包壳管之间的空间，并经由核裂变产生能量，其中，所述内包壳管的厚度小于所述内包壳管在发生弹性屈曲时的厚度tb，且所述内包壳管的厚度大于所述内包壳管在发生膨胀时的厚度ta。

附图说明

从以下结合附图的详细说明，本发明的以上和其它目的、特征和其它优点将被更清楚地理解，在附图中：

图1是示出了典型燃料棒在冷却剂泄漏事故中发生的膨胀损坏的形状的图；

图2是示出了根据本发明的实施方式的双冷核燃料棒的图；以及

图3是示出了根据本发明的实施方式的双冷核燃料棒的内包壳管的弹性屈曲现象的图。

具体实施方式