[发明专利]铅基快堆四边形燃料组件及其用于的快中子反应堆

说明书

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种可用于快中子反应堆中的能够减小冷却剂流动阻力、提高反应堆安全性的四边形燃料组件。

背景技术

目前的核电站中，大多数使用的是轻水堆。轻水堆以铀-235为燃料，但是由于天然铀储量中铀-235约只占0.7％，而99.3％是铀-238，而铀-238却不容易发生裂变，所以不能用作轻水堆的燃料，快中子反应堆不用铀-235，而用钚-239作燃料，不过在堆芯燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238。钚-239产生裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀-238吸收，铀-238就会很快变成钚-239。这样，钚-239裂变，在产生能量的同时，又不断地将铀-238变成可用燃料钚-239，由于反应堆主要依靠快中子裂变产生能量，所以这种反应堆又称“快中子反应堆”，如果转化比大于1，则称为快中子增殖反应堆。

目前已有的快中子反应堆的燃料组件通常是由一个六角形外套管和燃料棒束组成，燃料棒在六角形外套管内以正三角形密集栅排列，组件下端开孔，冷却剂由下往上流动。这样的布置方式使得冷却剂份额较小，并且冷却剂在每个组件内部流动时阻力较大，不利于堆芯热量的导出。

以往的快堆设计常采用“游泳池”的设计方式，这种设计虽然相对比较安全，但同时增加了建造成本。

现在在运行的绝大多数反应堆都是热中子反应堆，它们都是采用二回路设计，一回路是堆芯和冷却剂部分，包容在密闭的压力容器中，产生热量将冷却剂加热，流动的冷却剂与二回路的水交换热量，水变成水蒸汽对汽轮机做功，使得汽轮发电机发电。

所述游泳池式反应堆又称池式反应堆，是一种将堆芯安装在水池内的实验用反应堆。通常水池深6-10m，以浓缩铀作燃料，堆芯置于池底或悬在池中，后一种情况堆芯可在池内移动，因而得名。池中可以盛放冷却剂，在池之侧面及底部浇灌有重混凝土屏蔽层。

钠冷快堆使用的就是这种设计方式，由于钠的化学性质活泼，和水会发生剧烈的反应，必须增加一个中间换热回路，设计了三回路传热系统。一回路是堆芯部分和液态钠，二回路中是液态钠和液态钠进行热量传递，三回路是液态钠和水交换热量，最终水变成水蒸汽对汽轮机做功，使得汽轮发电机发电，但是结构过于复杂，生产建设成本巨大。由于上述原因，本发明人对现有的快中子反应堆的燃料组件进行了深入研究，以便设计出能够解决上述问题的新型燃料组件和与组件相应的反应堆堆芯设计。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了研究，设计出一种铅基快堆四边形燃料组件，其中采用原子序数比较高的铅或者铅-铋合金做为冷却剂，富集度为15％～30％的UO₂燃料，或者(Pu-30％，U-70％)O₂燃料(钚铀氧化物混合燃料)，从而既能保证系统安全，还可以在结构简单、低成本的情况下获得能量和将铀-238变成可用燃料钚-239；具体来说，该燃料组件包括栅格板和燃料棒，燃料棒有多个，由栅格板固定，其中，所述栅格板呈四边形，优选为正方形，其上开设有流通孔和夹持孔，在固定燃料棒的同时尽量减少对冷却剂流动的阻碍，在每个燃料组件外部都不设置套筒，使得相邻燃料组件之间的冷却剂能够自由流动，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供一种铅基快堆四边形燃料组件，该燃料组件包括栅格板1和燃料棒2，

其中，所述栅格板1呈四边形，其上开设有流通孔3和夹持孔4，

所述燃料棒2穿过所述夹持孔4。

其中，在所述栅格板1上，每四个流通孔3均匀分布于一个夹持孔4周围，每四个夹持孔4均匀分布于一个流通孔3周围。

其中，均匀分布于一个流通孔3周围的四个夹持孔4之间的距离相等，优选地，所述四个夹持孔4的中心点呈正方形排布，流通孔3中心位于该正方形中心。

其中，均匀分布于一个夹持孔4周围的四个流通孔3之间的距离相等，优选地，所述四个流通孔3的中心点呈正方形排布，夹持孔4中心位于该正方形中心。

其中，在所述燃料组件中包括多个栅格板1和多根燃料棒2，其中，相邻两个栅格板之间具有设定距离，燃料棒2依次穿过全部多个栅格板1。

其中，在相邻的两个栅格板1之间设置有支撑柱6，

优选地，所述支撑柱有四个，

进一步优选地，所述支撑柱与栅格板在夹持孔处固接。

其中，在所述燃料组件外部没有套筒，相邻燃料组件之间的冷却剂互相连通。

其中，所述栅格板1选自第一类栅格板、第二类栅格板及其组合，其中：