[发明专利]三冷式燃料棒及燃料组件

说明书

本发明公开了一种三冷式燃料棒及燃料组件，三冷式燃料棒包括棒体，所述棒体包括内层包壳、依次套设在所述内层包壳外的中层包壳和外层包壳、设置在所述内层包壳内部的第一芯块以及设置在所述中层包壳和外层包壳之间的第二芯块；所述中层包壳和所述内层包壳之间的环形间隔形成供冷却剂通过的内部冷却通道。本发明相较于现有技术中的实心芯块，多层包壳的设置及其内芯块的设置，在相同堆芯铀装量的前提下，可使芯块径向厚度大幅减小，从而显著减小自屏效应，进而减小可裂变材料残留量；芯块径向厚度大幅减小，芯块的径向热膨胀量也会随之减小，从而减小反应堆特定事故工况下的PCMI载荷，进而减小燃料棒发生PCMI失效的概率。

技术领域

本发明涉及一种核燃料棒，尤其涉及一种三冷式燃料棒及使用该核燃料棒的燃料组件。

背景技术

压水堆核电站的堆芯由多个燃料组件组成，现有的燃料组件中，燃料棒的芯块多为实心设计。对于实心芯块，热中子进入燃料棒后，首先被芯块外层的裂变材料所吸收，造成芯块内部的热中子通量密度比外层的要低，导致芯块内层的裂变材料不能充分有效地吸收热中子。也就是说，外层裂变材料对里层裂变材料起了屏蔽作用，即为自屏效应，该自屏效应会导致芯块在径向越往内部，残留的可裂变材料越多，容易造成裂变资源的浪费，降低反应堆堆芯的经济性。

如果核反应堆发生类似RIA(反应性引入事故)等事故时，实心芯块因为具有较大的径向厚度，会产生较大的芯块径向热膨胀量，从而使燃料棒更容易发生PCMI(芯块与包壳机械相互作用)失效。另外，较大的芯块半径会导致芯块中心温度过高，容易发生芯块熔化。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种减小芯块径向厚度，提高反应堆安全性和经济性的三冷式燃料棒及使用该核燃料棒的燃料组件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种三冷式燃料棒，包括棒体，所述棒体包括内层包壳、依次套设在所述内层包壳外的中层包壳和外层包壳、设置在所述内层包壳内部的第一芯块以及设置在所述中层包壳和外层包壳之间的第二芯块；所述中层包壳和所述内层包壳之间的环形间隔形成供冷却剂通过的内部冷却通道。

优选地，所述第一芯块为柱体芯块；所述第二芯块为环形芯块。

优选地，所述棒体还包括设置在所述内层包壳的外壁面和/或所述中层包壳内壁面上的数个肋条。

优选地，数个所述肋条相平行间隔，并沿所述内层包壳和/或中层包壳的轴向延伸。

优选地，数个所述肋条螺旋绕覆在所述内层包壳的外壁面和/或所述中层包壳的内壁面上。

优选地，所述棒体还包括设置在所述内部冷却通道内的弹性支撑结构。

优选地，所述弹性支撑结构沿所述内部冷却通道的轴向或径向延伸，其相对两侧分别抵接所述内层包壳的外壁面和中层包壳的内壁面。

优选地，所述弹性支撑结构包括至少一个设置在所述内部冷却通道内的支撑环，所述支撑环的周向呈波浪状；或者，所述弹性支撑结构包括至少一个沿所述内部冷却通道的轴向延伸的条状体，其相对两侧面分别抵接所述内层包壳的外壁面和中层包壳的内壁面，另外相对两侧面上设有相向内凹的凹部。

优选地，所述三冷式燃料棒还包括分别安装在所述棒体两端部上的第一端塞和第二端塞。

本发明还提供一种燃料组件，包括以上任一项所述的三冷式燃料棒。

本发明的有益效果：相较于现有技术中的实心芯块，本发明中多层包壳的设置及其内芯块的设置，在相同堆芯铀装量的前提下，可使芯块径向厚度大幅减小，从而显著减小自屏效应，进而减小可裂变材料残留量；芯块径向厚度大幅减小，芯块的径向热膨胀量也会随之减小，从而减小反应堆特定事故工况下的PCMI载荷，进而减小燃料棒发生PCMI失效的概率。此外，较小芯块径向厚度可以使芯块的最高温度显著降低。