[实用新型]一种能降低PCI失效风险的燃料棒及燃料组件

说明书

本实用新型涉及一种能降低PCI失效风险的燃料棒及燃料组件，该燃料棒包括呈管状的包壳以及沿轴向设置在所述包壳内的燃料芯块和弹性件，所述弹性件与所述燃料芯块相抵，以压紧所述燃料芯块；所述燃料芯块包括沿所述包壳的轴向依次排布的第一芯块、第二芯块、第三芯块，所述第一芯块和/或所述第三芯块的直径小于所述第二芯块的直径。本实用新型通过将燃料棒由现有技术中的轴向均匀圆柱形优化为轴向阶梯圆柱形，在燃料棒包壳尺寸不变的前提下，通过增大第一芯块和/或第三芯块与包壳之间的间隙，增大了燃料棒的空腔体积，这样可以容纳更多的裂变气体，延缓燃料芯块与包壳的接触，从而提升燃料棒的PCI裕量，降低事故工况下燃料棒的PCI失效风险。

技术领域

本实用新型涉及核燃料技术领域，更具体地说，涉及一种能降低PCI失效风险的燃料棒及燃料组件。

背景技术

在核电站反应堆的运行中，燃料棒的破损使燃料棒中的放射性裂变产物释放到反应堆的冷却剂系统中，从而危及核电站的正常运行。PCI(Pellet-Cladding Interaction)是燃料棒的潜在破坏因素之一，其是指在燃料棒的运行过程中，燃料芯块与包壳之间可能发生的机械相互作用和燃料棒内的裂变产物与包壳的化学相互作用。PCI问题直接涉及到燃料组件在反应堆内使用的安全性，同时也关系到反应堆核电站的经济性。

中国专利CN207489482U公开了一种燃料棒和燃料组件，其可以减少燃料棒中富集度的差距且减少富集度的种类，改善堆芯轴向功率分布。然而，其存在以下缺点：(1)上述燃料棒在事故工况下PCI裕量较小，无法应对灵活多变的电网调峰要求，严重制约了核电机组运行的灵活性；(2)上述燃料棒空腔体积较小，无法容纳更多裂变气体，长期运行会导致燃料棒内压较大，影响燃料安全性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能降低PCI失效风险的燃料棒及燃料组件。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种能降低PCI失效风险的燃料棒，其包括呈管状的包壳以及沿轴向设置在所述包壳内的燃料芯块和弹性件，所述弹性件与所述燃料芯块相抵，以压紧所述燃料芯块；所述燃料芯块包括沿所述包壳的轴向依次排布的第一芯块、第二芯块、第三芯块，所述第一芯块和/或所述第三芯块的直径小于所述第二芯块的直径。

在一些实施例中，所述第一芯块、第三芯块的直径均为所述第二芯块的直径的90％～99.8％。

在一些实施例中，所述第一芯块的直径为所述第二芯块的直径的90％～99.8％，所述第三芯块的直径与所述第二芯块的直径相当。

在一些实施例中，所述第一芯块的直径与所述第二芯块的直径相当，所述第三芯块的直径为所述第二芯块的直径的90％～99.8％。

在一些实施例中，所述第一芯块、第三芯块中²³⁵U的富集度均小于所述第二芯块中²³⁵U的富集度。

在一些实施例中，所述第一芯块、第三芯块中²³⁵U的富集度均为所述第二芯块中²³⁵U的富集度的15％～70％。

在一些实施例中，所述第一芯块、第三芯块的轴向长度均小于所述第二芯块的轴向长度。

在一些实施例中，还包括分别设置在所述包壳轴向两端的上端塞、下端塞。

在一些实施例中，所述弹性件为气腔弹簧，所述气腔弹簧设置在所述上端塞和所述燃料芯块之间。

本实用新型还提供一种能降低PCI失效风险的燃料组件，包括至少一根如上述任一项所述的燃料棒。