[发明专利]一种小型核电源用不换料反应堆堆芯

说明书

本发明公开了一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，所述堆芯由24个正方形11×11棒栅燃料组件组成；所述燃料组件采用截短的核电站用棒型燃料元件。本实施例采用截短的核电站用棒型燃料元件，堆芯体积较小并仅依靠控制棒进行反应性控制和调控，具有高度的灵活性与机动性。堆芯能够在燃料组件最大卸料燃耗不超过许用限值的前提下保证全寿期不换料，有效提高堆芯的经济性与安全性。

技术领域

本发明属于核反应堆堆芯技术领域，具体涉及一种小型核电源用不换料反应堆堆芯。

背景技术

在大型核电能够满足大块电力市场需求的情况下，小型电力市场如小电网区、边远地区和极地岛屿的电力需求难以满足，同样大型核反应堆也难以满足一些特殊需求市场，如海水淡化，热电联供等等。此时小型核电源提供了一种可行的替代方案，特别是在不适合大型反应堆的地区和国家。它可以满足更广泛的用户需求以及满足更灵活的发电需求，如海岛及沿海的水电热联供、偏远地区的小范围供电等。同时，小型核电源体积较小，还可根据需求作单模块或多模块部署，可预先在生产工厂内加工制造为功能模块，在现场快速安装。因此小型核电源具有高度的灵活性与适应性。

因小型核电源具有的高度灵活性与适应性，它的应用场景通常较为特殊，补给也较为困难。而长期不换料堆芯因其在较长时间内无需换料，节省了换料及调试时间，减少了设备安装调试次数，同时能够可显著减少全使用周期的燃料成本、换料成本以及未来的乏燃料处置成本。以上结果可显著提高堆芯可利用率及经济性，并保证堆芯的安全性与可靠性，这些优点与小型核电源的高灵活性与适应性相辅相成，能够为特殊环境与特殊需求提供更加匹配的能量输出。

目前，现有一种堆芯采用高铀装载铀氢化锆燃料细棒元件，弥散铒可燃毒物。堆芯反应性温度为负，寿期可达1000EFPD(等效满功率天)以上，并满足堆芯设计准则和展平堆芯功率分布要求。但铀氢化锆燃料元件应用于运行温度较高的动力堆国际上尚无先例，技术上不够成熟；且堆芯方案活性段高度80cm，不能够完全满足小型核电源应用场景对反应堆堆芯高度的限制。同时铀氢化锆存在高温释氢风险，在事故工况下可能加重事故后果，不适用于安全性需求较高的特殊需求供电。

现有另一种堆芯的堆芯功率密度较低，热工安全裕度较高。堆芯由三种不同富集度的燃料组件组成，燃料棒进行了轴向分区，有利于展平堆芯功率。但该堆芯有57个燃料组件，活性段高度2.15米，堆芯体积较大，燃料组件数较多，难以满足小型核电源高度的灵活性与适应性特性。需定期更换燃料，换料周期为1～2年。

综上，现有堆芯技术无法完全满足小型核电源对反应堆堆芯的需求。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，以满足特殊需求供电高灵活性与适应性要求，同时实现全寿期不换料，提高供电稳定性与可靠性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种小型核电源用不换料反应堆堆芯，所述堆芯由24个正方形11×11棒栅燃料组件组成；

所述燃料组件采用截短的核电站用棒型燃料元件。

优选的，本发明的燃料组件由108根燃料棒、12根导向管和1根中心测量管组成；

所述燃料棒装载UO₂芯块；

部分所述燃料组件的导向管内布置控制棒。

优选的，本发明的燃料棒外径为9.5mm；所述UO₂芯块直径为8.192mm；所述燃料棒中心距12.595mm。

优选的，本发明的燃料组件中心距为139.6mm。

优选的，本发明的24个所述燃料组件呈中心对称结构布置，总计六排六列。

优选的，本发明的堆芯不采用可溶硼和可燃毒物，仅布置一定数量控制棒，进行反应性调节和控制。