用于液态金属冷却型核反应堆的燃料棒束的制作方法

示例性实施例大体涉及液态金属冷却型核反应堆，并且更特别地涉及用于液态金属冷却型核反应堆的燃料棒束。

背景技术：

诸如钠冷却型快中子反应堆的液态金属冷却型核反应堆可经受热去膜。当流出燃料棒束的钠流中产生热点和冷点时，热去膜发生。这些热点和冷点引起了在可随着时间损坏的主壳的上部中的热应力。

技术实现要素：

在一个实施例中，用于液态金属冷却型反应堆的燃料棒束包括通道、固定于通道的下端的前端组件，以及设置在通道内的多个燃料棒。燃料棒中的至少一个具有至少一个保护环，其包围燃料棒并且将燃料棒与邻近的燃料棒隔开。

在另一个实施例中，用于液态金属冷却型反应堆的燃料棒束包括通道、固定于通道的下端的前端组件，以及设置在通道内的多个燃料棒。多个燃料棒中的至少一个是缠绕棒。缠绕棒利用线螺旋地缠绕，并且多个燃料棒中的至少一个不是缠绕棒。

附图说明

通过参照附图详细描述示例性实施例，示例性实施例的以上和其它的特征和优点将变得更加显而易见。附图意在描绘示例性实施例并且不应当解释为限制权利要求的预期范围。除非明确指出，否则附图将不被认为是按比例绘制。

图1示出了根据示例性实施例的用于液态金属冷却型核反应堆的燃料棒束；

图2A示出了根据一个实施例的燃料棒的示例；

图2B示出了邻近图2A中所显示的燃料棒的燃料棒；

图3A示出了在离燃料棒的底部1米处的燃料棒的自顶而下的横截面图；

图3B示出了在离燃料棒的底部2米处的燃料棒的自顶而下的横截面图；

图4示出了根据另一个实施例的燃料棒的自顶而下的横截面图；

图5示出了缠绕棒，并且显示了线沿着燃料棒的纵向长度的螺旋缠绕；

图6示出了沿着两个邻近的非缠绕棒的纵向长度从通道的壁凸出的凸片；

图7示出了凸片的另一个实施例；

图8示出了根据另一个实施例的燃料棒的自顶而下的横截面图；以及

图9示出了两个缠绕燃料棒，其中线缠绕具有彼此相反的定向。

具体实施方式

本文公开了详细的示例性实施例。然而，本文公开的特定的结构和功能细节仅仅是代表性的，用于描述示例性实施例的目的。然而，示例性实施例可以以许多备选形式实施，并且不应当理解为限制于仅本文阐述的实施例。

因此，虽然示例性实施例能够有多种修改和备选形式，但其实施例经由附图中的示例显示，并且将在本文详细地描述。然而，应当理解，并未意图将示例性实施例限制于公开的特定形式，而是相反，示例性实施例将覆盖落入示例性实施例的范围内的所有修改、等同物和备选方案。同样的标记遍及附图的描述表示同样的元件。

将理解，尽管用语第一、第二等可在本文用于描述多种元件，但是这些元件不应当被这些用语限制。这些用语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可称为第二元件，并且相似地，第二元件可称为第一元件，而不偏离示例性实施例的范围。如本文所使用的，用语“和/或”包括相关联的列出物品中的一个或更多个中的任一个和所有组合。

将理解，当元件被称为“连接”或“联接”于另一个元件时，其可直接地连接或联接于另一个元件，或者可存在介入元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接联接”于另一个元件时，不存在介入元件。用于描述元件之间的关系的其它用语应当以相似的方式解释(例如，“在...之间”对“直接在...之间”，“相邻”对“直接相邻”，等)。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不意图限制示例性实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意图还包括复数形式，除非文中另外清楚指出。将进一步理解，用语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”在本文中使用时指定了规定的特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并不排除一个或更多个其它的特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组的存在或添加。

还应当注意，在一些备选实施中，提到的功能/动作可脱离附图中提到的顺序发生。例如，连续显示的两个附图可实际上基本上同时执行或者有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能/动作。

燃料棒束或组件是核电站中的反应堆芯的主要产热构件。在诸如液态金属快中子增殖反应堆的液态金属冷却型反应堆中的燃料棒束设计借助于可裂变材料的高集成度组件产生能量，该高集成度组件可以以临界(critical)阵列布置在反应堆芯中，并且可在反应堆设计条件下通过诸如钠的液态金属来容易地冷却。

图1示出了根据示例性实施例的用于液态金属冷却型核反应堆的燃料棒束。特别地，图1的燃料棒束将关于钠冷却型核反应堆来描述。如所示，燃料棒束包括六边形通道或外壳10，其在上外表面上具有多个侧向负载垫11，并且在其中包含上区域中的多个燃料棒12和下区域中的孔口/罩区段13。燃料棒12在其下端处固定在燃料棒支承件14中。侧向负载垫11用于隔开反应堆芯中的燃料组件以允许燃料组件的插入和扭曲，并且最小化由于钠冷却剂的表面接触而产生的磨擦。前端子组件16固定于通道10的下端，并且包括多个钠入口17，其用于将钠冷却剂指引到通道10中，并且具有在入口17的相对端上的密封件18，用于防止前端子组件16和子组件16位于其中的相关联支承结构20中的开口19之间的钠泄漏。结构20上的燃料组件支承点以21和22指出。顶端子组件23固定于通道10的上端，其中钠冷却剂围绕燃料棒12向上经过，穿过通道10的上端中的内部混合器24，并且通过顶端子组件23中的以25指出的出口排出。

每个燃料棒12是长的、中空的不锈钢或不锈型合金(例如HT9)管，其具有包含例如钚-铀金属燃料块的中心区域，该中心区域上下以铀轴向再生区芯块的区域作为边界，并且当然，每个燃料棒12可用于径向再生区布置中。将理解，燃料的许多变型存在，并且实施例不限于该示例。焊接的不锈钢塞子在底部处密封管。在上再生区上方的区域包含裂变气体仓室区段和燃料柱压紧装置，并且通过相似的塞子在顶部处密封。管通道组件(构件10、16和23)用不锈钢或不锈型合金构造，并且因此能够与液态钠冷却剂相容。

图2A示出了根据一个实施例的燃料棒的示例。在该实施例中，不是具有缠绕在燃料棒12周围以将燃料棒12与邻近的棒和通道10的内表面隔开的隔离线，而是燃料棒12中的至少一个包括至少一个保护环205。虽然图2A中显示了四个保护环205，但将理解，燃料棒12可包括任何数量的保护环。

图2B示出了邻近图2A中所显示的燃料棒的燃料棒。如所示，邻近的燃料棒可具有沿着其纵向长度在与图2A的燃料棒上的保护环的位置不同的位置处设置的一个或更多个保护环。

在一个实施例中，反应堆的燃料棒12可分成两个或更多个组。每组中的燃料棒12可具有沿着其纵向长度的相同样式的保护环205，并且不同组可具有不同的保护环样式。更进一步，一个或更多个燃料棒12可包括在一个以上的组中。图3A和3B示出了此类布置的示例性实施例。图3A示出了在离燃料棒的底部1米处的燃料棒的自顶而下的横截面图，并且显示了在离燃料棒12的底部1米处的第一组305和第二组310中的燃料棒的保护环205。图3B示出了在离燃料棒的底部2米处的燃料棒的自顶而下的横截面图，并且显示了在离燃料棒的底部2米处的第一组305和第二组310中的燃料棒的保护环205。如所示，中心燃料棒12-C属于两个组。图3A中显示的样式可以以每个奇数米间隔重复，并且图3B中显示的样式可以以每个偶数米间隔重复。如将从图3A和3B认识到的，燃料棒中的一些可不包括任何保护环205。还将理解，可采用多于两组和多于两种样式。将进一步理解，实施例不限于所公开的间隔，而是可使用任何间隔(例如0.5米)。

消除线缠绕作为间隔元件的使用减少了棒束内的大量钠旋转，并且促进了核心区域内的钠流的良好混合，从而减少了热去膜。

图4示出了根据另一个实施例的燃料棒的自顶而下的横截面图。在该实施例中，燃料棒12中的一些，而不是所有的燃料棒12，由线405螺旋地缠绕。即，根据一个实施例，至少一个燃料棒是缠绕棒(即，由线螺旋地缠绕)，并且至少一个燃料棒12不是缠绕棒。在图4中显示的实施例中，缠绕棒400中的各个具有邻近其的非缠绕燃料棒410。更进一步，图4显示了凸片420可附接于通道10的内壁以将非缠绕棒410与通道10的壁间隔开。

图5示出了缠绕棒400，并且显示了线405沿着燃料棒的纵向长度的螺旋缠绕。图6示出了沿着两个邻近的非缠绕棒410的纵向长度从通道10的壁凸出的凸片420。在一个实施例中，线405用诸如304不锈钢(SS)、316SS和PE-16的材料构造。在一个实施例中，凸片420用诸如304SS、316SS和PE-16的材料构造。

图7示出了凸片的另一个实施例。在该实施例中，凸片820形成为具有期望的角度或定向。凸片820的定向可与缠绕棒的线205，405的定向相反。

图8示出了根据另一个实施例的燃料棒的自顶而下的横截面图。在该实施例中，缠绕棒400分成第一组400-1和第二组400-2。第一组400-1的缠绕棒400根据相同的第一定向螺旋地缠绕。第二组400-2的缠绕棒400根据相同的第二定向螺旋地缠绕，其中第二定向不同于第一定向。例如，如图9所示，第二定向可与第一定向相反。

减少缠绕棒的数量，和/或改变缠绕缠绕棒的线的定向，减少了棒束内的大量钠旋转并且促进了核心区域内的钠流的良好混合，从而减少了热去膜。

通过减少热去膜，燃料棒束内部构件上的热应力减小，从而延长了设备的寿命。

因此已经描述了示例性实施例，将明显的是示例性实施例可以以许多方式改变。此类变型将不看作是背离示例性实施例的预期的精神和范围，并且对本领域技术人员而言将明显的所有此类修改意图包括在以下权利要求的范围内。