专利名称:一种适用于超临界水堆的mox燃料组件结构的制作方法
技术领域：
本发明属于核能发电领域，特别涉及一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构。
背景技术：
超临界水冷堆是国际核能界公认的第四代核能堆型之一。超临界水冷堆运行在超过工质热工临界点的温度和压力下。超临界水冷堆堆内核燃料产生热量是一个非常复杂的过程，超临界水冷堆组件结构主要有四边形组件和六边形组件等结构。近几年，各核能先进 国家均对超临界水堆组件进行了深入的研究，出现了多种组件设计。通过新的组件结构来改善组件轴向的功率分布。欧盟、日本、加拿大、韩国都设计出各类适合超临界堆的组件结构。在国内，上海交大设计出适用于混合谱的组件设计方案；清华大学采用小组件，并在四角处采用不同富集度的燃料的组件结构设计方案。但是，由于超临界水冷堆还处于概念设计阶段，主要设计都是以U02燃料为组件的，针对MOX燃料的组件设计目前还没有见到。
在超临界水堆中使用MOX燃料，既可以得到较高的热效率，同时增加了燃料利用率，也减少了核扩散的风险。日本福岛核事故中检测到的放射性钚，可能就是3号机组中使用的MOX燃料熔化泄漏造成的。因此，为了反应堆的运行安全，需要对超临界水堆使用MOX燃料组件结构进行合理的设计。促使核能真正安全高效发展。
目前使用最多的是U02燃料，超临界水堆组件结构设计也是针对U02燃料进行的。如果在特定设计中将U02燃料直接替换为MOX燃料，可能在物理热工性能方面出现变化。在相同的热工参数分布条件下，MOX燃料组件中会有较大的径向功率分布不均匀因子，会在功率因子大的燃料通道中产生更大的燃料中心温度。且MOX燃料的熔化温度要小于U02燃料。如果不对研究所选的适用U02燃料组件结构进行改进，而直接考虑采用MOX燃料，将会有较大的安全风险。因此，必须对原只适用于U02燃料设计组件结构进行改进，提出适用于MOX燃料的组件结构设计，以保障超临界水堆的安全。
发明内容
本发明针对目前超临界水冷堆组件结构设计中，使用MOX燃料会造成较大的组件功率不均匀因子，提供了一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构。
本发明采用的技术方案为
若干个水盒组成方形的壳体，在水盒组成的壳体内布置若干水棒，在水棒的间隙内布置直径为R的MOX燃料棒；水棒分为大水棒和小水棒两种形式，大水棒的横截面为正方形，其长和宽分别为3R，小水棒的横截面为矩形，其长为3R，宽为R ;水棒与水棒之间、水棒与水盒的内壁之间的间距均为R，由整齐排列的MOX燃料棒填充；M0X燃料棒与水棒之间的空隙或MOX燃料棒与水盒内壁之间的空隙构成燃料剂冷却通道。
所述大水棒按列布置，每相邻两列的大水棒交错布置。
所述水棒分为内外两层，材料分别为不锈钢和二氧化锆。[0010]所述水棒的内层为热导率小的二氧化锆，外层为耐腐蚀的不锈钢。
所述水棒分为三层，在两层不锈钢材料中间夹二氧化锆材料构成。
本发明的有益效果为
在超临界水冷堆中采用适用于所述MOX燃料的组件结构，与同类UO2组件相比，虽然由于MOX燃料特点，会有较硬的能谱，并可以降低功率不均匀因子，但有更低的组件径向功率分布。经过适当的参数设置，达到与同类UO2组件设计相同的冷却剂出口参数，以及更低的燃料中心温度和燃料包壳温度。可以提高使用MOX燃料的超临界水堆的安全性能。该设计对原来UO2组件结构改动较小，容易实现，效果明显。
图I为所述的MOX燃料组件结构俯视图。
图中标号
1-M0X燃料棒；2_燃料冷却剂通道；3_水盒；4_水棒。
具体实施方式
本发明提供了一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构，下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。
本发明的设计理念是，考虑到慢化性能的关系，两侧都相邻水棒的燃料栅元有较高的功率，四周都不相邻水棒的燃料栅元有较低的功率。因此，通过适当的调整水棒与燃料的布局，杜绝出现四周都不相邻水棒的燃料栅元，可以改善组件的功率分布不均匀因子。发热源MOX燃料棒I由UO2和PuO2混合构成的氧化铀钚燃料。
该结构如图I所示，若干个水盒3组成方形的壳体，在水盒3组成的壳体内布置若干水棒4，在水棒4的间隙内布置直径为R的MOX燃料棒I ;水棒4分为大水棒和小水棒两种形式，大水棒的横截面为正方形，其长和宽分别为3R，小水棒的横截面为矩形，其长为3R，宽为R ;水棒与水棒之间、水棒与水盒3的内壁之间的间距均为R，由整齐排列的MOX燃料棒I填充；M0X燃料棒I与水棒4之间的空隙或MOX燃料棒I与水盒3内壁之间的空隙构成燃料剂冷却通道2。大水棒按列布置，每相邻两列的大水棒交错布置。
水棒4分为内外两层，内层为热导率小的二氧化锆，外层为耐腐蚀的不锈钢；内外两层材料也可以互换。水棒4还可以采用三层结构，在两层不锈钢材料中间夹二氧化锆材料构成。
本实施例中，该组件结构中包含324根MOX燃料棒1，27个大水棒，18个小水棒和24个外部水盒。温度较低的慢化剂自上至下流过水棒4及水盒3，温度较高的冷却剂自下向上通过燃料冷却剂通道2，带出MOX燃料棒I传出的热量。
权利要求
1.一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构，其特征在于，若干个水盒(3)组成方形的壳体，在水盒(3)组成的壳体内布置若干水棒(4)，在水棒(4)的间隙内布置直径为R的MOX燃料棒(I);水棒(4)分为大水棒和小水棒两种形式，大水棒的横截面为正方形，其长和宽分别为3R，小水棒的横截面为矩形，其长为3R，宽为R ;水棒与水棒之间、水棒与水盒(3)的内壁之间的间距均为R，由整齐排列的MOX燃料棒(I)填充；Μ0Χ燃料棒(I)与水棒(4)之间的空隙或MOX燃料棒(I)与水盒(3)内壁之间的空隙构成燃料剂冷却通道(2)。
2.根据权利要求
I所述的一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构，其特征在于，所述大水棒按列布置，每相邻两列的大水棒交错布置。
3.根据权利要求
I所述的一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构，其特征在于，所述水棒(4)分为内外两层，材料分别为不锈钢和二氧化锆。
4.根据权利要求
3所述的一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构，其特征在于，所述水棒(4)的内层为热导率小的二氧化锆，外层为耐腐蚀的不锈钢。
5.根据权利要求
I所述的一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构，其特征在于，所述水棒(4)分为三层，在两层不锈钢材料中间夹二氧化锆材料构成。
专利摘要
一种适用于超临界水冷堆的MOX燃料组件结构属于核能发电领域。若干个水盒组成方形的壳体，在水盒组成的壳体内布置若干水棒，在水棒的间隙内布置直径为R的MOX燃料棒；水棒分为大水棒和小水棒两种形式，大水棒的横截面为正方形，其长和宽分别为3R，小水棒的横截面为矩形，其长为3R，宽为R；水棒与水棒之间、水棒与水盒的内壁之间的间距均为R，由整齐排列的MOX燃料棒填充；MOX燃料棒与水棒之间的空隙或MOX燃料棒与水盒内壁之间的空隙构成燃料剂冷却通道。在超临界水冷堆中采用此种MOX组件结构，可以达到与原结构只使用UO2组件设计同样效果，可以改善组件的功率分布不均匀因子。具有结构简单，对原超临界水堆组件设计改进较小的特点，提高反应堆的安全性。
文档编号G21C3/32GKCN102768863SQ201210242340
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月12日
发明者周涛, 孙灿辉, 程万旭, 陈娟 申请人:华北电力大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan