载钆燃料棒及具有载钆燃料棒的燃料组件及压水堆堆芯的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及核反应堆技术领域，具体地，设及一种载乱燃料椿及具有载乱燃料椿 的燃料组件及压水堆堆巧。
【背景技术】
[0002] 压水堆核电站反应性控制是通过可溶棚溶液、固体可燃毒物和控制椿束来实现 的。可溶棚浓度超过一定数值时，慢化剂温度系数将变为正值。为了使反应堆具有负的慢化 剂温度系数，必须限制可溶棚浓度，用固体可燃毒物补偿部分剩余反应性，使堆巧临界棚浓 度降低，并且通过燃料的分区装载和可燃毒物椿的合理布置来展平堆巧的径向功率分布。
[0003] 采用长循环换料策略的压水堆核电站首循环堆巧可燃毒物椿通常采用棚娃玻璃， 自第二循环堆巧开始使用载乱燃料椿（U〇2-Gd2〇3)。载乱燃料椿的燃料富集度通常明显低于 不载乱燃料椿的燃料富集度，W防其成为热椿。载乱燃料椿中Gd2〇3可燃毒物质量分数通常 不超过10%，如8〇/〇。
[0004] 为补偿堆巧部分剩余反应性，中国专利CN103871528A《一种压水堆堆巧的长 周期燃料管理方法》公开了一种压水堆堆巧的长周期燃料管理方法，堆巧后续循环使用由 U〇2-Gd2化均匀混合在巧块中形成的载乱燃料椿作为固体可燃毒物。现有技术中，载乱燃料 椿中燃料的235u富集度为2. 5%，仍需使用富集轴。
[0005] 另一方面，轴资源是一种不可再生资源，乏燃料后处理后有大量的回收轴（RU)和 回收坏产生和积累。回收轴内235u富集度较低(一般不超过1. 5%)，现有技术难W实现回收 轴燃料在压水堆核电站中的直接应用，长期、安全地存放回收轴需要花费不菲的维护费用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种直接采用回收轴 作燃料的载乱燃料椿，节约轴资源；本发明还提供了该种具有回收轴载乱燃料椿的燃料组 件结构及压水堆核电站堆巧结构，堆巧应用回收轴载乱燃料椿替代目前压水堆中常用的低 富集度载乱燃料椿，在满足堆巧反应性控制对固体可燃毒物需求的前提下，节约轴资源并 减少回收轴的长期储存费用。
[0007] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是： 载乱燃料椿，包括燃料巧体，所述燃料巧体由回收轴氧化物和Gd2〇3构成，所述Gd2〇3的 质量分数为39(^5%，回收轴氧化物的质量分数为959(^97%。本方案中，载乱燃料椿仅采用回 收轴氧化物和Gd2〇3构成燃料巧体，完全不使用现有技术中的天然轴、贫化轴等材料，燃料 成分仅为回收轴一种，辅WGd2化，本方案直接利用回收轴，不仅可W有效节约轴资源，还能 减少回收轴的长期储存费用；本发明的载乱燃料椿中Gd,化的质量分数大大降低，在保证堆 巧要求的前提下有效节约了可燃毒物的使用和成本。
[000引进一步，所述回收轴氧化物中的235U的富集度不超过1. 5%，所述Gd203的质量分数 为4%。本方案中，载乱燃料椿中235U富集度不超过1. 5%，相对不含乱燃料椿明显更低，保证 载乱燃料椿不会成为热椿，此外，235u富集度较低，燃料椿中Gd203可燃毒物质量分数可相应 降低至3°/c^5%。相对于压水堆常用载乱燃料椿明显减少了可燃毒物装量，节约了可燃毒物 的使用和成本。
[0009] 进一步，所述回收轴氧化物中的235u富集度为1. 3%，1. 3%的回收轴富集度与4%的 Gd2〇3可燃毒物质量分数匹配，能够更好地满足燃料组件内功率分布展平及反应性控制要 求。
[0010] 具有载乱燃料椿的燃料组件，包括燃料椿、导向管、仪表管，燃料椿、导向管、仪表 管W栅格形式排列成方形结构，所述仪表管排布在燃料组件中屯、；其特征在于，所述燃料椿 包括不含乱燃料椿和回收轴载乱燃料椿，所述回收轴载乱燃料椿为上述任一方案中的载乱 燃料椿；导向管W仪表管为中屯、排列成至少1圈导向管环，回收轴载乱燃料椿也W仪表管 为中屯、排列成至少1圈回收轴载乱燃料椿环，导向管环与回收轴载乱燃料椿环间隔排布， 方形结构中的其他栅格位置设置不含乱燃料椿。本方案中的燃料组件能够获得均匀的组件 内径向功率分布。
[0011] 进一步，所述导向管W仪表管为中屯、排布成至少两圈导向管环，每圈导向管环中 相邻两个导向管被不含乱燃料椿隔开；所述回收轴载乱燃料椿W仪表管为中屯、排布成1至 3圈回收轴载乱燃料椿环，每圈回收轴载乱燃料椿环中，相邻两根回收轴载乱燃料椿也被不 含乱燃料椿隔开；所述导向管环与仪表管之间被不含乱燃料椿隔开，相邻两圈导向管环之 间设置有一圈回收轴载乱燃料椿环。
[0012] 进一步，相邻两圈导向管环之间还设置有不含乱燃料椿。
[0013] 优选的，所述导向管W仪表管为中屯、排布成两圈导向管环，所述回收轴载乱燃料 椿的数量为8根、12根、16根、20根或24根。
[0014] 压水堆堆巧，包括净燃料组件和可燃毒物燃料组件，所述可燃毒物组件为上述方 案中的具有载乱燃料椿的燃料组件中的任一种，可燃毒物燃料组件穿插布置于净燃料组件 之间。
[0015] 进一步，所述可燃毒物燃料组件包括第一可燃毒物燃料组件、第二可燃毒物燃料 组件、第=可燃毒物燃料组件，其中第一可燃毒物燃料组件具有8根回收轴载乱燃料椿，第 二可燃毒物燃料组件具有12根回收轴载乱燃料椿，第=可燃毒物燃料组件具有16根回收 轴载乱燃料椿；其中第一可燃毒物燃料组件和第二可燃毒物燃料组件W堆巧中屯、为中屯、排 布成一圈燃料组件环，第=可燃毒物燃料组件位于第一可燃毒物燃料组件和第二可燃毒物 燃料组件形成的燃料组件环内。本方案中，压水堆堆巧的核洽升因子可有效控制在1. 60W 内，满足堆巧安全要求，同时满足堆巧剩余反应性控制对固体可燃毒物的需求。
[0016] 进一步，所述第一可燃毒物燃料组件的数量为20组、第二可燃毒物燃料组件的数 量为16组、第=可燃毒物燃料组件的数量为32组；所述净燃料组件的数量为109组。本方 案中的压水堆堆巧采用上述采用回收轴的载乱燃料椿，相较于现有技术中采用 235U富集度 为2. 5%的载乱燃料椿的压水堆堆巧，每循环可节省864根235U富集度为2. 5%的燃料椿中 的富集轴资源，有效节约了轴资源并减少了回收轴储存费用。
[0017] 综上，本发明的有益效果是： 1、本发明的载乱燃料椿仅采用回收轴氧化物和Gd2〇3构成燃料巧体，完全不使用现有 技术中的天然轴、贫化轴等材料，燃料成分仅为回收轴一种，不仅能有效节约轴资源，还能 降低储存回收轴所需的维护费用。
[001引2、本发明的载乱燃料椿中235U富集度较低，保证其不会成为热椿，且燃料椿中Gd2化可燃毒物质量分数可相应降低，减少了可燃毒物装量，节约了可燃毒物费用。
[0019] 3、本发明的燃料组件结构能够获得均匀的组件内功率分布。
[0020] 4、本发明的载乱燃料椿制作成燃料组件及应用于压水堆核反应堆堆巧，满足堆巧 后备反应性补偿要求和功率分布展平要求。
[0021] 5、本发明的堆巧结构能够将堆巧核洽升因子可有效控制在1.60W内，满足堆巧 安全要求，同时满足堆巧剩余反应性控制对固体可燃毒物的需求。
[0022] 6、本发明实现了回收轴在压水堆核电站中的直接应用，在节省轴资源的同时降低 回收轴储存费用，而且提供了一种回收轴的处理途径，具有显