一种可燃毒物组件和堆芯的制作方法

本发明涉及核电技术领域，特别涉及一种可燃毒物组件和堆芯。

背景技术：

随着科技的不断发展，人们对核能的研究也越来越深入，为了解决能源危机，人们越来越关注核能发电。核能发电现在已经成为了一种重要的发电方式，并且给人们的生活带来了较大的便利。现有技术中，通常利用可燃毒物来降低燃料组件的反应性，而为了提高组件富集度，降低更换燃料组件的频率，一般通过在燃料芯块中增加三氧化二钆的含量来降低可燃毒物组件中可燃毒物的燃耗速率，但是适用范围有限且对燃料经济性影响较大。可见，当前对可燃毒物组件中可燃毒物的燃耗速率的降低效果较差。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种可燃毒物组件和堆芯，解决了当前对可燃毒物组件中可燃毒物的燃耗速率的降低效果较差的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种可燃毒物组件，包括：至少两根燃料棒，所述至少两根燃料棒中的任意一根燃料棒包括芯块、燃料芯块涂层和包壳，所述芯块的外壁与所述燃料芯块涂层的内壁连接，所述燃料芯块涂层的外壁与所述包壳的内壁之间有气隙，所述至少两根燃料棒中任意两根燃料棒的栅距为9.6-12.1毫米，所述可燃毒物组件的富集度为30％-90％。

可选的，所述燃料芯块涂层为硼化锆涂层。

可选的，所述芯块的半径为0.4厘米，所述包壳的内半径为0.418厘米，所述包壳的外半径为0.475厘米，所述气隙的宽度小于0.018厘米。

可选的，所述可燃毒物组件的富集度为50％。

可选的，所述硼化锆涂层的厚度为0.65毫米，所述芯块中硼-10同位素的富集度为19.9％。

可选的，所述至少两根燃料棒中任意两根燃料棒的栅距为9.6、10.1、10.6、11.1、11.6或者12.1毫米。

可选的，所述芯块中硼-10同位素的富集度为富集硼。

本发明实施例还提供一种堆芯，包括上述的可燃毒物组件。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明实施例中，提供一种可燃毒物组件，包括：至少两根燃料棒，所述至少两根燃料棒中的任意一根燃料棒包括芯块、燃料芯块涂层和包壳，所述芯块的外壁与所述燃料芯块涂层的内壁连接，所述燃料芯块涂层的外壁与所述包壳的内壁之间有气隙，所述至少两根燃料棒中任意两根燃料棒的栅距为9.6-12.1毫米，所述可燃毒物组件的富集度为30％-90％。上述可燃毒物组件，通过减小任意两根燃料棒的栅距至9.6-12.1毫米，从而改变了可燃毒物组件中的水铀比，使得中子谱变硬，使得可燃毒物对中子的吸收速度下降，从而降低可燃毒物的燃耗速率，对可燃毒物组件中可燃毒物的燃耗速率的降低效果较好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可燃毒物组件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的燃料芯块涂层的厚度不同的可燃毒物组件的燃耗反应性曲线示意图；

图3为本发明实施例提供的燃料棒栅距不同的可燃毒物组件的燃耗反应性曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的燃料棒栅距为11.1毫米但富集度不同的可燃毒物组件的燃耗反应性曲线示意图；

图5为本发明实施例提供的燃料棒栅距为11.6毫米但富集度不同的可燃毒物组件的燃耗反应性曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种可燃毒物组件1，包括：至少两根燃料棒101，所述至少两根燃料棒101中的任意一根燃料棒101包括芯块、燃料芯块涂层和包壳，所述芯块的外壁与所述燃料芯块涂层的内壁连接，所述燃料芯块涂层的外壁与所述包壳的内壁之间有气隙，所述至少两根燃料棒101中任意两根燃料棒101的栅距为9.6-12.1毫米，所述可燃毒物组件1的富集度为30％-90％。

其中，上述可燃毒物组件1可以通过下述方法来确定：首先可以根据循环长度来确定可燃毒物组件1的富集度的范围，同时也可以大致确定燃料棒栅距的范围，以及燃料芯块涂层厚度的范围；然后根据富集度的范围、燃料棒栅距的范围，以及燃料芯块涂层厚度的范围，可以选择不同数值的富集度、不同数值的燃料棒栅距和不同数值的燃料芯块涂层厚度计算对应的反应性，经过多次计算并选择后，可以选出最优的富集度、燃料棒栅距和燃料芯块涂层厚度。例如：可以选择可燃毒物组件1的富集度为30％，燃料芯块涂层厚度为0.10毫米，而燃料棒栅距分别为9.6mm、10.1mm、10.6mm、11.1mm、11.6mm和12.1mm，计算上述不同的燃料棒栅距所对应的可燃毒物组件的反应性；还可以选择可燃毒物组件1的富集度为35％，燃料芯块涂层厚度为0.10毫米，而燃料棒栅距分别为9.6mm、10.1mm、10.6mm、11.1mm、11.6mm和12.1mm，计算上述不同的燃料棒栅距所对应的可燃毒物组件的反应性；又或者可以选择燃料芯块涂层厚度为0.10毫米，燃料棒栅距分别为10.6mm，而可燃毒物组件1的富集度可以为30％、35％、40％、45％、50％或者55％，计算上述不同的富集度的可燃毒物组件所对应的反应性。同理，还可以选择不同的燃料芯块涂层厚度所对应的可燃毒物组件的反应性。通过多次迭代优化，从而可以选择出最优的燃料棒栅距、最优的可燃毒物组件的富集度和最优的燃料芯块涂层厚度。

其中，需要说明的是，可燃毒物组件1中所有的燃料棒都可以用101来标记。

其中，可燃毒物组件1可以包括至少两根燃料棒101，燃料棒101的数量不做限定。

其中，芯块可以为含硼的芯块。上述含硼的芯块可以用来吸收燃料组件在核反应中释放的中子。

其中，可燃毒物组件1中包括的燃料棒101，任意两根燃料棒101之间的栅距可以是统一的，例如：有标号分别为1、2、3和4的四根燃料棒101，1号燃料棒101和2号燃料棒101之间的栅距可以是10毫米，那么，相对应的，3号和4号燃料棒101之间的栅距也可以是10毫米。另外，2号和3号燃料棒101之间的栅距也可以是10毫米。需要说明的是，任意两根燃料棒101之间的栅距也可以不是统一的，例如：1号燃料棒101和2号燃料棒101之间的栅距可以是10毫米，那么3号和4号燃料棒101之间的栅距可以是11毫米，当然，1号燃料棒101和2号燃料棒101为一组，3号和4号燃料棒101为一组。

本发明实施例中，提供一种可燃毒物组件，包括：至少两根燃料棒，所述至少两根燃料棒中的任意一根燃料棒包括芯块、燃料芯块涂层和包壳，所述芯块的外壁与所述燃料芯块涂层的内壁连接，所述燃料芯块涂层的外壁与所述包壳的内壁之间有气隙，所述至少两根燃料棒中任意两根燃料棒的栅距为9.6-12.1毫米，所述可燃毒物组件的富集度为30％-90％。上述可燃毒物组件，通过减小任意两根燃料棒的栅距至9.6-12.1毫米，从而改变了可燃毒物组件中的水铀比，使得中子谱变硬，使得可燃毒物对中子的吸收速度下降，从而降低可燃毒物的燃耗速率，对可燃毒物组件中可燃毒物的燃耗速率的降低效果较好。还能提高富集度，降低更换燃料组件的频率。

可选的，所述燃料芯块涂层为硼化锆涂层。

可选的，所述芯块的半径为0.4厘米，所述包壳的内半径为0.418厘米，所述包壳的外半径为0.475厘米，所述气隙的宽度小于0.018厘米。

其中，包壳为空心圆柱状的结构，其内半径可以为0.418厘米，外半径可以为0.475厘米。另外，芯块的半径可以为0.4厘米，芯块的形状也可以为圆柱形。气隙的宽度小于0.018厘米，可以更方便将芯块安装于包壳内。

本发明实施例中，芯块的半径为0.4厘米，包壳的内半径为0.418厘米，包壳的外半径为0.475厘米时，可以使得可燃毒物组件的燃料棒更加方便制造，制造的工期更短，从而在使用上也更加方便。

可选的，所述可燃毒物组件1的富集度为50％。

本发明实施例中，可燃毒物组件的富集度越高，使用时间越长，从而降低了燃料组件的更换速率。

可选的，所述硼化锆涂层的厚度为0.65毫米，硼-10同位素的富集度为19.9％。

其中，在图2中，图中横坐标可以表示每一吨铀产生的能量，纵坐标表示反应性，同理，图3-5中横坐标和纵坐标表示含义一样。如图2所示，当燃料棒101之间的栅距为11.1毫米，可燃毒物组件1的富集度为40％，但是涂层厚度分别为0、0.05、0.10和0.15毫米时，可燃毒物组件1的反应性的曲线。从图2可知，硼化锆涂层的厚度越大，其燃耗反应性曲线越低，反应性也就越小。从而，我们可以得知，在其他条件相同时，涂层厚度越厚，反应性越小。

其中，可以将硼化锆涂层中硼-10同位素的富集度提高，例如：可以提高至30％、70％或者90％。硼化锆涂层中硼-10同位素的富集度越高，则相对应的，所需硼化锆涂层的厚度越小以保持硼-10总量不变。

本发明实施例中，当硼化锆涂层的厚度为0.65毫米时，可以进一步减小燃料组件的反应性，即进一步减小可燃毒物的燃耗速率。而硼-10同位素的富集度为19.9％，可以更好的吸收中子。

可选的，所述芯块中硼-10同位素的富集度为富集硼。

其中，当芯块中硼-10同位素的富集度为富集硼，即硼-10同位素的富集度大于19.9％，在保证硼-10同位素的总量不变的前提下，硼化锆涂层厚度需相应减薄。例如：硼-10同位素的富集度为19.9％，硼化锆涂层厚度可以为0.65毫米；硼-10同位素的富集度可以为39.8％，硼化锆涂层厚度可以为0.325毫米。

本发明实施例中，通过提高芯块中的硼-10同位素的富集度，可以相应的减少硼化锆涂层厚度。

可选的，所述至少两根燃料棒中任意两根燃料棒101的栅距为9.6、10.1、10.6、11.1、11.6或者12.1毫米。

其中，如图3所示，在可燃毒物组件1的富集度为40％，涂层厚度为0.05毫米，以及任意两根燃料棒101的栅距分别为9.6、10.1、10.6、11.1、11.6、12.1和12.6毫米时，可以从图上得知，当栅距从9.6至11.1毫米时，反应性的最大值是逐渐减小的，而反应性的曲线也是逐渐变得平缓的；当栅距从11.1至12.6时，反应性的最大值是逐渐增大的，而反应性的曲线也是逐渐变得越来越陡峭的。从而可以得知，燃料棒101的栅距越靠近11.1毫米的时候，其反应性越小。反应性的曲线也是越平缓的。

其中，如图4所示，燃料棒101的栅距取11.1毫米，可燃毒物组件1的富集度分别取30％、35％、40％、45％和50％时，而涂层厚度分别取0.20、0.28、0.43、0.60和0.70毫米时，燃耗反应性曲线如图4所示；如图5所示，燃料棒101的栅距取11.6毫米，可燃毒物组件1的富集度分别取30％、35％、40％、45％和50％时，而涂层厚度分别取0.20、0.28、0.43、0.53和0.65毫米时，燃耗反应性曲线如图5所示。经过对比图4与图5，可以清楚的得知，在可燃毒物组件1的富集度、涂层厚度和燃料棒的栅距三者的影响下，燃耗反应性曲线从整体上呈现出如下特点：可燃毒物组件1的富集度越大，压制反应性所需的涂层厚度越厚，燃料棒101的优化栅距在11.1毫米附近。

本发明实施例中，通过设置燃料棒的栅距为9.6、10.1、10.6、11.1、11.6或者12.1毫米，可以硬化中子谱，使可燃毒物的燃耗速率降低。需要说明的是，优选的燃料棒的栅距为11.1毫米。

本发明实施例还提供一种堆芯，包括上述的可燃毒物组件1。

本发明实施例中，包括上述可燃毒物组件的堆芯中燃料的富集度可以很高，使用时间可以很长，从而降低更换燃料组件的频率，更加方便对这种堆芯的使用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。