高能核燃料、燃料组件和换料方法与流程

背景技术：

1、在核反应堆中，裂变材料(例如，包含235u和/或239p的核燃料)裂变所产生的自由中子通过维持裂变材料的裂变链式反应而有助于产生能量。这种链式反应产生热量，该热量可用于在例如核电站中产生能量。然而，随着时间的推移，裂变材料库存会发生裂变并被耗尽，需要换料和/或其他维护以维持安全而有效的发电。换料和/或其他维护操作会增加通过核电站发电的成本。需要使完成这些操作所需的材料和时间降到最低程度，和/或使需要这些操作的频率降到最低程度。

技术实现思路

1、本文提供了一种用于压水反应堆的核燃料组件。该核燃料组件包括多个核燃料棒，这些核燃料棒被构造为用于容纳裂变材料。其中，核燃料组件构造为使得：当在运行条件下存在冷却剂和裂变材料时，用于燃料组件的氢铀比大于4.0。

2、本文还提供了一种用于给包括本公开的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法。该方法包括例如以24个月的周期性循环间隔来给压水核反应堆换料。

3、本文公开的核燃料组件可以优化待用于高能量、高卸料燃耗应用(诸如24个月的燃料循环)的燃料组件的裂变链式反应的技术和经济方面。该优化使得能够允许从给定质量的裂变材料中提取更多的能量，同时维持符合工厂操作的技术和许可要求。此外，已经考虑了燃料组件构造对中子慢化、温度和安全协议的影响，以便提供本公开的各种燃料组件构造选项，其提高了核反应堆系统的安全性和效率。本文还公开了额外的益处。

4、应当理解的是，在本公开中描述的发明不限于在本
技术实现要素：
中总结的示例。本文描述并举例说明了多种其它示例。

技术特征：

1.一种用于压水反应堆的核燃料组件，所述核燃料组件包括：

2.根据权利要求1所述的核燃料组件，进一步包括所述核燃料，其中，所述核燃料包含裂变材料，并且基于所述裂变材料中的铀的总重量，所述裂变材料包括重量百分比多达20％的235u。

3.根据权利要求1所述的核燃料组件，进一步包括所述核燃料，其中，所述核燃料包含裂变材料，并且基于所述裂变材料中的铀的总重量，所述裂变材料包括重量百分比为至少5％且不大于20％的235u。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的核燃料组件，进一步包括核燃料芯块，所述核燃料芯块包括所述裂变材料，其中，所述核燃料芯块位于所述核燃料棒内，并且，所述核燃料芯块中的至少一部分核燃料芯块为环形核燃料芯块。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的核燃料组件，进一步包括核燃料芯块，所述核燃料芯块包括所述裂变材料，其中，所述核燃料芯块位于所述核燃料棒内，并且，所有的核燃料芯块均为环形核燃料芯块。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的核燃料组件，其中，所述核燃料棒的外径与间距的比在0.720至0.745的范围内。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的核燃料组件，其中，所述环形燃料芯块的空隙体积在所述环形燃料芯块的总体积的4％至15％的范围内。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的核燃料组件，其中，当在具有冷却剂和裂变材料的情况下运行时，所述燃料组件的氢铀比为至少4.3。

9.一种用于给包括根据权利要求1-8中任一项所述的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，还包括实现大于60gwd/tt的燃料燃耗。

11.根据权利要求9或10所述的方法，还包括实现大于70gwd/tu的燃料燃耗。

技术总结
本文提供了一种用于压水反应堆的核燃料组件。该核燃料组件包括：多个核燃料棒，该核燃料棒被构造为包含裂变材料(114)，其中，核燃料组件被构造为使得：当在运行条件下存在冷却剂和裂变材料(114)时，用于燃料组件的氢铀比为至少4.0。本文还提供了一种用于给包括本公开的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法。

技术研发人员：大卫·L·斯塔克尔,胡·Q·拉姆
受保护的技术使用者：西屋电气有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15