[发明专利]具有多重有效密度燃料的燃料元件

权利要求书

1.一种用于核裂变反应堆的设备，包括：

用于燃料组件的燃料元件，所述燃料元件具有管状内部体积并且在所述管状内部体积的至少一部分内储存可裂变组合物，所述可裂变组合物与所述燃料元件的内表面热传递接触并且由有效密度曲线界定，所述有效密度曲线随着沿所述燃料元件的纵向轴线的位置选择性地变化并且包括局部增加的有效密度的至少一个区域，所述局部增加的有效密度的至少一个区域定位成对应于局部减少的中子通量的至少一个区域，

其中，所述有效密度是指所述燃料元件的垂直于所述燃料元件的纵向轴线的横截面中的可裂变核燃料的面积与该横截面中的内部体积的总面积的比率，

其中，所述燃料元件包括至少三个区段，邻近所述燃料元件的第一纵向端部的第一区段、邻近所述燃料元件的第二纵向端部的第三区段以及位于所述第一区段和所述第三区段之间的第二区段，其中所述第一区段的平均有效密度大于所述第二区段的平均有效密度，并且其中所述第三区段的平均有效密度大于所述第二区段的平均有效密度且小于所述第一区段的平均有效密度。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述有效密度曲线包括对应于局部减少的中子通量的区域的局部增加的有效密度的多个区域。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述有效密度曲线近似于倒置的高斯形状。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述有效密度曲线根据阶跃函数变化。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述有效密度曲线在所述燃料元件的所述第一纵向端部处比在所述燃料元件的所述第二纵向端部处高。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述燃料元件的所述第一纵向端部邻近燃料组件内的冷却剂入口点，并且所述燃料元件的所述第二纵向端部邻近所述燃料组件的冷却剂出口点。

7.一种制造燃料元件的方法，所述方法包括：

建立沿燃料元件的纵向轴线的燃料应变的模型；

建立沿所述燃料元件的纵向轴线的有效密度曲线的模型，以抵消所建模的燃料应变，使得局部减少的应变中的至少一个区域对应于局部增加的有效密度的区域；

构建所述燃料元件以具有储存可裂变组合物的管状内部体积，所述可裂变组合物与所述燃料元件的内表面热传递接触，并且具有基于所建模的有效密度曲线的有效密度，其中，所述有效密度是指所述燃料元件的垂直于所述燃料元件的所述纵向轴线的横截面中的可裂变核燃料的面积与该横截面中的内部体积的总面积的比率。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法还包括：操纵所述有效密度曲线以增加沿所述燃料元件的所述纵向轴线的多个位置处的平均燃耗。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所建模的有效密度曲线近似于倒置的高斯形状。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述燃料元件的所述有效密度在所述燃料元件的第一端部处比在所述燃料元件的相对的第二端部处高。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述燃料元件的第一端部邻近燃料组件内的冷却剂入口点，并且所述燃料元件的相对的第二端部邻近所述燃料组件的冷却剂出口点。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述燃料元件包括至少三个区段，邻近所述燃料元件的第一纵向端部的第一区段、邻近所述燃料元件的第二纵向端部的第三区段以及位于所述第一区段和所述第三区段之间的第二区段，其中所述第一区段的平均有效密度大于所述第二区段的平均有效密度，并且其中所述第三区段的平均有效密度大于所述第二区段的平均有效密度。

13.根据权利要求7所述的方法，其中，所建模的有效密度曲线包括增加的有效密度的区域，所述增加的有效密度的区域对应于所述燃料元件中减少的中子通量的区域。