[发明专利]一种超临界二氧化碳反应堆燃料组件

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳反应堆燃料组件，解决了现有技术中的燃料组件无法达到在减小体积的前提下同时具有慢化能力更强且能在高温环境下使用的效果的问题。本发明包括从上至下顺次设置的上管座、燃料芯体和下管座；所述燃料芯体包括三个从内至外同轴设置的慢化剂区、隔热与可燃毒物区和燃料区；所述慢化剂区为六棱柱结构；隔热与可燃毒物区为套接在慢化剂区外壁上的六角环形结构；燃料区为套接在隔热与可燃毒物区外壁上的六角环形结构；所述慢化剂区内还设置有慢化剂冷却孔，所述燃料区内设置有燃料冷却剂孔；所述超临界二氧化碳先自上而下流经慢化剂冷却孔后，再自下而上流经到燃料冷却剂孔后排出。本发明具有堆芯体积小、慢化能力强、使用环境不受限制等优点。

技术领域

本发明涉及反应堆燃料组件领域，具体涉及一种超临界二氧化碳反应堆燃料组件。

背景技术

超临界二氧化碳反应堆一般出口温度较高，对燃料材料的耐高温性要求较高。当前用于超临界二氧化碳反应堆的燃料一般为基于石墨基体的球形燃料或六棱柱形燃料。

其中，六棱柱形燃料一般是将燃料棒插入带有通孔的六棱柱形石墨基体中，具有结构规整、易于堆芯布置、堆内使用经验丰富等优点。由于气体本身的中子慢化能力很弱，传统热中子超临界二氧化碳反应堆需要利用石墨作慢化剂。但石墨本身慢化能力仍较弱，因此反应堆内需要较大体积的石墨结构，使得反应堆体积庞大，无法在某些空间受限的场合使用。

而超临界二氧化碳反应堆如果不采用慢化剂，则反应堆为快中子谱，反应性控制与物理安全等方面要求较高，技术难度较大。如美国麻省理工学院提出的采用六棱柱形燃料组件的堆芯方案，由于没有慢化剂，中子能谱偏硬，不利于堆芯物理安全。

如果要将超临界二氧化碳反应堆设计为热中子堆，同时又要控制反应堆体积，必须要采用慢化能力更强的材料，如氢化锆等。但氢化锆的高温辐照性能较差，只能在中低温下使用。因此需要设计一种采用氢化锆作为慢化剂，同时又能在高温环境下使用的燃料组件，满足新型超临界二氧化碳反应堆的技术需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的燃料组件无法达到在减小体积的前提下同时具有慢化能力更强且能在高温环境下使用的效果的问题，本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳反应堆燃料组件，其通过合理的结构设计，在减少体积、提高慢化能力的同时，能在高温环境下使用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种超临界二氧化碳反应堆燃料组件，包括从上至下顺次设置的上管座、燃料芯体和下管座；

所述燃料芯体包括从内至外依次设置的慢化剂区、隔热与可燃毒物区和燃料区；

所述慢化剂区内还设置有竖直贯穿慢化剂区的慢化剂冷却孔，所述燃料区内设置有竖直贯穿燃料区的燃料冷却剂孔；所述超临界二氧化碳先自上而下流经慢化剂冷却孔后，再自下而上流经燃料冷却剂孔后排出。

由于现有技术中采用石墨结构作为慢化剂时，使得反应堆体积庞大，无法在某些空间受限的场合使用；而采用氢化锆作为慢化剂时，虽然能减小体积，但是只能在中低温下使用，在高温环境下使用则受到限制。

本发明是基于氢化锆作为慢化剂的前提下，即在减小体积的同时，设计了一种能够同时适用于高低温环境使用的燃料组件结构，本发明创造性的采用在燃料区与慢化剂区之间设置一圈隔热与可燃毒物层，一方面将燃料高温区和慢化剂低温区隔离，保证慢化剂区的温度，另一方面作为可燃毒物起到控制堆芯剩余反应性的功能。