[实用新型]一种球床式高温气冷堆高中子倍增性能的燃料元件

说明书

本实用新型提供了一种球床式高温气冷堆高中子倍增性能的燃料元件，该元件由外至内包括石墨包壳、石墨基体，所述石墨基体内部按球坐标均匀布设有多个包覆燃料颗粒，所述包覆燃料颗粒沿径向由内至外包括二氧化铀芯粒、包覆层，所述包覆层由内至外依次为疏松热解碳层、内致密热解碳层、碳化硅层、外致密热解碳层，包覆层5的各层厚度具体为疏松热解碳层6为48‑52μm、内致密热解碳层7为18‑22μm、碳化硅层8为23‑27μm、外致密热解碳层9为18‑22μm。本实用新型从优化包覆层各层厚度的角度来提高中子倍增性能，避免了以往单纯以增加芯粒直径或富集度来提高中子性能的目的，实验证明，本发明既提高了中子性能，又具有很强的经济优势。

技术领域

本实用新型属于核反应堆技术领域，具体涉及一种球床式高温气冷堆高中子倍增性能的燃料元件。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速增长和环保要求，核能需求急剧增加。相较其他反应堆，高温气冷堆具有发电效率高、安全性能好、小容量模块化建造等优特点,可用于核能制氢和高效发电等应用领域，是国际上大力发展的新一代先进堆型之一。英国、美国和德国从20世纪60年代初就开始了高温气冷堆的研发工作，并先后建造了三座实验堆。英国与欧共体合作在1962年建造了20MW实验堆“龙堆”，美国在1967年建成40MWe桃花谷实验堆，德国在1967年建成15MWe的球床高温气冷堆(AVR)，并开发出特色球形燃料元件—燃料球，建成球床高温堆。这三座高温气冷实验堆的先后成功建造运行，证明了高温气冷堆的可行性。随后美国在1958年建造了330MWe的高温气冷堆原型堆圣·符伦堡(Fort Stvrain)电站，并于1976年成功并网运行；德国在1971年建造了300MWe的钍高温球床原型堆THTR-300，并于1985年成功并网运行。随着这两座高温气冷堆原型堆的成功建造运行，标志着高温气冷堆进入了发电和工业应用的商业化阶段。

上世纪七十年代中期我国开始进行高温气冷堆的研究和发展工作,清华大学核能技术设计研究院作为我国从事高温气冷堆技术研究的主要单位对高温球床堆的关键技术开展了一系列的设计和实验研究工作。1986年,我国高温气冷堆研究发展工作被列入国家高技术计划,清华大学核能技术设计研究院为高温气冷堆专题的依托单位，以10MW热功率球床式高温气冷实验堆为平台，多方面分析论证了我国发展高温气冷堆的可行性,2005年开始建造我国第一个工程实践小型堆项目山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程。

燃料元件是反应堆的核心部件。对于球床式高温气冷堆而言，燃料元件为内部弥散数以千计的包覆燃料颗粒的石墨球。包覆燃料颗粒由氧化铀(钍)或碳化铀(钍)芯粒外面，包覆2～4层热解碳和碳化硅。而中子倍增性能是反应堆设计的核心，其关系到反应堆的经济性和安全性这两个核心目标。现有技术中，就反应堆而言，一般是以增加燃料装料量这一方式来提高中子倍增性能，即增加氧化铀(钍)或碳化铀(钍)芯粒直径或者提高燃料富集度来进行，但是燃料核芯材料价格昂贵，急需从其他角度考虑怎样在燃料装料量固定的情况下，提高中子倍增性能以及经济性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种在燃料装料量固定的情况下，提高中子倍增性能的球床式高温气冷堆高中子倍增性能的燃料元件。

为解决该问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种球床式高温气冷堆高中子倍增性能的燃料元件，由外至内包括石墨包壳1、石墨基体2，所述石墨基体2内部按球坐标均匀布设有多个包覆燃料颗粒3，所述包覆燃料颗粒3沿径向由内至外包括二氧化铀芯粒4、包覆层5，所述包覆层5由内至外依次为疏松热解碳层6、内致密热解碳层7、碳化硅层8、外致密热解碳层9，所述包覆层5的各层厚度具体为疏松热解碳层6为48-52μm、内致密热解碳层7为18-22μm、碳化硅层8为23-27μm、外致密热解碳层9为18-22μm。

进一步地，所述包覆层5的各层厚度具体为疏松热解碳层6为50μm、内致密热解碳层7为20μm、碳化硅层8为25μm、外致密热解碳层9为20μm。