[其他]沸水反应堆用可倒置式燃料阻件及其使用方法

说明书

本发明所涉及为用于沸水反应堆（BWR）的核燃料组件，具体而言，是一种可倒置的燃料组件。

在反应堆技术中，众所周知，核反应堆的堆芯是由数个燃料组件所组成的。其中每一组件又包括若干个按照预定的排列方式固定好的核燃料棒。典型的作法，是将堆芯浸没于液体冷却剂，例如轻水中。冷却剂的作用是将热量从燃料棒那儿转移走，同时，它还起着中子减速剂的作用。

典型的沸水堆的燃料组件，有64支燃料棒，按照8×8的排列方式固定于上、下二块固定板之间。

沸水堆所遇到的问题之一，是靠近组件底部的燃料比起靠近顶部的燃料“烧掉”得要快一些。这是由于组件从上到下的孔隙率有变化，并进而引起堆中能谱的分布随着接近组件的底部而发生了偏移。在典型情况下，冷却剂的沸腾是从靠近燃料组件底部大约1/4处开始的。由这一点向上，孔隙率开始增大，到达组件顶部时可高达60～70%。由于冷却剂同时又作为中子减速剂来热慢化快中子，因此堆芯顶部较低的氢/铀比便会造成堆心顶部的反应性能下降，并且因此而比起底部来出力减少。

在典型的沸水堆中，为了限制这种能谱的不对称和出力的不均匀，控制棒都是从堆芯的底部插入的。但即使采用这样的插入方式，也仍然是底部出力多而烧得快。因此在堆芯下部，水的密度大，燃料烧得比上部彻底，其结果使燃料燃尽的程度低于最佳值，而总的燃料成本上升。

英国专利说明书923633号中讲到了一种沸水堆连续装料法以求获得较为均匀的燃料消耗。该方法把燃料组件按照轴向和径向分成若干区，各区的平均燃料消耗速率互不相同，然后按照一个复杂的程序不断地把燃料棒从一个区移到另一个区。

本发明的主要目的就是提供一种改进的燃料组件，以便在沸水反应堆中用一种简便的方法实现燃料的更充分燃烧。

相应地，本发明所论之燃料组件，由下述几部分所组成：一个管状的流道;一个低位喷咀状构件附连在流道一端，并与流道一起构成一个外封套;一个由若干根细长的燃料棒所组成的燃料束，适于插入该封套内;一对与燃料束两端相配合的固定板，用以将燃料棒按预定的排列方式固定住，并保持一定的棒间侧向间隙;所述的二块固定板基本上是彼此相同的，以使燃料束可以按照轴向相反的二个方向中的任意一个插入前述的封套之中，而所述固定板中的每一块都带有一定的装置，可以将燃料束固定于前述封套内。

这种装配方式，由于采用了基本相同的、彼此成镜象对称的二块固定板，并考虑到了二者在燃料组件内部的相对位置，因此它所提供的燃料束，无论其哪一端在上或在下，从机械的和水力学的观点看来，都是同等的。因此，经过在堆芯中运行了一段时间之后，就可将燃料束从封套中抽出来，反向后再插回去，这样就把原来在堆芯上部的并因此消耗较少的燃料改放到了堆芯的下部，这里减速冷却剂的密度较大，于是这些重新就位的燃烧程度较轻的燃料将以较快的速率燃烧。这样，用不着对包括流道和底喷咀在内的封套作任何的改动，而仅仅靠简单地将燃料束掉头的方法，本发明就可以使每一次核燃料的装料利用得更加完全，并因此而大大降低反应堆运行中的燃料循环成本。

适用于本发明所述核燃料组件的典型的燃料棒，应包括一个壳管，用以盛放核燃料，并在其内部形成一个裂变气容隙，以容纳反应堆运行时燃料在壳管内释放出的裂变气体。在本发明的燃料组件中，带有这种裂变气容隙的燃料棒，其安排方式应当是：将组件中的燃料棒分成两组，第一组棒的裂变气容隙布置在靠近用以固定棒的二个固定盘中某一个的一边，第二组棒的裂变气容隙则布置在靠近另外一个固定盘的一边。最好将所有的棒就裂变气容隙而言交错地分别靠近二块固定板侧来布置。这样一来，就将每隔一个的棒的裂变气容隙置于堆芯底部，而将余下的棒的裂变气容隙置于堆芯的顶部。从核的观点看，这种布置方法获得了燃料棒的轴向对称，因此无论燃料棒束处于初始位置，还是经过倒置以后，燃料的有效长度及其在堆心中的位置都是相同的。不仅如此，将每隔一个的裂变气容隙置于堆芯底部，还将增加堆芯二端部分的氢/铀比（H/U），并因此而提高堆芯的活性，这是由于沸水堆通常都运行在慢化不足的状态，特别是在芯顶，而在冷工况时，堆芯的二端又会处于过慢化状态。

据估计，对一座沸水反应堆，通过倒置本发明所述燃料组件中的燃料束，可以使燃料循环成本下降约2～3%，而将大约一半的裂变气容隙置于堆芯的底部，则又可获得2～3%的收益。因此，估计本发明可使总的燃料循环成本较通常的燃料组件降低5%左右。