外部包括與水性反應(yīng)堆冷卻劑接觸的可燃抑制劑的核燃料覆層本申請(qǐng)是名稱(chēng)為“將可燃抑制劑施加到核燃料棒覆層外表上面的方法”、申請(qǐng)日為2008年3月28日的第200810087449.0號(hào)申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明總體上涉及核燃料棒。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種將可燃抑制劑施加到核燃料棒外表上面的方法，該可燃抑制劑將粘附在上面并且甚至在與冷卻水接觸后也將有效。技術(shù)背景可燃抑制劑是具有高中子吸收截面、能在中子輻射下逐漸燒掉的材料，一般用在核反應(yīng)堆中控制核燃料的過(guò)度反應(yīng)，而無(wú)需采用一個(gè)或者多個(gè)控制棒?？扇家种苿┠壳氨话诤朔磻?yīng)堆的燃料中。而且，由于可燃抑制劑的燒掉，可燃抑制劑的負(fù)反應(yīng)性在活性區(qū)使用期限期間是下降的。這個(gè)領(lǐng)域中的專(zhuān)利例子包括美國(guó)專(zhuān)利第3,520,958、4,774,051、5,075,075和5,337,337（分別為Versteeg等人、Peeks等人、Kopel和Aoyama等人）以及美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第US2006/0109946A1（Lahoda等人）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
通過(guò)在核燃料棒表面附近設(shè)置施加裝置的本發(fā)明各種實(shí)施例可以滿足各種需要。所述施加裝置被用來(lái)利用多種材料噴射核燃料棒，這些材料是象例如研磨材料、可燃抑制劑以及/或者最終涂層等的材料。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種將可燃抑制劑施加到核燃料棒上的方法包括：提供具有軸線和外表面的核燃料棒，所述外表面具有或者不具有多種氧化物和表面沉積物，以及在所述核燃料棒表面附近提供至少一個(gè)施加裝置。所述方法還包括：使所述核燃料棒繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，或者使所述至少一個(gè)施加裝置運(yùn)動(dòng)而保持所述棒靜止，然后，在相對(duì)于所述核燃料棒調(diào)整所述施加裝置的位置的同時(shí)，通過(guò)經(jīng)所述至少一個(gè)施加裝置將研磨材料噴射到所述核燃料棒上，去掉所述核燃料棒外表面上任何氧化物和表面沉積物的一部分，或者可選擇地，不去掉氧化物或者其他表面沉積物。所述方法還包括：在相對(duì)于所述核燃料棒調(diào)整所述至少一個(gè)施加裝置的位置的同時(shí)，通過(guò)經(jīng)所述施加裝置將可燃抑制劑噴射到所述核燃料棒上面，將可燃抑制劑施加到所述核燃料棒的表面上面。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種向核燃料棒施加可燃抑制劑的方法，包括：提供具有軸線和外表面的核燃料棒，所述外表面具有多種氧化物和表面沉積物。所述方法還包括：在所述核燃料棒的表面附近提供施加裝置。所述施加裝置包括貫穿延伸的通道。所述通道與壓力氣源以及顆粒源聯(lián)通。所述方法還包括：在所述核燃料棒附近提供圖像捕捉裝置。所述圖像捕捉裝置適合于將圖像傳送給遠(yuǎn)方觀察站。所述方法還包括：使所述核燃料棒繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，然后，當(dāng)相對(duì)于所述核燃料棒調(diào)整所述施加裝置的位置時(shí)，通過(guò)經(jīng)所述施加裝置用研磨材料噴射所述核燃料棒，去掉所述核燃料棒外表面上的氧化物和表面沉積物的一部分。具體地說(shuō)，將研磨顆粒經(jīng)所述顆粒源引進(jìn)所述施加裝置的所述通道中，并經(jīng)過(guò)所述施加裝置的所述通道從所述壓力氣源排出壓力氣體，由此將所述研磨顆粒噴射到所述核燃料棒的表面上。所述方法還包括：在相對(duì)于所述核燃料棒調(diào)整所述施加裝置的位置時(shí)，通過(guò)經(jīng)所述施加裝置將可燃抑制劑噴射到所述核燃料棒上面，將可燃抑制劑施加到所述核燃料棒的表面上面。具體地說(shuō)，將可燃抑制劑顆粒經(jīng)所述顆粒源引進(jìn)所述施加裝置的所述通道中，并經(jīng)過(guò)所述施加裝置的所述通道從所述壓力氣源排出壓力氣體，由此將所述可燃抑制劑噴射到所述核燃料棒的表面上。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，一種用于將可燃抑制劑施加到核燃料棒上的方法，包括：（a）提供具有軸線和外表面的核燃料棒，所述外表面具有多種氧化物和表面沉積物，以及（b）在所述核燃料棒的表面附近提供施加裝置。所述方法還包括：（c）使所述核燃料棒繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，然后，（d）停止所述核燃料棒繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。所述方法還包括：（e）在相對(duì)于所述核燃料棒調(diào)整所述施加裝置的位置的同時(shí)，通過(guò)經(jīng)所述施加裝置將研磨材料噴射到所述核燃料棒上面，去掉所述核燃料棒的所述外表面上的氧化物和表面沉積物的一部分，以及（f）在相對(duì)于所述核燃料棒調(diào)整所述施加裝置的位置的同時(shí)，通過(guò)經(jīng)所述施加裝置將可燃抑制劑噴射到所述核燃料棒上面，將可燃抑制劑施加到所述核燃料棒的表面上。氣體壓力、顆粒尺寸以及距棒覆層的距離被調(diào)整到有效，使得顆粒以足夠高的速度進(jìn)行沖擊，該速度高到足以引起表面活性，諸如在金屬覆層的情形下，足以熔化燃料棒覆層的表面金屬層。隨后水與沖擊后的、形成層的顆粒接觸，將在外表顆粒層的外側(cè)形成保護(hù)性氧化物涂層，于是，這個(gè)氧化物涂層保護(hù)其他內(nèi)部可燃抑制劑層不會(huì)溶解到反應(yīng)堆冷卻劑中。這是一種意料不到的結(jié)果，因?yàn)榭扇家种苿┩ǔ？扇芙庥谒苑磻?yīng)堆冷卻劑。在燃料棒覆層外側(cè)具有可燃抑制劑的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，例如，如果硼用作可燃抑制劑的成分，那么在核反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的合成氦氣將不會(huì)在燃料棒內(nèi)造成過(guò)壓。附圖說(shuō)明當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下面的描述部分時(shí)，能從該描述部分中得到對(duì)所公開(kāi)并主張權(quán)利的發(fā)明構(gòu)思的充分理解。在附圖中：圖1最佳地圖示了本發(fā)明，是顯示位于核燃料棒附近的圖像捕捉裝置和施加裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意性圖示。這個(gè)實(shí)施例是針對(duì)于棒轉(zhuǎn)動(dòng)而施加裝置保持不動(dòng)的情況。如前所述，施加裝置能繞靜止棒轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2是顯示水性冷卻劑在核環(huán)境下接觸帶涂層的棒覆層的外顆粒層的示意性圖示。具體實(shí)施方式在這里所采用的術(shù)語(yǔ)“數(shù)”的意思是1或者大于1的整數(shù)（即多個(gè)）。在這里所采用的術(shù)語(yǔ)“可燃抑制劑”寬泛地指這樣的材料：能捕獲中子但不會(huì)釋放中子，其吸收中子的能力隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)（可燃燒的）－當(dāng)其吸收中子時(shí)－而減小，例如指的是，元素硼或者象ZrB2或者HfB2的含硼化合物；象元素Hf、Gd或Er的稀土元素；以及稀土元素氧化物，優(yōu)選地為Gd2O3和Er2O3；以及它們的混合物。最優(yōu)選的材料為ZrB2。當(dāng)談到任何值的數(shù)量范圍時(shí)，這樣的范圍要理解成包括在所述范圍最小值和最大值之間的各個(gè)以及每一個(gè)數(shù)以及/或者分?jǐn)?shù)。這里使用的方向短語(yǔ)，象例如上、下、左、右、豎直、水平、頂、底、上方、下面、順時(shí)針、逆時(shí)針以及這些短語(yǔ)的衍生用語(yǔ)，與附圖中所示各元件的方位有關(guān)，但除非明確指出不能對(duì)權(quán)利要求進(jìn)行限制。參見(jiàn)圖1，提供含有燃料芯塊或顆粒（沒(méi)有顯示）的核燃料棒2，其具有軸線4和象金屬覆層（例如鋯基金屬）或者陶瓷覆層（例如SiC）等的外表面6。至少一個(gè)施加裝置8位于核燃料棒2的覆層外表面6的附近。核燃料棒2連接到適合于使核燃料棒2繞其軸線4轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備（沒(méi)有顯示）上。在一個(gè)實(shí)施例中，核燃料棒2繞其軸線4的轉(zhuǎn)動(dòng)是連續(xù)的。但在另外的實(shí)施例中，核燃料棒2的轉(zhuǎn)動(dòng)是漸增的（即，核燃料棒2轉(zhuǎn)動(dòng)，然后核燃料棒2的轉(zhuǎn)動(dòng)停止）。如果核棒2繞其軸線4連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，那么，在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)速率，以獲得具有要求厚度的可燃抑制劑顆粒的沉積。這個(gè)厚度可涉及兩層或者更多層，總厚度能從0.001密爾變化到10密爾（1密爾＝0.001英寸）。不足0.001密爾（0.025微米），可燃抑制劑有太少的中子吸收，而超過(guò)10密爾（254微米），可燃抑制劑有太多的中子吸收，結(jié)果，變得難以啟動(dòng)反應(yīng)堆。施加裝置8包括貫穿延伸的通道10。通道10經(jīng)氣體入口管16與壓力氣源14聯(lián)通，經(jīng)顆粒入口管20與顆粒源18聯(lián)通。從氣源14排出的壓力氣體行進(jìn)經(jīng)過(guò)氣體入口管16和施加裝置8的通道10，由此推動(dòng)經(jīng)顆粒入口管20注入進(jìn)通道10中的顆粒22。來(lái)自施加裝置8的顆粒22用顆粒22噴射核燃料棒2。如下面更詳細(xì)討論的，噴射到核燃料棒2上面的顆粒22可包括，例如，最初而且可選擇的是研磨顆粒，然后是顆粒尺寸從1微米到250微米的可燃抑制劑，最后而且可選擇的是可用于涂覆可燃抑制劑的已經(jīng)有保護(hù)性的顆粒。這些后面的、外面的、已經(jīng)有保護(hù)性的涂覆顆粒，包括Zr金屬顆粒。任何所施加的顆粒是非靜電性的，也就是，它們不會(huì)僅僅用靜電手段被充電并造成粘附，因?yàn)檫@樣不會(huì)提供足夠緊密的非常粘著的層。本發(fā)明的一個(gè)非常重要的特征是，在象例如1500英尺/秒到2500英尺/秒（457米/秒到762米/秒）的速度下，用可燃抑制劑顆粒33噴射覆層，以在覆層的外表面，尤其是對(duì)于金屬覆層，促使概括性地顯示為30的表面相變化，使得發(fā)生一些分子表面熔化和沖擊顆粒粘附，形成圖2中的基底顆粒層42。該基底顆粒層42進(jìn)一步改進(jìn)了層的粘附。顆粒尺寸越大，需要的速度越低。通過(guò)“分子表面熔化”意思是從金屬覆層和可燃抑制劑顆粒之間的原子間鍵合到形成熔融坑的任何手段。圖2中的頂可燃抑制劑層46，例如ZrB2可燃抑制劑顆粒，在象圖2圖示并在本申請(qǐng)中進(jìn)一步描述的核反應(yīng)堆等的關(guān)于圖2核環(huán)境50中的操作過(guò)程中，受到流過(guò)的冷卻水的氧化，因此通過(guò)下面的反應(yīng)形成保護(hù)性ZrO2產(chǎn)物，該產(chǎn)物阻止圖2中下面的ZrB2層42、44進(jìn)一步反應(yīng)。B2O3+3H2O→2H3BO3（可溶的）已經(jīng)假定所有的B2O3都會(huì)被除去/溶解掉并被反應(yīng)堆冷卻劑帶走?？蛇x擇的，可將額外的原本已經(jīng)有保護(hù)性的象金屬Zr等材料施加到外表面上。施加裝置8安裝在象機(jī)械手等的移位設(shè)備（沒(méi)有顯示）上面，移位設(shè)備適合于相對(duì)核燃料棒2調(diào)整施加裝置8的位置。例如，機(jī)械手可以沿著核燃料棒2的長(zhǎng)度移位（移動(dòng)）施加裝置8。此外，移位設(shè)備還能夠相對(duì)于核燃料棒2調(diào)整施加裝置8的角度。比如，機(jī)械手可以對(duì)施加裝置8進(jìn)行定位，使得施加裝置8與核燃料棒2同軸地定位。圖像捕捉裝置24也可以定位在核燃料棒2附近。圖像捕捉裝置24適合于將圖像傳送到遠(yuǎn)方觀察站26，使得涂覆核燃料棒2的工藝可以受到監(jiān)視。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像捕捉裝置24還連接到施加裝置8安裝在上面的機(jī)械手上。但在另一實(shí)施例中，圖像捕捉裝置24安裝到另外的移位設(shè)備（沒(méi)有顯示），使圖像捕捉裝置24可以獨(dú)立于施加裝置8移位。在一個(gè)工藝實(shí)施例中，核燃料棒2繞其軸線4連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)核燃料棒2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，施加裝置8位于核燃料棒2的外表面6附近。一旦施加裝置處于正確位置，象氧化鋁或者氮化硼顆粒等的研磨材料，經(jīng)施加裝置8被噴射到核燃料棒2的外表面6上，以去除沉積在核燃料棒2的外表面6上的一種或者多種氧化物以及/或者表面沉積物。從核燃料棒2上去除氧化物和/或表面沉積物的工藝一般都要進(jìn)行，以提供基本清潔的表面，可燃抑制劑可在一個(gè)或者多個(gè)隨后的步驟中施加到核燃料棒2的這個(gè)表面上面。當(dāng)研磨材料從施加裝置2被排出時(shí)，相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的核燃料棒2調(diào)整施加裝置8的位置和/或角度。注意：這個(gè)步驟不是必需的，因?yàn)檠趸锘蚱渌砻嫖廴疚锟赡茉谇懊嬉呀?jīng)除去或者足夠少而能夠提供可燃抑制劑到棒外表面的可接受粘附。當(dāng)一部分氧化物和/或表面沉積物被選擇性地從核燃料棒2去除后，施加裝置8被用來(lái)在核燃料棒2繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將可燃抑制劑施加到核燃料棒2上面。具體地說(shuō)，可燃抑制劑的元素顆粒（諸如但不限于硼元素、釓元素、鉿元素或鉺元素、Er2O3、Gd2O3、HfB2或ZrB2）從施加裝置8排出并噴射到核燃料棒2上面。這些顆粒被具體地顯示為顆粒33。在施加了象研磨清洗顆粒等可選擇的顆粒22之后（而不是一起）總是施加可燃抑制劑顆粒33（顯示在同樣的圖1中，但顆粒22和23在分別的時(shí)間上噴射，絕不是一起）。當(dāng)可燃抑制劑顆粒被噴射到核燃料棒2上面時(shí)，相對(duì)核燃料棒2調(diào)整施加裝置8的位置和/或角度，使一層可燃抑制劑開(kāi)始累積在核燃料棒2的外表面6上?？扇家种苿氖┘友b置8排出的速度取決于壓力氣體從壓力氣源14排出的速率以及被引入到施加裝置8的通道10內(nèi)的顆粒的質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)基本均勻的可燃抑制劑層被沉積到核燃料棒2的上面，這些層的總厚度從大約0.001密爾到10密爾（涂層厚度）。在另一實(shí)施例中，這些層基本上是非均勻的。也就是，例如，由42代表的最初層可具有300微米的顆粒尺寸，造成良好的粘附?jīng)_擊，隨后是2到10層50微米的顆粒。施加后，棒可以從施加裝置立即卸下。完成了將可燃抑制劑施加到核燃料棒2上面的工藝之后，原本已經(jīng)有保護(hù)性的最終涂層可選擇性地施加到沉積的可燃抑制劑層上面。最終涂層可以金屬，諸如但不限于鋯、鉿、鈦或類(lèi)似的為已經(jīng)噴射并沉積的可燃抑制劑提供保護(hù)性阻擋層的材料。同前面的步驟一樣，在將最終涂層沉積到可燃抑制劑上面的過(guò)程中，一般相對(duì)核燃料棒2調(diào)整施加裝置8的位置和/或角度。在其他實(shí)施例中，具有最終涂層的核燃料棒2可以可選擇地受到各種下游工藝的處理，諸如機(jī)械處理，以在涂覆后的核燃料棒2上進(jìn)行希望的表面最終加工。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，核燃料棒2不是繞其軸線4連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。相反，核燃料棒2繞其軸線4漸增地轉(zhuǎn)動(dòng)。在這個(gè)特定實(shí)施例中，核燃料棒2漸增地轉(zhuǎn)動(dòng)，使可燃抑制劑可按條狀方式沉積在核燃料棒2的外表面6上面。相應(yīng)的，人們會(huì)明白，在這個(gè)特定實(shí)施例中，核燃料棒2將有多個(gè)可燃抑制劑條，這些條沿著核燃料棒2的長(zhǎng)度基本平行于核燃料棒2的軸線4延伸。在另一實(shí)施例中，棒2可以是靜止的，一個(gè)或者多個(gè)施加裝置8可以繞著棒軸線橫向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1中還顯示了代表粉末顆粒（具體說(shuō)是可燃抑制劑顆粒33）的速度的箭頭28、表示噴射運(yùn)動(dòng)一個(gè)方向的箭頭29和表示棒轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)實(shí)施例的箭頭31。最初層的可燃抑制劑顆粒33，利用可有效地造成表面“作用”30（諸如輕微分子表面熔化、可燃抑制劑和金屬或陶瓷覆層之間的內(nèi)部原子散射或者由于結(jié)晶而形成的原子鍵合等）的速度，沖擊在被顯示為管的覆層35的金屬或陶瓷表面6上，這造成了顆粒33的粘附，以提供圖1中的一個(gè)或多個(gè)顆粒層32。這些可燃顆粒層可以每個(gè)都是全部相同尺寸（直徑）的顆?；蛘吒鞣N顆粒尺寸的混合物。現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，以截面形式顯示了核環(huán)境50中具有覆層35和覆層外表面6的燃料棒2。這里顯示的覆層含有內(nèi)部燃料芯塊40，燃料芯塊40可以在噴射之前或者之后插在燃料路徑內(nèi)。第一施加的可燃顆粒層被顯示為42，第二、第三施加的可燃顆粒層分別被顯示為44和46。冷卻水48被顯示為通過(guò)外部/接觸可燃層外部46附近。水性冷卻材料將在通常大約200°C到大約360°C的加熱/高溫環(huán)境中與可燃顆粒反應(yīng)，在層46上或者層46中形成保護(hù)性氧化物（顯示為陰影），這種保護(hù)性氧化物將保護(hù)內(nèi)部的可燃層42和44。雖然上面已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，在這里公開(kāi)的全部教導(dǎo)的指導(dǎo)下，可以開(kāi)發(fā)出那些細(xì)節(jié)的各種變型和替代物。相應(yīng)的，所公開(kāi)的特定布局只是意味著舉例說(shuō)明，并非對(duì)所公開(kāi)并主張保護(hù)的構(gòu)思范圍進(jìn)行限制，所公開(kāi)并主張保護(hù)的構(gòu)思范圍被給予所附權(quán)利要求及其任何和所有等同物的全部寬度。例如，如上所述，使施加裝置而不是棒運(yùn)動(dòng)。