專利名稱:允許從钚平衡循環(huán)轉(zhuǎn)入鈾平衡循環(huán)的壓水核反應(yīng)堆運行方法及相應(yīng)核燃料組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆運行方法。
技術(shù)背景
乏核燃料組件的再處理使得大量钚可用。
長時間以來，已經(jīng)提出使用這種钚以使钚與鈾混合和因此構(gòu)成核燃料。這些在輻照前含有氧化鈾和氧化钚的混合物的燃料一般被稱為MOX(Mixed Oxide)燃料(混合氧化物燃料)。
含有這種MOX燃料的組件，在后文被稱為MOX組件，已經(jīng)被裝載在核反應(yīng)堆堆芯中，在堆芯中，它們與其核燃料在輻照前未含有氧化钚而僅含有氧化鈾的組件共存。這種組件下文將被稱為UO2組件(氧化鈾燃料組件)，它們含有的燃料被稱為UO2燃料(氧化鈾燃料)。裝載有MOX燃料組件和UO2燃料組件的核反應(yīng)堆堆芯下文將被稱為混合堆芯。
钚的同位素和鈾的同位素具有相當(dāng)不同的中子特性，尤其是有效截面的差異。
鑒于這些中子特性差異使得用MOX燃料簡單地完全代替UO2燃料以實現(xiàn)MOX組件成為不可能，文獻(xiàn)FR4693023描述了一種分區(qū)MOX組件，即其核燃料棒具有相同的钚同位素組分(或載體)，也就是說，在钚的每種構(gòu)成同位素的各自的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比以及從組件的一個區(qū)域到另一個區(qū)域的不同的額定總質(zhì)量含钚量方面具有相同的組成。
因此，額定總質(zhì)量含钚量在組件表面上比在組件中心更小，在組件邊角部還要更小。這允許在核反應(yīng)堆堆芯中、尤其是在與UO2組件相鄰的MOX組件的周邊燃料棒中，獲得可接受的線功率密度的徑向分布。
此外，如該文獻(xiàn)所述的，來自再處理的钚具有一種同位素組分，該同位素組分變化很大，尤其根據(jù)在再處理之前初始的鈾235富集度、燃料的燃耗及燃料的貯存時間變化很大。
為彌補這種同位素組分差別可能導(dǎo)致的中子性能差別，已經(jīng)建立能量等效關(guān)系式，以便對于不同的同位素組分確定與基準(zhǔn)鈾235含量相對應(yīng)的钚的額定總質(zhì)量含量。這些等效額定總質(zhì)量含量可補償同位素組分差別，在相同類型的燃料管理中達(dá)到相同的燃 (英文為burn-up)耗。等效關(guān)系式使用等效系數(shù)，等效系數(shù)取決于所考慮的MOX燃料的同位素組分，即取決于钚的同位素組分和與钚相關(guān)的鈾的鈾235含量。
這些等效關(guān)系式例如在國際原子能署于2003年在Technical Reports Series no. 415 (技術(shù)報告第 415 號)發(fā)行的標(biāo)題為 ‘Status and Advances in MOX Fuel Technology (MOX燃料技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展)，，的文獻(xiàn)的第41至43頁述及。
舉例來說，下表根據(jù)燃料的鈾235初始富集度、燃料所達(dá)到的燃耗，在其第一部分中明確說明來自壓水反應(yīng)堆用的燃料組件的再處理的钚的典型組分，再處理前的貯存時間對于表中列舉的所有例子都是相同的。
所述表在其第二部分(最后一條線)中明確說明額定總質(zhì)量含钚量，其允許達(dá)到與鈾235質(zhì)量富集度達(dá)3. 70%的組件相同的燃耗，因而允許補償钚質(zhì)量的降低減少裂變同位素(钚239和钚Ml)的數(shù)量，增加吸收增殖同位素(钚238、钚M0、钚242和镅 241)的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.壓水核反應(yīng)堆(1)的運行方法，所述壓水核反應(yīng)堆具有堆芯O)，所述堆芯封裝具有核燃料棒04)的核燃料組件，所述運行方法包括在相繼循環(huán)的期間使所述壓水核反應(yīng)堆 (1)工作的階段，并且在每個循環(huán)之間具有用新的核燃料組件更換乏核燃料組件的階段，所述方法的特征在于-在至少一個钚平衡循環(huán)的期間使所述壓水核反應(yīng)堆(1)工作，在所述至少一個钚平衡循環(huán)的過程中，所述堆芯( 裝納钚平衡核燃料組件(16F)，這些钚平衡核燃料組件 (16F)在輻照前具有僅基于鈾钚混合氧化物的核燃料棒(M)，對于每個钚平衡核燃料組件 (16F)，所述核燃料棒04)具有相同的核燃料同位素組分和相同的額定總質(zhì)量含钚量，然后，-在過渡循環(huán)的期間使所述壓水核反應(yīng)堆(1)工作，在這些過渡循環(huán)之前的更換階段的過程中，所述钚平衡核燃料組件(16F)中的至少一些用下述核燃料組件逐漸更換-分區(qū)過渡核燃料組件(16G)，這些分區(qū)過渡核燃料組件(16G)每個都具有-一中央?yún)^(qū)域(80)，其具有在輻照前含有氧化鈾但未含有氧化钚的核燃料棒(M)，以及-一周邊區(qū)域(81)，其沿所述分區(qū)過渡核燃料組件(16G)的外表面延伸，所述周邊區(qū)域 (81)在輻照前僅具有只基于鈾钚混合氧化钚的核燃料棒(M)，然后-鈾平衡核燃料組件(16H)，這些鈾平衡核燃料組件(16H)在輻照前僅具有含有氧化鈾但未含有氧化钚的核燃料棒04)，-在至少一個鈾平衡循環(huán)的期間使所述壓水核反應(yīng)堆(1)工作，在所述至少一個鈾平衡循環(huán)中，所述堆芯( 裝納鈾平衡核燃料組件(16H)，所述鈾平衡核燃料組件(16H)在輻照前僅具有含有氧化鈾但未含有氧化钚的核燃料棒04)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的運行方法，其特征在于，在所述鈾平衡循環(huán)的過程中，所述堆芯(2)僅裝納鈾平衡核燃料組件(16H)，所述鈾平衡核燃料組件在輻照前僅具有含有氧化鈾但未含有氧化钚的核燃料棒04)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的運行方法，其特征在于，在所述钚平衡循環(huán)的過程中，所述堆芯(2)僅裝納钚平衡核燃料組件(16F)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，在所述钚平衡循環(huán)的過程中，所述钚平衡核燃料組件(16F)在輻照前僅具有只基于鈾钚混合氧化物的核燃料棒 04)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，在所述钚平衡循環(huán)的過程中，所有钚平衡核燃料組件(16F)的核燃料棒04)具有相同的核燃料同位素組分和相同的額定總質(zhì)量含钚量。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，所述分區(qū)過渡核燃料組件(16G)中的至少一些在其中央?yún)^(qū)域(80)內(nèi)具有有毒核燃料棒(M)，所述有毒核燃料棒 (24)在輻照前具有至少一可消耗的中子毒物。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，在所述分區(qū)過渡核燃料組件(16G)中的至少一些中，所述周邊區(qū)域(81)的核燃料棒04)具有的钚裂變同位素額定含量小于钚平衡核燃料組件(16F)的核燃料棒04)的钚裂變同位素額定含量。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，-在第一過渡循環(huán)之前的更換階段的過程中，在所述堆芯O)中裝填第一分區(qū)過渡核燃料組件(16G)，以及-在第二過渡循環(huán)之前的更換階段的過程中，在所述堆芯O)中裝填第二分區(qū)過渡核燃料組件(16G)，所述第二分區(qū)過渡核燃料組件的中央?yún)^(qū)域(80)的核燃料棒04)除可能的有毒核燃料棒04)以外，具有的鈾235富集度不同于所述第一分區(qū)過渡核燃料組件(16G) 的中央?yún)^(qū)域(80)的核燃料棒04)的鈾235富集度。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的運行方法，其特征在于，所述第二分區(qū)過渡核燃料組件(16G) 的中央?yún)^(qū)域(80)的核燃料棒04)除可能的有毒核燃料棒04)以外，與所述鈾平衡核燃料組件(16H)的核燃料棒04)基本上具有相同的鈾235富集度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項所述的運行方法，其特征在于，所述分區(qū)過渡核燃料組件(16G)沒有被裝填在所述堆芯( 的外周層(86)中，至少一些所述分區(qū)過渡核燃料組件 (16G)被裝填在與所述堆芯(2)的外周層(86)緊鄰的層(88)中。
11.用于壓水核反應(yīng)堆(1)的核燃料組件(16G)，其特征在于，該核燃料組件具有-一中央?yún)^(qū)域(80)，其具有多個在輻照前含有氧化鈾但未含有氧化钚的核燃料棒(24)，以及-一周邊區(qū)域(81)，其沿所述核燃料組件(16G)的外表面延伸，所述周邊區(qū)域(81)在輻照前僅具有多個只基于鈾钚混合氧化物的核燃料棒04)。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的核燃料組件，其特征在于，所述中央?yún)^(qū)域(80)的所述核燃料棒04)中的至少一些是在輻照前含有可消耗的中子毒物的有毒核燃料棒04)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
11或12所述的核燃料組件，其特征在于，所述核燃料組件除核燃料棒04)外，還具有用于接納控制棒束組件OO)的棒00)的導(dǎo)向管(31)，可能還有儀器管 (四)，所述核燃料棒(M)、所述導(dǎo)向管(31)和可能的所述儀器管09)占據(jù)一規(guī)則的網(wǎng)格的所有結(jié)點。
14.根據(jù)權(quán)利要求
11至13中任一項所述的核燃料組件，其特征在于，所述核燃料組件不具有外殼。
15.根據(jù)權(quán)利要求
11至14中任一項所述的核燃料組件，其特征在于，所述核燃料以被裝納在所述核燃料棒04)中的實心芯塊(36)的形式包裝而成。
專利摘要
在該方法中在至少一個钚平衡循環(huán)期間使反應(yīng)堆(1)工作，在所述至少一個钚平衡循環(huán)的過程中，所述堆芯(2)裝納钚平衡核燃料組件；然后，在過渡循環(huán)期間使反應(yīng)堆(1)工作，至少一些钚平衡核燃料組件被分區(qū)過渡核燃料組件、然后被鈾平衡核燃料組件逐漸更換；然后，在至少一個鈾平衡循環(huán)的期間使核反應(yīng)堆(1)工作。
文檔編號G21C5/18GKCN102576572SQ201080043722
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月21日
發(fā)明者D·昂拉, S·H·鄭 申請人:阿?，m核能公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan