大晶粒UO2燃料芯块和试验燃料组件的设计与制造

大晶粒UO2燃料芯块和试验燃料组件的设计与制造 大晶粒UO2燃料芯块和试验燃料组件的设 计与制造 基础和应用基础研究?反应堆科学技术223 元件包壳管高燃耗区出现了疖状腐蚀现象.从包壳管外表面水垢测量与分析的结果看,冷却水 中存在一定量的Cu离子,并导致燃料包壳表面形成一层致密水垢,这很可能是包壳过早出现疖状 腐蚀的主要原因,即所谓水垢引起的局部腐蚀.对腐蚀斑的尺寸测量显示,最大腐蚀斑直径84gm, 厚度11m,处于前期生长阶段,表明在此燃耗下包壳管处于安全状态. 大晶粒u0燃料芯块和试验燃料组件的设计与制造 马勇哲,王华荣,徐西安,张培升 本工作涉及大晶粒UO2燃料芯块的研究,试验燃料组件的设计与制造.所谓大晶粒是在UO2 粉末中分别添加A12O3/SiO2,Cr203粉末,烧结后形成了大晶粒UO2燃料芯块,它能有效降低裂变 气体释放,减少燃料棒内压,减少芯块和包壳的PCI作用,最终提高核电站燃料燃耗及延长换料周 期,并提高核电站经济效益.但大晶粒UO2芯块的性能如何,最终须经堆内辐照考验来验证. 试验燃料组件的设计参考了国外的一些堆内燃料辐照技术.试验燃料棒采用了高富集度,小直 径的燃料芯块,在相对低的温度下能快速地积累燃耗,缩短研究周期;试验组件的冷却水由反应堆 一 次循环水冷却,不设回路,可降低成本;连续测量燃料中心温度,以允许控制试验和评价燃料棒 的性能. 试验组件内装有我国新研制的先进工艺和普通工艺制造的UO2燃料芯块,u富集度为10%. 先进工艺采用了两种不同的大晶粒芯块制造工艺,分别是在UO2粉末中添加A12O3/SiO2或Cr203, 制造出平均晶粒尺寸分别为37.4和42.1gm的两种大晶粒芯块.普通工艺完成了205块芯块和45 块带中心孔芯块的制造.芯块数据列于表1. 表1制造合格的芯块检测数据 为实现压水堆燃料芯块在试验堆中随堆考验的辐照条件,设计了一种双包壳的试验燃料棒,该 棒是在每个外包壳内顺序装入2根单包壳燃料棒.单包壳燃料棒设计成细直径,为了满足燃料温度 场的要求,在外包壳与单包壳燃料棒之问置入填充铝管,靠这些同心管的气隙,获得燃料所需的温 度场. 试验燃料组件设计成由铝支柱,4根双包壳燃料棒,上下定位件和大小压扁螺母组成.铝支柱 的作用是支撑4根双包壳燃料棒并提供冷却剂通道,其上端的吊装头与吊装杆连接,小压扁螺母固 定上下定位件.整个组件被放到一根工艺管中,该管侧面的椭圆孔流入反应堆一次循环冷却水,冷 却水自上而下通过铝支柱内孔和燃料棒外壳将热量带走. 试验燃料组件中有一根燃料棒装有中心温度传感器,用以在堆运行期问在线监测燃料的辐照温 度.组件的出入口装有测温传感器,可监测出入口温差.组件上还装有自给能探测器,可监测热中 子注量率.试验燃料组件的结构示于图1. 224中国原子能科学研究院年报2006 铝支柱带中心热电偶双包壳燃料棒 图1试验燃料组件结构设计图 制造完成后,对成品燃料棒的环焊和堵孔焊进行了100%X射线探伤;对每根棒又进行100%He 质谱仪检漏和外表面清洗;并按燃料棒编号建立了燃料棒工艺生产及质量控制档案.检验数据均符 合设计要求. 组装成品的试验组件,通过堆外试验验证了结构和水力特性合理,与它相同结构的堆物理测量 组件,在堆内进行了中子注量测量. 先进工艺U0芯块堆内性能试验研究——燃料组件水力试验 徐西安,张爱民,高永光,马勇哲 为了确保试验燃料组件的辐照安全,需确定流经燃料棒冷却剂的流速,验证燃料辐照装置的设 计能否满足试验要求.实际的辐照装置因条件限制不带流量测量仪表,所以,对燃料组件进行堆外, 堆内水力试验,并根据测量结果对流经辐照装置的冷却剂流量进行推算. 首先在堆外建立了一个试验回路,并设计加工了试验段,将模拟燃料组件放入试验段中进行堆 外水力试验.通过调节回路的流量,测得对应流量下试验段的压降,得到了压降与流量的对应关系, 并与理论计算结果比较,两者之间的平均相对偏差为10%,说明计算方法是可靠的,测量数据点和 计算数据曲线示于图1.同时,回路连续运行20d,对燃料组件进行水力冲刷,未观察到零部件松 动和明显磨损现象,说明组件结构的稳定性满足要求. 流量/(m?h) 图1压差与流量测量点和计算数据曲线 ?——LI;o——L2;实线——cl Ll,L2为测量数据点:C1为计算数据曲线