本發明公開了一種減小PCI效應的液態鉛鉍冷卻小型反應堆用燃料棒，包括柱狀殼體，柱狀殼體內在軸向上依次布設有多個燃料芯塊，芯塊包括芯塊底座，芯塊底座上方設有柱狀燃料主體部，芯塊底座下方設有用來與相鄰燃料芯塊的柱狀燃料主體部卡合的卡合部，相鄰兩個芯塊底座與柱狀燃料主體部以及柱狀殼體之間的空間形成包容燃料芯塊區釋放能量過程中所產生的裂變氣體和裂變產物的氣體容納部，芯塊底座的外徑與柱狀殼體的內徑相配合。通過設置卡合部，固定相鄰芯塊，通過與柱狀殼體內徑相匹配的芯塊底座將芯塊固定在柱狀殼體內，通過氣體容納部，有效包容燃料芯塊釋放裂變氣體和裂變產物，減小PCI效應，防止燃料包殼破裂，有利于延長燃料棒使用壽命。

技術領域

本發明屬于核反應堆技術領域，具體涉及一種減小PCI效應的液態鉛鉍冷卻小型反應堆用燃料棒。

背景技術

福島事故后隨著對核電安全要求的提高，小型反應堆因其固有安全、設計簡單、具有規模經濟性等優勢，重新引起人們的關注。由于不同國家的國情不同，對小型堆應用的領域和目標也有所不同。對發展中國家而言，由于其經濟實力發展相對較弱、電網容量較小，大型核電建設較適合少數經濟發達的大國。而小型堆由于其建設周期短、運行相對簡單安全、一次性投入少的特點，適合發展中國家電力需求，成為國際研發的熱點。

核反應堆堆芯材料需要在長時間在高溫、高應力、高輻照通量和腐蝕環境等極端條件下長期穩定工作，因此安全性一直是核能開發與應用中的核心問題。隨著燃耗的逐漸加深，一些潛在的危險將威脅到燃料元件的完整性，從而降低了燃料元件運行壽命。破壞燃料棒完整性的主要因素是芯塊-包殼管之間的相互作用(Pellet-Cladding?Interaction，PCI)，即在燃料棒的使用過程中，芯塊與包殼之間可能發生的機械相互作用和燃料棒內的裂變產物與包殼的化學相互作用的總稱。PCI是燃料棒包殼腐蝕開裂的成因之一，甚至可以導致燃料破損。解決這一影響因素的傳統方式是將包殼管內壁襯純鋯層，二者通過冶金技術結合，從而達到緩和PCI效應中包殼管內壁產生的應力的目的。

裂變氣體釋放量增加是高燃耗燃料組件的基本特征之一。裂變氣體堆積成氣泡引發燃料腫脹，氣泡的尺寸大小是影響輻照腫脹的重要因素，也是決定PCI效應的關鍵因素。因此，要求燃料組件在使用壽命結束之前能夠容納足夠的氣體。目前主要是對燃料芯塊采用蝶形設計來控制PCI效應。本專利所提出的燃料芯塊幾何結構獨特設計的一種液態鉛鉍冷卻小型反應堆用減小PCI效應的燃料棒未見文獻報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供了一種具有中子經濟性好且能減小PCI效應的液態鉛鉍冷卻小型反應堆用燃料棒。

為解決該問題，本發明所采用的技術方案是：

一種減小PCI效應的液態鉛鉍冷卻小型反應堆用燃料棒，包括柱狀殼體2，所述柱狀殼體2內在軸向上依次布設有多個燃料芯塊1，所述芯塊1包括芯塊底座11，所述芯塊底座11上方設有柱狀燃料主體部12，所述芯塊底座11下方設有用來與相鄰燃料芯塊1的柱狀燃料主體部12卡合的卡合部13，相鄰兩個芯塊底座11與柱狀燃料主體部12以及柱狀殼體2之間的空間形成包容燃料芯塊區1釋放能量過程中所產生的裂變氣體和裂變產物的氣體容納部14，所述芯塊底座11的外徑與柱狀殼體2的內徑相配合。

進一步地，所述卡合部13為位于芯塊底座11下方的環狀凸起，所述環狀的內周形狀與柱狀燃料主體部12的外周形狀相匹配。

進一步地，所述柱狀燃料主體部12為圓柱狀，所述卡合部13為圓環。

進一步地，所述芯塊底座11半徑r與柱狀燃料主體部12半徑r1比為r:r1＝1.06～4.75。

進一步地，所述芯塊底座11半徑r與柱狀燃料主體部12的高度H比為r:H＝0.648～1。

與現有技術相比，本發明所取得的有益效果是：