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压水堆燃料元件


适用于压水堆的核燃料元件。压水堆以水做冷却剂和慢化剂,由于水在堆内均匀分布,所以燃料元件的功率密度较高且分布均匀,元件中燃料芯体为含低浓缩铀的UO2烧结体,包壳材料为锆-4合金,元件外形为棒束型。


压水堆燃料元件种类繁多,各具特色。但是,不论何种形状和形式的燃料元件,其组成不外乎两大部分:燃料棒和骨架。

燃料棒是构成燃料元件的核心部件,典型的压水堆燃料棒由UO2芯块、锆合金包壳、端塞、压紧弹簧及氦气腔组成。贮气空腔的作用是给裂变气体释放留空间;压紧弹簧的作用是防止运输过程中芯块的窜动。

燃料元件的骨架是支撑燃料棒束的结构部件,它承受冷却剂的冲刷,和紧急停堆时数十公斤的控制棒突然下落产生的冲击力,此外,堆内的高温和强烈的中子辐照也会是骨架的机械性能发生变化甚至发生弯曲。因此,骨架的结构决定了燃料元件的刚性,它的几何尺寸直接影响元件的外形。

典型的压水堆燃料元件的骨架由24根导向管、1根仪表管、2层端部结构格架,5层搅混翼格架,1个下管座和1个上管座组成。当今发展起来的高燃耗元件的骨架还在上半部位增加了3层小格架,以改善燃料元件的热工水力学性能。采用压力电阻点焊将导向管、仪表管与定位格架舌片连接成一个整体,导向管部件下端与下管座用轴肩螺钉连接,导向管上端与上管座用套筒螺钉连接。

不同类型的燃料元件骨架的结构和制造工艺有差异,如与AFA2G相比较,AFA3G元件的骨架试用了外径相等而内径变化的导向管,它的最大壁厚增加到1.18mm(下部内径变小,形成缓冲段)。这种结构的导向管既起到了控制棒插入时的定向和缓冲作用,又增加了燃料元件的刚性,从根本上解决了由于辐照后元件的弯曲变形导致控制棒不能完全插入的问题。


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