含回收鈾和貧化鈾的核燃料以及包含該核燃料的核燃料棒束和核反應堆制造技術

本文描述和例示了核反應堆的燃料棒束。在一些實施例中，燃料棒束包括多個燃料元件，每個燃料元件包括第一燃料組分和第二燃料組分，其中第一燃料組分是回收鈾，第二燃料組分是貧化鈾和天然鈾至少其中之一。所述第一燃料組分與所述第二燃料組分混合。所述混合的第一和第二燃料組分具有低于1.2wt％的

Nuclear fuel containing recovered uranium and depleted uranium and nuclear fuel rod bundle and nuclear reactor containing the nuclear fuel

This paper describes and illustrates the nuclear reactor fuel bundle. In some embodiments, the fuel rod bundle includes a plurality of fuel elements, each fuel element includes a first fuel component and second fuel components, the first component is the recovery of uranium fuel, second fuel component is depleted uranium and natural uranium at least one. The first fuel component is mixed with the second fuel component. The mixed first and second fuel components have a lower than 1.2wt%

【技術實現步驟摘要】
含回收鈾和貧化鈾的核燃料以及包含該核燃料的核燃料棒束和核反應堆相關申請本申請是2010年11月15日提交的國際申請PCT/IB2010/002914的中國國家階段申請的分案申請，該中國國家階段申請的申請號為201080071078.2。
技術介紹
核反應堆是通過核鏈式反應(例如核裂變)而產生能量的，在這個核鏈式反應中，一個自由中子被核燃料(例如，鈾-235(235U))中的裂變原子吸收。當自由中子被吸收后，裂變原子分裂成多個較輕的原子，并釋放出更多的自由中子，這些自由中子被其他裂變原子吸收，從而形成核鏈式反應，這在業界是熟知的。核鏈式反應產生的熱能通過很多方式轉化為電能，這在業界也是熟知的。現有適合燃燒具有低裂變物質含量水平(例如，裂變含量水平相當于天然鈾)的核電反應堆已經產生出很多新的可燃核燃料來源。這些新來源包括來自反應堆的廢棄鈾或回收鈾。無論是基于節約成本的立場，還是基于可將乏鈾回收到燃料循環中的立場，這些新來源都是有吸引力的。但是，回收乏核燃料的立場與在寶貴且有限的核廢料容器設施中處理乏核燃料形成鮮明的對照。由于這些或其他原因，核燃料以及支持回收核燃料和在核反應堆中燃燒這些燃料的核燃料處理技術繼續成為受歡迎的核技術補充。
技術實現思路
在本專利技術的一些實施例中，提供一種用于核反應堆的燃料。所述燃料包括第一燃料組分和第二燃料組分。第一燃料組分是回收鈾。第二燃料組分是貧化鈾且與第一燃料組分混合。所述混合的第一和第二燃料組分具有小于1.2wt％的235U的裂變物質含量。本專利技術一些實施例提供了一種用于核反應堆的燃料。所述燃料包括第一燃料組分和第二燃料組分。第一燃料組分是回收鈾。第二燃料組分是天然鈾且與第一燃料組分混合。所述混合的第一和第二燃料組分具有小于1.2wt％的235U的裂變物質含量。在本專利技術的一些實施例中，提供了核反應堆的燃料棒束，其包括多個燃料元件，每個燃料元件包括第一燃料組分，其中第一燃料組分是回收鈾；以及第二燃料組分，其中第二燃料組分是貧化鈾和天然鈾至少其中之一。所述第一燃料組分與所述第二燃料組分混合。其中，所述混合的第一和第二燃料組分具有的低于1.2wt％的235U的第一裂變物質含量。本專利技術的一些實施例提供了核反應堆的燃料棒束，其中所述燃料棒束包括含回收鈾的第一燃料元件，所述第一燃料元件具有不低于0.72wt％的235U的第一裂變物質含量；以及第二燃料元件，所述第二燃料元件包含貧化鈾和天然鈾至少其中之一。所述第二燃料元件具有不高于0.71wt％的235U的第二裂變物質含量。在一些實施例中，在此描述的任何一種燃料棒束和方法使用于加壓重水反應堆中。其中，所述燃料棒束位于一根或多根容納有加壓流體的管內，所述加壓流體流過所述燃料棒束，吸收所述燃料棒束的熱量并在所述燃料棒束下游做工。通過考慮下面的詳細說明和相關附圖，本專利技術的其他方面將變得更為明顯。附圖說明圖1是根據本專利技術第一實施例的核燃料棒束的橫截面示意圖，示出了核燃料棒束內的多個可能的燃料結構。圖2是根據本專利技術第二實施例的核燃料棒束的橫截面示意圖，也示出了核燃料棒束內的多個可能的燃料結構。圖3是根據本專利技術第三實施例的核燃料棒束的橫截面示意圖，也示出了核燃料棒束內的多個可能的燃料結構。圖4是根據本專利技術第四實施例的核燃料棒束的橫截面示意圖，也示出了核燃料棒束內的多個可能的燃料結構。圖5是應用圖1-4的任何一個燃料棒束的核反應堆的示意圖。具體實施方式對本專利技術實施例進行描述之前，應當理解，本專利技術不限于以下描述所闡述的或以下附圖所例示的實施例細節和元件布置。本專利技術可采取其他實施例并可通過不同方式被實施。多種核燃料按照本專利技術多個實施例的形式公開于此。這些核燃料可用于各種不同的核反應堆，這里參考加壓重水反應堆進行描述。這些反應堆可具有，例如，放置燃料的加壓水平或豎直管。這樣的反應堆的一個例子就是加拿大氘鈾核反應堆(CanadianDeuteriumUranium,CANDU)，圖5示意性地顯示出其中一部分。其他類型的反應堆可具有帶孔的非加壓水平或豎直管。加壓重水核反應堆僅是可燃燒本專利技術各種核燃料的反應堆的一種。因此，這種反應堆僅以實例進行描述，可以理解，本專利技術的各種核燃料可以在其他核反應堆中燃燒。類似地，本專利技術這里所描述的各種燃料可以任何形式放置在核反應堆中用以燃燒。僅舉例來說，所述燃料可裝在管內或者或者可被包含在其它縱長物內(通常可稱作“細棒”或“元件”，為了簡化說明，在此僅稱為“元件”)。本專利技術一些實施例中使用的元件的例子在圖1-4中以標號22標示，且詳述如下。如果燃料容納在管內，所述管可由下列材料制成或包含鋯、鋯合金，或者在某些情況具有低中子吸收特點的其它適合的材料或材料的組合。在核反應堆中，多個元件可共同形成一個燃料棒束。這種燃料棒束在圖5中以標號14表示。每一燃料棒束14的元件在棒束中可彼此平行地延伸。如果反應堆包括多個燃料棒束14，這些燃料棒束14可被端對端的放置在壓力管18中。在其他類型的反應堆中，燃料棒束14可以其它希望的方式排列。繼續參考圖5，當反應堆10處于工作時，重水冷卻劑26流過燃料棒束14以冷卻燃料元件，移除裂變過程中產生的熱量。本專利技術的核燃料也可用在其熱傳輸和慢化劑系統中具有不同液體/氣體組合的壓力管反應堆中。無論如何，從核燃料吸收熱量的冷卻劑26可將該熱量傳遞至下游設備(例如，蒸汽發生器30)以驅動原動機(例如，渦輪34)以產生電能。于1996年4月25日申請的加拿大第2,174,983號專利申請描述了用于核反應堆的燃料棒束的幾種實例，這些燃料棒束可包括本文所述的任一核燃料。加拿大第2,174,983號專利申請的內容以引用的方式結合于本專利中。本專利技術的各種核燃料可以與一種或多種其他材料結合使用(例如，混合)。無論單獨使用或與其他材料結合使用，所述核燃料可以為顆粒形、粉體形、其他合適形狀或者形狀的組合。在一些實施例中，本專利技術的燃料采取棒狀形式，比如棒狀燃料壓成希望的形狀、棒狀燃料包含在其他材料基質中等。另外，根據本專利技術的燃料組成的燃料元件可包括管、棒和/或其他類型元件的組合。如下文更詳細的描述，本專利技術不同實施例的燃料可以包括不同的核燃料組合，例如貧化鈾(depleteduranium,DU)、天然鈾(naturaluranium,NU)以及再加工或回收鈾(recycleduranium,RU)的不同組合。除非另有說明，如說明書和所附權利要求中所用到的，包括在核燃料中的材料組成的“百分比”是指重量百分比。此外，如本文所定義的，DU具有從近似0.2wt％到近似0.5wt％(包括近似0.2wt％和近似0.5wt％)的235U的裂變物質含量。NU具有近似0.71wt％的235U的裂變物質含量。RU具有近似0.72wt％到近似1.2wt％(包括近似0.72wt％和近似1.2wt％)的235U的裂變物質含量。回收鈾再處理或回收鈾(RU)是由使用輕水堆(LWRs)的核電生產中產生的乏燃料制造而成的。乏燃料中含有極少量的鈾。因此，乏燃料的化學再處理后分離出來的鈾，這在業界稱為再處理或回收鈾。天然鈾(NU)僅含有三種同位素234U、235U和238U。然而，在LWR中輻照和冷卻后，得到的RU具有與天然鈾不同的同位素組成。具體而言，RU包括四種并本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于核反應堆的燃料棒束，所述燃料棒束包括：多個燃料元件，每個燃料元件包括：第一燃料組分，所述第一燃料組分是回收鈾；以及第二燃料組分，所述第二燃料組分是貧化鈾，所述第二燃料組分與所述第一燃料組分混合，其中，所述混合的第一和第二燃料組分具有低于1.2wt％的

【技術特征摘要】
1.一種用于核反應堆的燃料棒束，所述燃料棒束包括：多個燃料元件，每個燃料元件包括：第一燃料組分，所述第一燃料組分是回收鈾；以及第二燃料組分，所述第二燃料組分是貧化鈾，所述第二燃料組分與所述第一燃料組分混合，其中，所述混合的第一和第二燃料組分具有低于1.2wt％的235U的第一裂變物質含量，以及其中，當被該核反應堆燃燒時，所述多個燃料元件具有負燃料溫度系數。2.如權利要求1所述的燃料棒束，其中所述多個燃料元件包括六根基本上平行的排列成環的管，每根管包含所述第一和第二燃料組分的混合物。3.如權利要求2所述的燃料棒束，其中所述第二燃料組分還包括天然鈾。4.如權利要求2所述的燃料棒束，其中所述第二燃料組分包括235U裂變物質含量為近似0.71wt％的天然鈾。5.如權利要求1-4中任意一項所述的燃料棒束，其中所述多個燃料元件為第一組多個燃料元件，所述燃料棒束還包括第二組多個燃料元件，所述第二組多個燃料元件形成一個圍繞所述第一組多個燃料元件的環。6.如權利要求5所述的燃料棒束，其中所述第二組多個燃料元件包含235U裂變物質含量為近似0.71wt％的天然鈾。7.如權利要求5所述的燃料棒束，其中所述第二組多個燃料元件包括回收鈾和貧化鈾的混合物。8.如權利要求7所述的燃料棒束，其中所述第二組多個燃料元件中的回收鈾和貧化鈾混合物的裂變物質含量高于所述第一裂變物質含量。9.如權利要求5所述的燃料棒束，其中所述第二組多個燃料元件包括十二根基本上平行的管，這十二根管從所述第一組多個燃料元件徑向向外設置。10.如權利要求5所述的燃料棒束，還包括第三組多個燃料元件，所述第三組多個燃料元件形成一個圍繞所述第二組多個燃料元件的環。11.如權利要求10所述的燃料棒束，其中所述第三組多個燃料元件包含235U裂變物質含量為近似0.71wt％的天然鈾。12.如權利要求10所述的燃料棒束，其中所述第三組多個燃料元件包括回收鈾和貧化鈾的混合物。13.如權利要求12所述的燃料棒束，其中所述第三組多個燃料元件中回收鈾和貧化鈾混合物的裂變物質含量高于所述第二組多個燃料元件中回收鈾和貧化鈾混合物的裂變物質含量。14.如權利要求10-13任意一項所述的燃料棒束，其中所述第三組多個燃料元件包括十八根基本上平行的管，這十八根管從所述第二組多個燃料元件徑向向外設置。15.如權利要求1所述的燃料棒束，還包括位于所述燃料棒束中心的中間元件。16.如權利要求15所述的燃料棒束，其中所述中間元件包含貧化鈾。17.如權利要求15所述的燃料棒束，其中所述中間元件包含貧化鈾和可燃毒物的混合物。18.如權利要求15所述的燃料棒束，其中所述中間元件包含回收鈾和貧化鈾的混合物。19.如權利要求18所述的燃料棒束，其中所述中間元件的回收鈾和貧化鈾混合物的裂變物質含量低于所述第一裂變物質含量。20.如權利要求1所述的燃料棒束，其中所述多個燃料元件包括七根基本上平行的排列成環的管，每根管包含所述第一和第二燃料組分的混合物。21.如權利要求2或20所述的燃料棒束，其中所述多個燃料元件為第一組多個燃料元件，所述燃料棒束還包括第二組多個燃料元件，所述第二組多個燃料元件從所述第一組多個燃料元件徑向向外設置。22.如權利要求21所述的燃料棒束，其中所述第二組多個燃料元件包含235U裂變物質含量為近似0.71wt％的天然鈾。23.如權利要求21所述的燃料棒束，其中所述第二組多個燃料元件包含回收鈾和貧化鈾的混合物。24.如權利要求23所述的燃料棒束，其中所述第二組多個燃料元件中回收鈾和貧化鈾混合物的裂變物質含量高于所述第一裂變物質含量。25.如權利要求21所述的燃料棒束，其中所述第二組多個燃料元件包括十四根基本上平行的管，這十四根管從所述第一組多個燃料元件徑向向外設置。26.如權利要求21所述的燃料棒束，其中至少所述第二組多個燃料元件其中之一的橫截面尺寸與至少所述第一組多個燃料元件其中之一的橫截面尺寸不同。27.如權利要求21所述的燃料棒束，還包括第三組多個燃料元件，所述第三組多個燃料元件形成一個圍繞所述第二組多個燃料元件的環。28.如權利要求27所述的燃料棒束，其中所述第三組多個燃料元件包含235U裂變物質含量為近似0.71wt％的天然鈾。29.如權利要求27所述的燃料棒束，其中所述第三組多個燃料元件包含回收鈾和貧化鈾的混合物。30.如權利要求29所述的燃料棒束，其中所述第三組多個燃料元件中回收鈾和貧化鈾混合物的裂變物質含量高于所述第二組多個燃料元件中回收鈾和貧化鈾混合物的裂變物質含量。31.如權利要求27所述的燃料棒束，其中所述第三組多個燃料元件包括二十一根基本上平行的管，這二十一根管從所述第二組多個燃料元件徑向向外設置。32.如權利要求27所述的燃料棒束，其中至少所述第三組多個燃料元件其中之一的橫截面尺寸與至少所述第一組多個燃料元件其中之一的橫截面尺寸不同。33.如權利要求27所述的燃料棒束，還包括位于所述燃料棒束中心的中間元件。34.如權利要求33所述的燃料棒束，其中所述中間元件包含貧化鈾。35.如權利要求33所述的燃料棒束，其中所述中間元件包含貧化鈾和可燃毒物的混合物。36.如權利要求33所述的燃料棒束，其中所述中間元件包含回收鈾和貧化鈾的混合物。37.如權利要求36所述的燃料棒束，其中所述中間元件的回收鈾和貧化鈾混合物的裂變物質含量低于所述第一裂變物質含量。38.一種用于核反應堆的燃料棒束，包括：包含回收鈾的第一燃料元件，所述第一燃料元件具有不低于0.72wt％的235U的第一裂變物質含量；以及包含貧化鈾的第二燃料元件，所述第二燃料元件具有不高于0.71wt％的235U的第二裂變物質含量；其中，當被該核反應堆燃燒時，所述第一燃料元件和第二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：瑟麥特·庫蘭，穆斯塔法·寶徹，凱西·考特勒奧，埃里克·卡爾·阿里曼大·阿羅約，
申請(專利權)人：加拿大原子能有限公司，
類型：發明
國別省市：加拿大,CA