適合于允許包含在其中的核燃料的膨脹的核裂變反應堆燃料組件制造技術

核裂變反應堆燃料組件適合于允許包含在其中的核燃料的膨脹。燃料組件包括具有外殼壁的外殼，以密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙或多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫?？障对试S泡沫朝著空隙的膨脹，這種膨脹可以歸因于生熱和/或裂變氣體釋放。當泡沫膨脹時，空隙收縮或在體積上減小。因為泡沫朝著空隙膨脹并且甚至膨脹入空隙中，而不是靠著外殼壁膨脹，所以外殼壁上的壓力被相當大地減少。因此，空隙提供了泡沫可以膨脹進的空間。

Nuclear fission reactor fuel assembly suitable for allowing expansion of nuclear fuel contained therein

A nuclear reactor fuel assembly is adapted to permit expansion of the nuclear fuel contained therein. The fuel assembly includes a housing having a housing wall to seal a nuclear fuel bubble defining a plurality of interconnected open air voids or a plurality of enclosed void voids. Voids allow the expansion of foam toward voids, which can be attributed to heat generation and / or fission gas release. As the foam expands, the voids contract or decrease in volume. The pressure on the outer wall is considerably reduced as the foam expands toward the void and expands even into the void rather than against the outer wall. Thus, voids provide the space in which the foam can expand.

【技術實現步驟摘要】
適合于允許包含在其中的核燃料的膨脹的核裂變反應堆燃料組件本申請是申請日為2009年4月7日，申請號為200980118094.X，專利技術名稱為“適合于允許包含在其中的核燃料的膨脹的核裂變反應堆燃料組件”（已變更為“核裂變反應堆燃料組件及其制造方法”）的申請的分案申請。
本申請大體上涉及核反應堆燃料組件，并且更具體地涉及適合于允許包含在其中的核燃料的膨脹的核裂變反應堆燃料組件。背景已知在運行的核裂變反應堆中，具有已知能量的中子被具有高原子質量的核素吸收。所得到的復合核分離為裂變產物，裂變產物包括兩個較低原子質量的裂變碎片以及衰變產物。已知借助于具有所有能量的中子經歷這樣的裂變的核素包括鈾-233、鈾-235和钚-239，其是可裂變核素。例如，具有0.0253eV（電子伏）的動能的熱中子可以用于使U-235核裂變。作為能產生裂變物質的核素的釷-232和鈾-238使用具有至少1MeV（兆電子伏）的動能的快中子經歷誘發裂變。從每個裂變事件釋放的總動能是約200MeV。該動能最終被轉化為熱。此外，以初始的中子源開始的裂變過程釋放另外的中子并且將動能轉化為熱。這導致伴隨有持續的能量釋放的自我維持的裂變鏈式反應。即，對于每個被吸收的中子，多于一個中子被釋放，直到可裂變核被耗盡。這種現象在商用核反應堆中用于產生連續的熱，該連續的熱又有益地用于產生電。在這樣的過程中，可能發生由上述的生熱的導致的以及也由裂變產物釋放導致的燃料組件膨脹。在這方面，燃料組件可能經歷差脹、可能增加燃料棒包層破裂的發生率的燃料棒蠕變、裂變氣體壓力增大以及在反應堆運行期間的膨脹。這可能增加燃料芯塊破裂和/或燃料棒彎曲的發生率。燃料芯塊破裂可以導致裂變氣體釋放以及導致高于正常值的輻射水平。燃料棒彎曲又可以導致冷卻劑流動通道的阻塞。被結合入反應堆設計的安全余量和在制造期間的精確的質量控制可以減少這些發生率，或系統設計可以使系統適合于以這樣的發生率運行。在處理由生熱和裂變氣體釋放導致的燃料組件膨脹的一種方法中，以ClarenceI.Justheim等人的名義于1962年4月3日公布且標題為“NuclearFuelElementsHavingAnAutogenousMatrixAndMethodOfMakingTheSame”的美國專利3,028,330公開了蜂窩狀的碳質基質。蜂窩狀基質的氣孔可以包含裂變材料的碎片，該裂變材料可以是富集有可裂變同位素的鈾的能產生裂變物質的同位素。根據該專利，氣孔通常具有這樣的相對于裂變碎片的大小，以便允許由熱循環和輻射損壞導致的裂變碎片體積的增加。雖然該專利公開了具有允許裂變碎片的體積的增加的氣孔的蜂窩狀基質，但是該專利看上去沒有公開核裂變反應堆燃料組件，其適合于允許包含在該燃料組件中的核燃料的膨脹。在以LeslieReginaldBlake等人的名義于1965年5月18日公布且標題為“FastNuclearReactorFuelElements”的美國專利3,184,392中公開的另一種方法描述了一種核反應堆燃料元件，其包括多孔的封閉氣孔的可裂變核燃料的主體，由于多孔性，該主體是分散結構，并且被包封在圓柱形的保護套內。燃料提供填隙空隙，并且燃料元件僅部分地被填充，以在燃料上方留下空隙。根據該專利，保護套在600℃的溫度能夠抵抗至少10,000psi的內壓力，并且在燃料上方的空隙作為燃料的膨脹空間且也作為用于容納裂變產物的空間。雖然該專利公開了包括多孔的封閉氣孔的可裂變核燃料的主體的核反應堆燃料元件，但是該專利看上去沒有公開核裂變反應堆燃料組件，其適合于允許包含在燃料組件中的核燃料的膨脹，如本文所公開和主張的。概述根據本公開的一個方面，提供了核裂變反應堆燃料組件，其包括適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙（open-cellvoid）的核燃料泡沫的外殼。所述外殼可適合于密封地包封核燃料泡沫，所述核燃料泡沫可界定多個在空間上分布的開放氣孔空隙以允許所述核燃料泡沫的膨脹。所述外殼可適合于密封地包封核燃料泡沫，所述核燃料泡沫可界定多個在空間上分布的開放氣孔空隙以便于由所述核燃料泡沫產生的揮發性裂變產物的運輸。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的可裂變核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的能產生裂變物質的核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的釷核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的鈾核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的可裂變核燃料泡沫和能產生裂變物質的核燃料泡沫的混合物。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的核燃料泡沫，所述核燃料泡沫具有嵌入其中的核燃料芯塊。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的未被包覆的核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的被包覆的核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的金屬核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的碳化物核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的氧化物核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的氮化物核燃料泡沫。所述外殼可以被布置在快中子核反應堆中，并且可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的核燃料泡沫。所述外殼可以被布置在中子增殖核反應堆中，并且可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的核燃料泡沫。所述外殼可以被布置在快中子增殖核反應堆中，并且可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的核燃料泡沫。所述外殼可以被布置在行波核反應堆中，并且可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的核燃料泡沫。所述外殼可以被布置在熱核反應堆中，并且可適合于密封地包封界定多個互相連接的開放氣孔空隙的核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封具有圓柱形的幾何形狀的核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封具有球形的幾何形狀的核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封具有半球形的幾何形狀的核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封具有圓盤形的幾何形狀的核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封在橫截面中具有多邊形的幾何形狀的核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封具有平行六面體形的幾何形狀的核燃料泡沫。根據本公開的另一個方面，提供了核裂變反應堆燃料組件，其包括適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙（closed-cellvoid）的能產生裂變物質的核燃料泡沫的外殼。所述外殼可適合于密封地包封核燃料泡沫，所述核燃料泡沫可界定多個在空間上分布的封閉氣孔空隙以允許所述核燃料泡沫的膨脹。所述外殼可適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的釷核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的鈾核燃料泡沫。所述外殼可適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的可裂變核燃料泡沫和能產生裂變物質的核燃料泡沫的混合物。所述外殼可適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫，所述核燃料泡沫可具有嵌入其中的核燃料芯塊。所述外殼可適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種核裂變反應堆燃料組件，包括外殼，所述外殼適合于密封地包封能產生裂變物質的核燃料泡沫，所述核燃料泡沫界定多個封閉氣孔空隙。

【技術特征摘要】
2008.04.08 US 12/082,0771.一種核裂變反應堆燃料組件，包括外殼，所述外殼適合于密封地包封能產生裂變物質的核燃料泡沫，所述核燃料泡沫界定多個封閉氣孔空隙，每個封閉氣孔空隙提供可收縮的容積。2.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封核燃料泡沫，所述核燃料泡沫界定多個在空間上分布的封閉氣孔空隙以允許所述核燃料泡沫的膨脹。3.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的釷核燃料泡沫。4.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的鈾核燃料泡沫。5.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的可裂變核燃料泡沫和能產生裂變物質的核燃料泡沫的混合物。6.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫，所述核燃料泡沫具有嵌入其中的核燃料芯塊。7.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的未被包覆的核燃料泡沫。8.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的被包覆的核燃料泡沫。9.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的金屬核燃料泡沫。10.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的碳化物核燃料泡沫。11.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的氧化物核燃料泡沫。12.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的氮化物核燃料泡沫。13.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在快中子核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。14.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在中子增殖核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。15.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在快中子增殖核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。16.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在行波核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。17.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在熱核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。18.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封具有圓柱形的幾何形狀的核燃料泡沫。19.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封具有球形的幾何形狀的核燃料泡沫。20.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封具有半球形的幾何形狀的核燃料泡沫。21.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封具有圓盤形的幾何形狀的核燃料泡沫。22.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封在橫截面中具有多邊形的幾何形狀的核燃料泡沫。23.根據權利要求1所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封具有平行六面體形的幾何形狀的核燃料泡沫。24.一種核裂變反應堆燃料組件，包括：(a)外殼，其適合于密封地包封能夠產生熱的能產生裂變物質的核燃料泡沫，所述核燃料泡沫界定多個封閉氣孔空隙，每個封閉氣孔空隙提供可收縮的容積；以及(b)熱吸收體，其與所述外殼相關聯并且適合于與所述核燃料泡沫保持傳熱連通，用于吸收由所述核燃料泡沫產生的熱。25.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述熱吸收體是流動的流體。26.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述熱吸收體是相變成分。27.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述熱吸收體是熱電材料。28.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封核燃料泡沫，所述核燃料泡沫界定多個在空間上分布的封閉氣孔空隙以允許所述核燃料泡沫的膨脹。29.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的釷核燃料泡沫。30.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的鈾核燃料泡沫。31.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的可裂變核燃料泡沫和能產生裂變物質的核燃料泡沫的混合物。32.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫，所述核燃料泡沫具有嵌入其中的核燃料芯塊。33.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的未被包覆的核燃料泡沫。34.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的被包覆的核燃料泡沫。35.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的金屬核燃料泡沫。36.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的碳化物核燃料泡沫。37.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的氧化物核燃料泡沫。38.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的氮化物核燃料泡沫。39.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在快中子核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。40.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在中子增殖核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。41.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在快中子增殖核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。42.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在行波核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。43.根據權利要求24所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在熱核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。44.一種核裂變反應堆燃料組件，包括：(a)外殼，其適合于密封地包封能夠產生熱的核燃料泡沫，所述核燃料泡沫界定多個封閉氣孔空隙，每個封閉氣孔空隙提供可收縮的容積；以及(b)熱吸收體導管，其穿過所述核燃料泡沫延伸，所述熱吸收體導管能夠沿著其運送冷卻流體，所述冷卻流體與所述核燃料泡沫保持傳熱連通，以吸收由所述核燃料泡沫產生的熱。45.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述熱吸收體導管能夠運送具有相變成分的冷卻流體。46.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述熱吸收體導管包括多個熱吸收體導管。47.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼大體上是圓柱形的。48.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封核燃料泡沫，所述核燃料泡沫界定多個在空間上分布的封閉氣孔空隙以允許所述核燃料泡沫的膨脹。49.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的可裂變核燃料泡沫。50.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的能產生裂變物質的核燃料泡沫。51.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的可裂變核燃料泡沫和能產生裂變物質的核燃料泡沫的混合物。52.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的釷核燃料泡沫。53.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的鈾核燃料泡沫。54.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫，所述核燃料泡沫具有嵌入其中的核燃料芯塊。55.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的未被包覆的核燃料泡沫。56.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的被包覆的核燃料泡沫。57.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的金屬核燃料泡沫。58.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的碳化物核燃料泡沫。59.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的氧化物核燃料泡沫。60.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的氮化物核燃料泡沫。61.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在快中子核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。62.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，其中所述外殼能夠被布置在中子增殖核反應堆中，并且適合于密封地包封界定多個封閉氣孔空隙的核燃料泡沫。63.根據權利要求44所述的核裂變反應堆燃料組件，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：查爾斯·E·阿爾費爾德，約翰·羅杰斯·吉爾蘭，羅德里克·A·海德，穆里爾·Y·伊什克瓦，大衛·G·麥卡利斯，內森·P·米佛德，克拉倫斯·T·特格林，托馬斯·艾倫·韋弗，查爾斯·惠特默，小洛厄爾·L·伍德，
申請(專利權)人：希爾萊特有限責任公司，
類型：發明
國別省市：