核材料科學(xué)與工程:重水堆燃料元件

重水堆燃料組件概述

CANDU-6反應(yīng)堆采用標(biāo)準(zhǔn)的燃料棒束，由7個零部件組成(見圖)。燃料芯塊為壓制、燒結(jié)的天然二氧化鈾圓柱體，將燃料芯塊封裝在鋯-4合金包殼管中構(gòu)成燃料棒。每根棒中裝有約30個芯塊，芯塊涂有石墨涂層，以減輕包殼與芯塊之間的相互作用。用兩個端板與燃料端頭焊接，將37根燃料棒構(gòu)成一個整體棒束結(jié)構(gòu)。在每根棒的中部焊上定位墊，以保證所需要的棒間距。在棒束外圈的每根燃料棒靠近兩頭及中部焊上支承墊，以保證棒束與壓力管之間的間隙。

37根棒燃料棒束

燃料通道組件由一根壓力管和兩個端部件組件組成，如圖所示。

1-燃料通道密封塞;2-密封塞密封插入;3-供水管接頭;4-襯管;5-端部件本體;6-端部件軸承;7-管子墊圈;8-燃料棒束;9-壓力管;10-排管;11-排管容器側(cè)管板;12-端部屏蔽柵格管;13-屏蔽塞;14-端部屏蔽屏蔽球;15-裝料機(jī)側(cè)管板;16-通道環(huán)形波紋管;17-通道定位組件

壓力管包容燃料和重水冷卻劑，定位在排管容器的排管內(nèi)。壓力管由鋯-2.5鈮合金制成，具有低的中子吸收截面和高的強(qiáng)度，并有良好的抗腐蝕和抗輻照性能。壓力管的壁厚考慮了腐蝕和容許的磨損量，滿足應(yīng)力需要的最低要求。由于壓力管處于高溫、高壓和高輻照的工作環(huán)境，設(shè)計壽命為25年。

端部件組件屬于壓力管在堆芯外的延伸部分，兩端延伸到端屏蔽外。壓力管的兩端均用機(jī)械脹管連接到端部件上，每個端部件內(nèi)有一個襯管，熱傳輸系統(tǒng)的冷卻劑由供水管進(jìn)入端部件，經(jīng)過襯管與端部件之間的環(huán)形區(qū)，繞著襯管流動，再通過襯管端部的孔進(jìn)入壓力管。端部件本體材料為改進(jìn)型403不銹鋼，襯管材料為無縫410不銹鋼。

每個端部件的襯管內(nèi)有一個屏蔽塞，在換料時屏蔽塞可卸下并儲存在換料機(jī)的料斗內(nèi);完成換料后，裝入屏蔽塞，提供通道要求的屏蔽，也可用于燃料束的定位。每個端部件的外側(cè)端在裝換料時與換料機(jī)的機(jī)頭連接，在功率運行時，能進(jìn)行燃料的插入或卸出。換料時，換料機(jī)將燃料通道密封塞拆除并儲存。在換料機(jī)離開燃料通道之前，將密封塞重新裝在端部件上。

端部件的側(cè)向管嘴與反應(yīng)堆進(jìn)口集管之間連接的供水管以及出口端的側(cè)向管嘴與堆出口集管之間連接的供水管，均為熱傳輸系統(tǒng)的一部分。每個供水管與端部件用法蘭連接。

焊在端屏蔽柵格管處的波紋管將燃料通道與排管之間形成的環(huán)隙加以密封，并且有撓性，以適應(yīng)熱膨脹和蠕變變形引起的移動。

燃料通道兩端均裝有定位組件，燃料通道組件通過定位組件固定在一端的端屏蔽管板上，相反方向的一端是自由的，在自由端允許通道的熱膨脹和蠕變移動。這種布置能調(diào)整兩端軸承對壓力管總的軸向蠕變伸長。根據(jù)計算及運行經(jīng)驗，在12.5個滿功率運行年以后，定位組件進(jìn)行重新調(diào)整，即將原來由定位組件固定的一端松開，變成自由端，原為自由端的定位組件則將燃料通道固定在另一端的端屏蔽管板上。