candu燃料元件现状与发展

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1、CANDU堆元件现状与发展张杰崔振波王世波包头核燃料元件厂2005年5月8摘要摘要本文介绍了重水堆核电站用燃料棒束发展里程和CANDU-6燃料棒束的技术特性，介绍了重水堆核电燃料棒束的技术改进方向和发展现状以及我国在CANDU燃料循环方面的发展设想。关键词重水堆燃料元件、CANDU堆燃料元件、发展、燃料循环、CANFLEX燃料棒束。81CANDU重水堆核电概况CANDU型重水堆经过40多年的改进和发展，已成为当前比较成熟的堆型之一。历经几十年的商业运行已充分证明，就技术指标、经济性、安全性等方面而言，CANDU堆可称为当今世界上一种较为领先的核电技术。我国秦山三期重水堆

2、核电站就是引进加拿大原子能有限公司两台CANDU-6重水堆核电机组，总装机容量为2×728Mwe，设计年容量因子为85%，设计寿命40年。两台机组已分别于2002年12月和2003年7月投入商业运行。同时，为了实现重水堆燃料元件国产化，满足秦山三期核电站换料节点要求，1998年12月8日经由中核原子能公司，二零二厂与加拿大ZPI公司签定了CANDU-6型燃料棒束制造技术转让合同。该项目于2000年4月1日破土动工，工程历时33个月，于2002年12月建成了我国第一条重水堆核燃料棒束生产线——包头核燃料元件厂。包头核燃料元件厂设计生产能力为年产200吨（铀）CANDU-6

3、型核燃料棒束（约10400-10600只燃料棒束），以满足秦山三期两座728Mwe商用核电站的年换料要求。2003年3月27日首批国产化燃料棒束入堆，目前堆内运行状态良好。2CANDU重水堆燃料元件2.1CANDU堆燃料元件2.1.1燃料元件的基本结构CANDU堆燃料元件是由天然UO2陶瓷芯块，Zr-4合金包壳管、端塞、隔离块、支承垫和端板等部件组成的棒束。图2-1是一个典型的CANDU-6型燃料棒束。图2-1CANDU-6型燃料棒束外形1-端塞；2-端板；3-包壳管；4-芯块；5-石墨涂层；6-支承垫；7-隔离块；8-压力管芯块是由天然陶瓷UO2粉末经压制成型、高温烧

4、结制成圆柱形，其密度≥10.45克/厘米3，氧铀比为2.000～2.015。高密度燃料芯块可使燃料在堆内有尽可能多的可裂变材料和尽可能小的体积变化。芯块端面呈碟形，芯块端部有倒角。芯块柱面要经磨床磨削，以得到较高的光洁度，可以保证芯块与包壳有良好的接触及有利于热传导。每只CANDU-6型燃料棒束是由37根单棒组成。UO28芯块装入壁厚0.4mm的Zr-4合金包壳管内，其两端由端塞密封焊接组成单棒。37根单棒按照固定位置环形排列，两侧用端板焊接固定，组成燃料棒束。燃料单棒之间的间隙靠钎焊隔离块保持，而棒束和压力管之间的间隙则靠钎焊于外圈燃料棒表面上的支承垫来保持。每个燃料

5、棒束的重量24千克左右，结构材料的重量占燃料束重量的10%以下，UO2燃料的重量占燃料束重量的90%以上。表2-1列出了CANDU-6型燃料棒束设计参数。表2-1CANDU-6型燃料棒束设计参数名称单位参数裂变材料天然二氧化铀结构材料(包壳管、端管、支承块、隔离块、端板)锆-4合金芯块芯块形状蝶形带倒角圆柱体直径mm12.20堆积高度mm480芯块个数个30密度（名义）g/cm310.60氧铀比（O/U）2.000-2.015总硼当量（相对于轴）1.184包壳管外径mm13.10厚度石墨层厚度（最小）mmμm0.403隔离块长度mm8.26宽度mm2.29厚度（最小）m

6、m0.64支承垫支承面长度支承面宽度厚度（最小）mmmmmm25.42.031.0端板直径mm90.8厚度mm1.52燃料棒束棒内压MPa0.1棒间间隙mm1.55棒与压力管间隙mm1.03燃料棒束长度mm495.3燃料棒束直径mm102.4二氧化铀重量kg21.8锆-4合金重量kg2.3总重量kg24.18运行工况SI3燃料通道冷却却剂流量kg/s26.5SI3燃料通道冷却剂压力降kpa840燃料棒束在堆内的驻留时间(平衡换料工况)平均(堆芯内部/堆芯外部)等效满功率天(EFPD)248最大(堆芯内部/堆芯外部)EFPD352燃料棒束名义功率kw800峰值棒线功率kw

7、/m57.3平均卸料燃耗MWh/kgu171.7峰值棒燃耗MWh/kgu312.12.1.2燃料元件的主要特点CANDU堆燃料棒束虽然结构简单，但它在尺寸、完整性、物理性能及化学成份的要求是非常高的。CANDU燃料元件的主要特点是：(1)中子经济性好。坎杜堆燃料元件的包壳管壁厚只有沸水堆燃料元件包壳管的二分之一，相当于压水堆燃料元件包壳管的三分之二。由于使用了薄壁包壳，中子的寄生吸收很小。如皮克灵堆燃料元件全部结构材料仅占棒束重量的8%，结构材料的寄生吸收仅占燃料束热中子吸收截面的0.7%。(2)安全性好。CANDU堆燃料的设计是采用高密