快中子堆燃料元件

第1章概论1

1.1引言1

1.2快堆充分利用铀资源2

1.2.1核裂变和链式反应2

1.2.2核反应堆分类4

1.2.3转换与增殖6

1.2.4快中子增殖堆的特征8

1.3快堆燃料组件11

1.3.1燃料组件的功能11

1.3.2燃料组件结构12

1.3.3快中子增殖堆燃料棒12

1.4快中子增殖堆燃料发展史、现状和展望15

1.4.1快中子增殖堆燃料16

1.4.2包壳材料17

1.4.3燃料元件的新概念18

1.4.4冷却剂19

1.4.5燃料元件的发展趋向20

参考文献21

第2章 快堆燃料元件的使用性能22

2.1引言22

2.2圆柱体燃料元件的温度分布24

2.2.1温度场方程24

2.2.2燃料的积分热导率26

2.2.3燃料与包壳之间的气体层的温降26

2.2.4燃料与包壳的间隙传热系数实验值27

2.2.5包壳的径向温度分布29

2.2.6包壳外表面温度分布29

2.2.7基本子流道中的冷却剂温度分布30

2.3温度效应32

2.3.1燃料的热性能32

2.3.2燃料重结构39

2.3.3燃料组分的径向再分布44

2.4辐照效应46

2.4.1裂变产物46

2.4.2燃耗对燃料的氧化学位的影响47

2.4.3裂变产物迁移48

2.4.4燃料与包壳间的相互作用49

2.4.5裂变气体释放49

2.4.6裂变产物引起燃料肿胀51

参考文献53

第3章 快堆燃料组件设计54

3.1引言54

3.2燃料组件设计准则56

3.3设计方法58

3.3.1性能程序58

3.3.2结构件的力学设计59

3.3.3氧化物燃料的热性能分析59

3.3.4燃料棒破损机制60

3.3.5燃料棒设计破损的分析方法61

3.4燃料棒结构设计66

3.4.1燃料棒的一般结构66

3.4.2线功率密度和燃料棒直径67

3.4.3包壳厚度71

3.4.4芯块包壳间隙及填充介质74

3.4.5燃料芯块75

3.4.6轴向转换区75

3.4.7气腔76

3.4.8芯块定位器79

3.5燃料组件结构设计80

3.5.1燃料组件的一般结构和主要特性80

3.5.2燃料棒的几何排列82

3.5.3六角形外套管83

3.5.4燃料组件尺寸86

3.5.5燃料棒的定位机构87

3.5.6组件轴向屏蔽90

3.5.7组件操作头91

3.5.8组件的管脚结构91

3.5.9组件定位92

3.5.10燃料组件的长度93

3.6燃料组件组成部分的材料选择94

3.6.1燃料的选择94

3.6.2包壳和结构材料102

3.6.3奥氏体不锈钢的辐照性能111

3.6.4包壳腐蚀120

3.7燃料棒的破损123

3.7.1破损的产生123

3.7.2燃料棒破损前的T0状态124

3.7.3气体泄漏和Na进入125

3.7.4氧化物与Na反应及其后果126

3.7.5包壳破损和DND信号127

参考文献129

第4章 快堆燃料元件的性能分析131

4.1引言131

4.2辐照中氧化物燃料棒结构的性能变化133

4.3燃料元件性能模拟程序的计算内容136

4.4程序流程及输入/输出136

4.4.1程序的流程136

4.4.2程序的输入与输出142

4.5燃料元件性能的模拟计算分析142

4.5.1基本几何图形及受力情况142

4.5.2热工分析144

4.5.3辐照分析153

4.5.4力学分析163

4.5.5寿命分析182

4.5.6校核与应用实例186

参考文献187

第5章 快堆燃料组件制造189

5.1引言189

5.2燃料制造192

5.2.1MOX粉末制造192

5.2.2MOX芯块制造201

5.3奥氏体不锈钢包壳管制造205

5.3.1快堆包壳管的质量标准205

5.3.2制造工艺及质量控制209

5.4六角形外套管制造216

5.4.1六角形外套管技术要求216

5.4.2六角形外套管制造工艺217

5.5燃料组件部件制造218

5.5.1丝材的制造218

5.5.2组件头部的制造218

5.5.3管脚组件及螺旋密封的制造219

5.5.4元件棒内芯块压紧弹簧的制造221

5.6燃料棒制造222

5.6.1芯块型燃料棒制造222

5.6.2振动密实型燃料棒的制造223

5.6.3芯块法与振动密实法燃料棒的比较225

5.7燃料组件的组装226

5.7.1燃料棒束组装226

5.7.2燃料组件的组装227

参考文献228

第6章 控制棒组件和其他组件229

6.1控制棒组件设计229

6.1.1引言229

6.1.2设计准则230

6.1.3控制棒组件结构231

6.1.4吸收体棒结构232

6.1.5设计参数选择233

6.2碳化硼233

6.2.1核性能233

6.2.2晶体结构234

6.2.3物理性能235

6.2.4化学性能236

6.3B4C芯块的制造工艺236

6.4B4C芯块辐照性能237

6.4.1硼燃耗237

6.4.2He的产生和释放237

6.4.3B4C芯块肿胀与开裂238

6.5快堆控制棒的发展趋势239

6.5.1吸收体材料的发展趋势239

6.5.2吸收体棒的发展趋势240

6.5.3控制棒组件的发展趋势242

6.6其他堆内组件244

6.6.1中子源组件244

6.6.2转换区组件247

6.6.3反射层组件250

6.6.4屏蔽层组件250

本书是一本介绍快中子堆燃料元件工程技术的专业读物。全书共分六章，包括快中子堆燃料元件（组件）的使用性能、结构设计、性能分析和制造工艺以及堆内的其他组件，系统地介绍了燃料元件设计中各参数的选择、设计方法和运行性能分析。本书可供从事快中子堆工作以及关心快中子堆工程的技术人员、管理人员、工人和大专院校师生阅读、参考。