[科普中国]-核燃料组件

介绍

核燃料组件是由一组燃料棒(片)和其他构件组 成的堆内释热部件。是反应堆燃料装卸料单元。有棒束型、套管型、片组型等几种结构形式。一般由燃料棒(片)、 定位件、支撑件等构件组成，组体内元件数量、排列和结构形式随堆型而不同。各成熟堆型的组件都已定型。

不同的反应堆使用的燃料元件也不同。按其形状来区分，有棒状、管状、板状和球状等。按其核燃料状态来区分，有金属型、陶瓷型、弥散型等。燃料组件则是组装在一起并在堆芯装卸料过程中不需拆开的一组燃料元件。燃料元件在堆内受到强中子辐照、高温和高流速冷却剂的冲刷和腐蚀以及由于温度、压力变化而引起的应力应变的机械负荷等因素的作用，因此燃料元件必须具有物理、力学、化学等方面的稳定性。

沸水堆组件是由装在Zr-4合金元件盒内7 ×7或8×8根正方排列的燃料棒或隔板支撑棒组成。

压水堆燃料组件的结构曾经历过多次改进： 由有盒组件改为无盒组件；棒状燃料元件由6×6排列改进为 15×15排列，最新的结构则为17× 17排列。按17×17排列的燃料组件具有棒径细、根数多、长度长等特点，故每根棒状燃料元件的线性比功率较低，有利于改善和提高堆芯的热工与安全性能。1

影响因素核燃料组件设计的目标，是要确保在堆芯安全运行及燃料和燃料部件零部件的性质之间取得一个合适的平衡。核燃料组件的性质取决于：

(1) 辐照效应： 生长和脆性等;

(2) 与冷却剂的化学反应： 腐蚀、氢化等;

(3) 流动引起的振动，进而导致整个组件的轴向和横向移动或局部效应，或在燃料棒 和格架交接面的腐蚀;

(4) 由于堆芯运行及操作处理(包括有关的事故)所引起的机械负荷。2

质量控制燃料组件及组件的结构零部件质量控制的技术条件是指：

(1) 尺寸方面的特征： ①组件的整体外形轮廓，包括扭曲、弯曲和垂直度等; ②棒与 棒、棒与导向管以及棒与外围物之间的间距，包括格架的外形轮廓点、耐磨垫及定位垫的 结构形状等; ③上管座和下管座、上端板和下端板的重要尺寸，包括与操作工具的接口、 与上堆芯板及下堆芯板的接口 (压水堆情况) 以及与控制组件、可燃毒物组件及阻力塞组 件等的接口; ④导向管与功能有关的尺寸;

(2)表面状态： 粗糙度和清洁度等；

(3) 材料的成分；

(4) 对锆合金零件、对焊接或钎焊的零件等的腐蚀试验；

(5)导向管、格架条带、组件及格架的弹簧、点焊缝等的机械性能；

(6)织构 (主要指锆合金零件)，通常由鉴定合格的制造工艺来代替；

(7) 操作、包装及运输规程。

通常，燃料组件的生产要经过程序鉴定试验，例如焊接(燃料棒上端、下端、骨架及 格架)、清洗、氦检漏、确定炉内温度分布、骨架的组装、格架的冲压、包壳的超声波检 验。要进行鉴定的制造及检验工艺，必须经过验证和控制。如果工艺过程中的边界条件或 重要部件已经改变或替换或其本身发生了变化，就有必要重新进行鉴定。通常，要确立一 个工艺鉴定的有效期，或确立允许停产的最长时间，超出这个时间，就需要进行重新鉴定。

燃料组件制造工序质量控制流程

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