一種用于燃料元件的氣體吸收裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料元件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于燃料元件的氣體吸收裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的壓水堆燃料組件在堆芯中長(zhǎng)期處于高溫、高壓、高硼水、強(qiáng)中子輻照、腐蝕、沖刷和水力振動(dòng)等惡劣條件下工作，因此燃料組件性能的好壞直接關(guān)系到反應(yīng)堆的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性。壓水反應(yīng)堆普遍采用低濃鈾燃料、彈簧格架、無(wú)盒的束棒燃料組件。燃料組件由燃料元件、定位格架、組件骨架等部件組成，其中用來(lái)產(chǎn)生核裂變并釋放熱量的部件為燃料元件。典型的燃料元件長(zhǎng)度約為3?4米，外徑為9?11毫米，由鋯合金包覆材料包覆二氧化鈾陶瓷型燃料芯塊組成，并按設(shè)計(jì)要求將燃料芯塊裝到一定高度上，通常在燃料元件下端設(shè)計(jì)有柱狀支撐結(jié)構(gòu)，將燃料芯塊支撐在一定高度。燃料元件上端設(shè)有壓緊結(jié)構(gòu)，壓緊結(jié)構(gòu)通常為螺旋形壓緊彈簧，以防止燃料芯塊在燃料元件內(nèi)的竄動(dòng)。
[0003]燃料元件不僅產(chǎn)生熱量還需將熱量傳遞給反應(yīng)堆冷卻劑，同時(shí)包容裂變產(chǎn)物、防止放射性物質(zhì)進(jìn)入冷卻劑，并防止核燃料與冷卻劑接觸。燃料元件中裂變材料用來(lái)產(chǎn)生熱量，包覆材料用來(lái)將熱量傳遞給反應(yīng)堆冷卻劑和包容裂變產(chǎn)物。包覆材料一旦發(fā)生破裂，冷卻劑與核燃料接觸，會(huì)造成核燃料損壞、裂變產(chǎn)生的放射性廢物會(huì)進(jìn)入冷卻劑，造成冷卻劑污染。被污染后帶有放射性的冷卻劑在反應(yīng)堆內(nèi)運(yùn)行不僅會(huì)造成反應(yīng)堆內(nèi)系統(tǒng)的放射性污染與損壞、還會(huì)破壞反應(yīng)堆周圍環(huán)境，對(duì)反應(yīng)堆周圍環(huán)境造成放射性污染，因此必須保證包覆材料在反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中高溫、高壓、強(qiáng)中子輻照、腐蝕、沖刷等惡劣件下的完整性。因?yàn)殇喓辖鸩粌H有較高的高溫機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫水腐蝕性能，而且具有較低的中子吸收截面，可以采用較低濃縮度的燃料，增加反應(yīng)堆的燃耗深度，所以在壓水反應(yīng)堆中被大量應(yīng)用于包覆材料。但是燃料元件內(nèi)裂變材料發(fā)生裂變會(huì)產(chǎn)生氣體，在燃料元件生產(chǎn)和制造過(guò)程中燃料元件內(nèi)也可能引入氣體，這兩個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的氣體中的氫及氫的同位素進(jìn)入包覆材料形成氫化物會(huì)造成包覆材料的吸氫致脆，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致包覆材料破損。且氫及氫的放射性同位素可能滲透包覆材料，存在造成氫的放射性同位素的排放的風(fēng)險(xiǎn)。氫的放射性同位素氚半衰期較長(zhǎng)，如果滯留在電廠內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致放射性水平提高。若排放到環(huán)境中，可因吸入、食入或通過(guò)皮膚而進(jìn)入人體，并構(gòu)成危害。氫的放射性同位素氚通過(guò)包覆材料進(jìn)入冷卻劑中造成冷卻劑污染，氚一旦進(jìn)入冷卻劑，因?yàn)槠湓谖锢砗突瘜W(xué)上均與普通氫幾乎相同，很難去除，因此必須采用特殊方法進(jìn)行處理，造成核電站運(yùn)行成本、放射性污染的風(fēng)險(xiǎn)增加。
[0004]現(xiàn)有的燃料元件內(nèi)的氫、氚吸納體結(jié)構(gòu)，該吸納體結(jié)構(gòu)為管狀結(jié)構(gòu)，位于燃料元件內(nèi)活性區(qū)下部作為燃料芯塊支撐結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外表面中至少一個(gè)面或內(nèi)外表面均涂覆有催化齊U。該結(jié)構(gòu)作為燃料元件支撐結(jié)構(gòu)需承受燃料芯塊的所有重量和燃料元件燃料芯塊區(qū)域上方螺旋形壓緊彈簧的壓緊力。為保證燃料元件燃料芯塊區(qū)域處于設(shè)計(jì)高度，以及避免由于支撐結(jié)構(gòu)損壞對(duì)燃料元件包殼產(chǎn)生不利影響，燃料元件支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，確保其不發(fā)生失穩(wěn)。通過(guò)分析計(jì)算、以及大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)在普遍使用的管狀支撐結(jié)構(gòu)能夠滿足強(qiáng)度的要求，但是當(dāng)在其表面涂覆催化劑，使其具有吸收氫、氚的能力后，由于大量吸氫，生成結(jié)構(gòu)疏松的氫化物，會(huì)導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，因此可能造成支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。且該結(jié)構(gòu)為管狀結(jié)構(gòu)，若只在其內(nèi)表面涂覆催化劑，則由于管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)壁空間較小，催化劑涂覆困難，不易加工，且結(jié)構(gòu)用于吸收氫氚的表面積較小。若在該結(jié)構(gòu)外表面涂覆催化劑則可避免前述問(wèn)題，但是由于該結(jié)構(gòu)外表面與燃料元件包覆材料內(nèi)表面間隙較小，且未設(shè)置有效的隔離裝置，因此該結(jié)構(gòu)外表面可能與燃料元件包覆材料內(nèi)表面接觸，則其外表面上涂覆的催化劑可能擴(kuò)散到燃料元件包覆材料內(nèi)表面，造成燃料元件包覆材料吸氫破損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種燃料元件的氣體吸收裝置，該吸收裝置可以吸收燃料元件內(nèi)的氫、以及氫的同位素等氣體，將氫氣及其同位素保留在氣體吸收裝置內(nèi)，從而減少燃料元件內(nèi)氫和氫的同位素的含量，降低燃料元件包殼的氫化和破損風(fēng)險(xiǎn)，減少氫的同位素的排放和污染，同時(shí)該氣體吸收裝置不應(yīng)對(duì)燃料元件支撐結(jié)構(gòu)、壓緊結(jié)構(gòu)、燃料元件包覆材料的強(qiáng)度性能產(chǎn)生不利影響。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種燃料元件氣體吸收裝置，該裝置包括殼體筒狀結(jié)構(gòu)的燃料元件包覆材料，以及固定在燃料元件包覆材料中，能夠吸收氫和氫的同位素的氣體吸收結(jié)構(gòu)，其中，氣體吸收結(jié)構(gòu)位于整個(gè)燃料元件燃料芯塊區(qū)域的上部或下部。
[0007]該裝置還包括支撐結(jié)構(gòu)，氣體吸收結(jié)構(gòu)通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)固定在燃料元件包覆材料殼體內(nèi)部，位于整個(gè)燃料元件燃料芯塊區(qū)域的上部或下部。
[0008]所述的氣體吸收結(jié)構(gòu)為平板結(jié)構(gòu)的片狀氣體吸收結(jié)構(gòu)。
[0009]所述的氣體吸收結(jié)構(gòu)為兩個(gè)垂直平板所形成的十字形氣體吸收結(jié)構(gòu)。
[0010]所述的氣體吸收結(jié)構(gòu)為螺旋形氣體吸收結(jié)構(gòu)。
[0011]所述的氣體吸收結(jié)構(gòu)為絲狀、網(wǎng)狀或絮狀結(jié)構(gòu)形式。
[0012]所述的氣體吸收結(jié)構(gòu)材料為鋯合金，或陶瓷，或鋯鋁合金。
[0013]所述的氣體吸收結(jié)構(gòu)表面涂覆有吸收氫、氫的同位素的催化劑。
[0014]所述的氣體吸收結(jié)構(gòu)表面涂覆的吸收氫、氫的同位素的催化劑為Ni或Pd。
[0015]本發(fā)明的顯著效果在于:本發(fā)明所述的一種燃料元件的氣體吸收裝置，可以降低燃料元件內(nèi)氫和氫的同位素等氣體的含量，降低燃料元件包殼氫化和破損的風(fēng)險(xiǎn)，減少氫的同位素的排放和污染，同時(shí)不會(huì)對(duì)燃料元件性能產(chǎn)生不利影響；該氣體吸收裝置中，氣體吸收結(jié)構(gòu)通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)固定在燃料元件包覆材料殼體內(nèi)部，避免了由于氣體吸收對(duì)燃料元件內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生的不利影響，且支撐結(jié)構(gòu)同時(shí)起到隔離作用，避免了氣體吸收結(jié)構(gòu)表面涂覆催化劑對(duì)燃料元件包覆材料的不利影響；片狀結(jié)構(gòu)和十字結(jié)構(gòu)的氣體吸收結(jié)構(gòu)，所有表面