[科普中國]-燃料棒

簡介

以最常見的壓水堆核電站為例，核燃料采用的鈾是低濃縮鈾，其中含裂變材料鈾-235的含量為3%（稱為富集度，天然鈾的鈾-235富集度為0.714%）。

在壓水反應堆燃料組件中，一組15×15的含芯塊和包殼的燃料棒由15×15的定位格架在多點支承，每根燃料棒長約4m，外徑約1 cm，沿軸向約有7到8個定位格架。在燃料組件的流致振動分析時，通常將燃料棒簡化為在流場作用下的多跨連續(xù)梁，格架中的每個單元分別含兩個彈簧片和四個剛凸。

相關介紹有些類型的反應堆其它部分也有放射性，比如重水反應堆中的重水，輕水反應堆中的一回路冷卻水，這些都是有放射性的。

伊朗正在生產用于核反應堆的燃料棒。這是伊朗政府推動其核項目的最新進展，國際社會正試圖對伊朗的核項目加以限制。燃料棒含有低濃縮度的鈾，它被放置在核反應堆的核心位置以使反應堆運轉。

濃縮鈾可用于生產核能或用于制造核武。作為核不擴散條約成員國的伊朗堅持稱其核能項目只是出于生產電力的和平目的，但美國、法國和英國正推動安理會通過一項要求伊朗放棄鈾濃縮活動的決議案，否則將面臨安理會采取進一步措施的威脅。

新聞資料韓媒體公開朝鮮未使用的核燃料棒照片2009年2月4日，據(jù)韓聯(lián)社報道，朝鮮為生產核原料钚而制作的未使用燃料棒的照片首次曝光。照片共有9張，韓國外交通商部朝核外交企劃團團長黃浚局等韓政府考察團于上月15日至19日訪朝，并于16日前往朝鮮寧邊核燃料棒制造工廠燃料棒保管倉庫，親自拍下這些照片。經外交通商部同意，媒體公開了這些照片。

據(jù)參與考察團的韓國某官員介紹，未使用燃料棒共有1.4萬多根，其中包括1.2萬根用于50MW反應堆的燃料棒和2千根用于5MW的燃料棒，分別被放在不同的房間里，每個擱板上捆放著30根。這些未使用燃料棒于1993年至1994年生產，1994年簽署《日內瓦協(xié)議》后核燃料棒工廠關閉?？疾靾F在訪朝期間向朝方提議取回燃料棒樣本，但朝方以為時尚早為由，表示了拒絕。此前，六方會談同意作為朝鮮核設施去功能化的一部分，以將未使用燃料棒弄彎或購買的方式進行處理。

福島核燃料棒轉移工作福島第一核電站封堆作業(yè)第一階段的關鍵環(huán)節(jié)——從4號機組乏燃料池中取出核燃料棒的工作于2013年11月18日正式啟動。福島第一核電站4號機組的乏燃料池里共存放1533根核燃料棒，其中1331根為使用完的乏燃料，輻射極高。工作人員須從乏燃料池中取出核燃料棒，裝入運輸專用的“干式貯存桶”，再使用大型起重機將裝有核燃料棒的貯存桶轉移到地面，然后運輸?shù)?00米外、名為“共用燃料池”的儲存設施內。東京電力公司計劃2014年年底結束從4號機組乏燃料池取出核燃料棒的工作，而能否按計劃完成作業(yè)、確保安全無誤備受關注。

應用定位格架彈性約束對燃料棒振動特性的影響燃料組件是核反應堆的核心部件，其性能直接影響核電站的可靠性、安全性和經濟性，而定位格架作為燃料組件的重要結構，應保證反應堆在其壽期內，具有良好的熱工水力性能、足夠的強度和剛度，其功能除了定位、支承和導向外，還需起到合理分配流量、限制燃料棒振動水平的作用。

國內外對于格架力學性能的研究主要有：從流場分析的角度，研究定位格架導向翼和攪混翼的不同設計對合理分配流量的影響；通過靜力試驗和分析，研究定位格架的力學參數(shù)，考察其整體剛度和強度是否滿足設計要求。燃料組件在實際運行工況下，長期處于高溫高壓以及輻照等惡劣環(huán)境中，隨著燃耗的增加，定位格架上的彈簧片和剛凸有可能由于輻照生長和蠕變而出現(xiàn)松動，導致格架的力學性能參數(shù)會有不同程度的變化，對燃料棒模態(tài)參數(shù)將會產生顯著影響，進一步影響燃料組件的使用壽命。而燃料棒在流致振動分析中一般將其簡化為在流場作用下的多跨連續(xù)梁，文獻僅分析了單跨情形下，兩端的彈性約束對燃料棒一階固有頻率的影響；將燃料棒作為多跨連續(xù)梁作整體分析，考慮格架的彈性約束對其模態(tài)參數(shù)的影響，這方面公開發(fā)表的研究成果較為少見。

應用多跨連續(xù)梁振動理論，研究了定位格架約束對燃料棒固有振動特性的影響，以某核電廠燃料組件為例，建立了定位格架彈性約束的等效線剛度與燃料棒一階固有頻率的關系，在此基礎上根據(jù)實測值確定格架彈性約束的等效剛度系數(shù)，并進行了燃料棒在彈性約束下的固有振動特性分析。結果表明，定位格架約束的不同處理對燃料棒的振動特性影響顯著。因此，在燃料組件的設計中應充分考慮定位格架剛度的變化，所導致的燃料棒流致振動特性的改變。1

核燃料棒235U富集度檢測設備的軟件設計核電站不同堆型所使用的核燃料棒富集度也有所差異，核燃料元件廠為滿足這些需求，生產了不同富集度的核燃料芯塊。裝填芯塊時由于某些原因可能出現(xiàn)混裝，使得核燃料棒中出現(xiàn)異常芯塊，在反應堆運行過程中由于這些異常芯塊以及235U富集度不均勻產生的熱點可能引起燃料棒破裂。因此，必須對所生產的燃料棒235U富集度及其均勻性進行100%的檢測。中國核電工程有限公司鄭州分公司新研制的252Cf中子活化核燃料棒235U富集度無損檢測設備在傳動裝置、前端探測器、上下料以及檢測軟件等方面相對以前研制的設備都有所改進，其中檢測軟件由DOS平臺運行升級為Windows平臺運行。

（1）檢測原理

熱中子誘發(fā)UO2芯塊中的235U發(fā)生裂變反應產生的裂變產物不穩(wěn)定，伴隨一系列β-衰變，釋放出大量γ射線(稱為緩發(fā)γ射線)。在中子源強度、輻照時間和冷卻時間一定的條件下，緩發(fā)γ射線強度與235U富集度成正比關
系，因此，通過測量γ射線強度沿燃料棒軸向分布和利用差值超限判別法便可確定核燃料棒的實際235U富集度值并判斷出棒中是否混有異常芯塊。

（2）系統(tǒng)組成

為提高中子源利用率和檢測效率，252Cf中子活化核燃料棒235U富集度檢測設備采用雙通道設計，每個通道上布置3路探測器，整套設備由上下料架、傳動裝置、中子源、252Cf中子輻照器，六路探測器、放大器、單道脈沖幅度分析器、PLC自動控制系統(tǒng)以及計算機軟件系統(tǒng)等部分組成，系統(tǒng)結構如圖1所示。2