高能核燃料、燃料组件和换料方法与流程

高能核燃料、燃料组件和换料方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据u.s.c.第35卷第119(e)节要求于2020年12月7日提交的题为“高能核燃料、燃料组件和换料方法”的第63/122,100号美国临时申请的权益，其全部公开内容通过引用结合于此。


背景技术：

3.在核反应堆中，裂变材料(例如，包含
235
u和/或
239
p的核燃料)裂变所产生的自由中子通过维持裂变材料的裂变链式反应而有助于产生能量。这种链式反应产生热量，该热量可用于在例如核电站中产生能量。然而，随着时间的推移，裂变材料库存会发生裂变并被耗尽，需要换料和/或其他维护以维持安全而有效的发电。换料和/或其他维护操作会增加通过核电站发电的成本。需要使完成这些操作所需的材料和时间降到最低程度，和/或使需要这些操作的频率降到最低程度。


技术实现要素：

4.本文提供了一种用于压水反应堆的核燃料组件。该核燃料组件包括多个核燃料棒，这些核燃料棒被构造为用于容纳裂变材料。其中，核燃料组件构造为使得：当在运行条件下存在冷却剂和裂变材料时，用于燃料组件的氢铀比大于4.0。
5.本文还提供了一种用于给包括本公开的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法。该方法包括例如以24个月的周期性循环间隔来给压水核反应堆换料。
6.本文公开的核燃料组件可以优化待用于高能量、高卸料燃耗应用(诸如24个月的燃料循环)的燃料组件的裂变链式反应的技术和经济方面。该优化使得能够允许从给定质量的裂变材料中提取更多的能量，同时维持符合工厂操作的技术和许可要求。此外，已经考虑了燃料组件构造对中子慢化、温度和安全协议的影响，以便提供本公开的各种燃料组件构造选项，其提高了核反应堆系统的安全性和效率。本文还公开了额外的益处。
7.应当理解的是，在本公开中描述的发明不限于在本发明内容中总结的示例。本文描述并举例说明了多种其它示例。
附图说明
8.本文描述的实施方式的各种特征在所附权利要求中进行了特别地阐述。然而，各种实施方式(关于操作的方法和组织两者)及其优点可以结合附图根据以下描述进行理解：
9.图1是根据本公开的核燃料芯块的截面图。
10.图2是根据本公开的核燃料棒的截面图。
11.图3是根据本公开的两个核燃料棒的截面图。
12.对应的附图标记在这些视图中指示对应的部分。本文中列出的示例以一种形式说明了本发明的各种实施方式，并且这样的示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
13.在详细解释本公开的各个方面之前，应当注意的是，说明性示例在应用或使用方面不限于附图和描述中所说明的部件的构造和布置的细节。说明性示例可以实现或结合在其他方面、变型和修改中，并且可以以多种方式实践或实施。此外，除非另有说明，否则本文所采用的术语和表达是为了描述说明性示例来方便读者的目的而选择的，而不是为了对其进行限制的目的。此外，将理解的是，以下描述的方面、方面的表达和/或示例中的一个或多个可以与以下描述的其他方面、方面的表达和/或者示例中的任一个或多个相结合。
14.核反应堆产生中子辐射，以便引起和维持负责核反应堆的能量产生的裂变链式反应。在许多核反应堆中，将链式反应产生的中子慢化(例如，减慢)，以例如增加它们促进链式反应的可能性。这些反应堆包括压水反应堆和相关的系统(pwr)，它们通过将热量从裂变链式反应转移，并将该热量传递到反应堆区域中的加压水来冷却燃料，加压水被称为主回路水，由于与燃料棒的接触以及来自燃料棒的潜在泄漏，这些水将含有放射性污染物。主回路水既用作冷却剂又用作中子慢化剂。主回路水进而将其热量传递给压力比主回路水低的清洁的二回路水。二回路水的低压力和主回路水的高温导致被引入蒸汽发生器的二回路水沸腾并形成蒸汽，例如，该蒸汽被用于驱动与大型发电机联接的蒸汽涡轮机，以产生电力。因此，pwr利用核燃料中裂变材料的裂变作为电能来源。
15.本文公开了用于pwr核燃料组件的多种构造，其允许增加地且更有效地从核燃料提取能量(例如，热量)，这使得能够增加换料循环之间的时间，并且使得能够由于铀成本、停电损失、人员配备、废燃料处置和/或工厂操作的其他方面的减少而降低操作成本。本公开的构造使用例如新开发的核燃料、燃料棒和其他部件来形成能够增加能量提取的核燃料组件。因此，本文提供了一种核燃料组件、一种用于给压水核反应堆换料的方法、核燃料棒和核燃料芯块。在本文中，本公开的核燃料可能被称为“高能核燃料(hef)”、“高燃耗燃料”、“高富集度燃料”等。
16.pwr使用燃料组件，所述燃料组件可以包括核燃料棒以及其他特别是可以在反应堆运行期间将燃料棒和导向套管(例如，包含控制棒或仪器的管)保持就位并且确保充分暴露于反应堆冷却剂的相关联部件。本公开的核燃料组件可以包括多个核燃料棒，这些核燃料棒被构造成容纳核燃料。核燃料组件可以包括18
×
18、17
×
17、16
×
16、15
×
15、14
×
14以及其它配置，为方形或是三角形栅格的形式，并且具有各种有效的堆芯高度。17
×
17配置可以包括总共289个部件，各个部件可以是燃料棒或导向套管。在一个示例中，17
×
17配置可以包括264个燃料棒和25个导向套管。
17.核燃料组件可以设计为将燃料利用率优化到特定目标。用于pwr中使用的燃料组件的一个优化参数是氢铀(h/u)比。氢铀比等于在反应堆体积内的运行条件下氢原子数除以所有同位素的铀原子数。例如，氢原子可以是存在于或来源于pwr的冷却剂/慢化剂的水分子的成分，而铀原子可以存在于核燃料中或来源于核燃料。例如，可以根据下面的等式1来计算h/u比：
18.等式1
[0019][0020]
低h/u值会导致热中子能谱中较高的平均能量，这最大限度地降低了裂变和控制
价值，并且有利于钚的形成，但牺牲了初始铀富集需求。高h/u值会导致具有较低平均能量的热中子能谱，这增加了裂变和控制材料价值，并且有利于燃烧钚，从而降低了初始铀富集需求。
[0021]
值得注意的是，h/u比的最佳值取决于燃料循环需求。例如，高燃耗、高富集度和长的燃料循环具有增加中子吸收的效果，当与当前的厂房运行模式相比，这又需要增加的慢化剂来优化反应堆运行的效率。此外，当燃料循环没有为分离的钚(不回收)记入任何价值时，最佳h/u比也会增加，使得燃料有效地燃烧被作为正常运行的一部分而培育的钚，而不是优先培育钚用于后续的提取和再循环。当新燃料束的应用发生显著变化时，可以在该新燃料束中更新h/u比。这种变化可以存在于本公开的燃料和燃料组件中。一种高能燃料和燃料循环的示例(根据本公开)与另一示例的燃料和燃料循环相比如下：
[0022] 用于比较的燃料设计本公开的燃料设计循环长度12个月24个月循环能量270efpd700efpd重新加载可燃吸收体无重硼和/或氧化钆加载模式输出-输入-输入高泄漏输入-输入-输出低泄漏功率峰值低高批量平均卸料燃耗33gwd/tu70gwd/tu最大燃料富集度《5.0w/o
235
u《20w/o
235
u回收和再循环基本假设无h/u比3.8
–
4.0目标4.3,范围4.0
–
5.0
[0023]
例如，核燃料组件的h/u可以是至少4.1、至少4.2、至少4.3、至少4.4、至少4.5、至少4.6、至少4.7、至少4.8、至少4.9或至少5.0。例如，核燃料组件的h/u可以是5.0或较小、4.9或较小、4.8或较小、4.7或较小、4.6或较小、4.5或较小、4.4或较小、4.3或较小、4.2或较小，或者是4.1或较小。例如，h/u比可以在4.0至5.0的范围内，诸如4.0至4.5、4.1至5.0、4.2至5.0、4.3至5.0或者4.4至5.0。例如，h/u比可以在4.1至4.5、4.1至4.4、4.1至4.3或4.1至4.2的范围内。例如，h/u比可以是4.1、4.2、4.3、4.4或4.5。
[0024]
h/u比可以至少部分地确定在需要维护和/或换料之前，可以从核燃料获得多少能量。所获得的能量(“燃耗”)可以以每公吨浓缩铀的千兆瓦日(gwd/tu)来计量。例如，h/u比越高可意味着越多的由裂变产生的中子将被慢化到适合被铀核捕获的程度。本文描述了核燃料组件的多种构造，其可以增加燃料燃耗和/或增加pwr的h/u。
[0025]
在被包含于燃料棒内时，核燃料可以包括与核燃料组件的核燃料棒和反应堆的冷却剂可化学相容的任何裂变材料。例如，核燃料可以包括一种含铀的陶瓷裂变材料。含铀的陶瓷裂变材料可以包括，例如，铀硅化物(例如，u3si2、u3si5、u3si)；铀氮化物(例如，un、u
15
n)；铀碳化物(如uc)；铀硼化物(例如，ub
x
、ub2、ub4)，其中，x是整数(金属硼化物(例如，铀硼化物)可以具有非常多的金属与硼的比)；铀磷化物(例如，up)；铀硫化物(例如us2)；铀氧化物(例如，uo2、uco、u3o8、uo3)；或它们中任一些的混合物。核燃料还可以包括裂变或可增殖元素(fertile element)的混合物，诸如铀和钚的混合物，铀和钍的混合物，以及铀、钚和/或钍与其他锕系元素(诸如镎、镅、锔等)的混合物。
[0026]
核燃料可以包括堆芯设计要求所要求的任意富集度的
235
u。例如，可以使用基于裂
变材料中铀的总重量，重量百分比高达5％的
235
u。使用整体上小于5.0w/o 235
u的燃料可以满足堆芯设计要求。然而，燃料可以被设计用于24个月的燃料循环和高卸料燃耗，其中，在与燃料组件内的高吸收组分组合使用时和/或在燃料循环长度和/或燃料排放燃耗如本文所公开地增加时，富集度高达10w/o 235
u或高达20w/o 235
u。
[0027]
例如，基于裂变材料中铀的总重量，核燃料可以包括重量百分比为至少5％且不大于20％的
235
u。核燃料可以包括重量百分比至少6％的
235
u、重量百分比至少7％的
235
u、重量百分比至少8％的
235
u、重量百分比至少9％的
235
u、重量百分比至少10％的
235
u、重量百分比至少11％的
235
u、重量百分比至少12％的
235
u、重量百分比至少13％的
235
u、重量百分比至少14％的
235
u、重量百分比至少15％的
235
u、重量百分比至少16％的
235
u、重量百分比至少17％的
235
u、重量百分比至少18％的
235
u、或重量百分比至少19％的
235
u，全部都基于裂变材料中铀的总重量。核燃料可以包括重量百分比为19％或更少的
235
u、重量百分比18％或更少的
235
u、重量百分比17％或更少的
235
u，重量百分比16％或更少的
235
u、重量百分比15％或更少的
235
u、重量百分比14％或更少的
235
u、重量百分比13％或更少的
235
u、重量百分比12％或更少的
235
u、重量百分比11％或更少的
235
u、重量百分比10％或更少的
235
u、重量百分比9％或更少的
235
u、重量百分比8％或更少的
235
u、重量百分比7％或更少的
235
u、重量百分比6％或更少的
235
u，全部都基于裂变材料中铀的总重量。例如，核燃料可以包括重量百分比为至少5％且不大于15％的
235
u、重量百分比至少5％且不大于10％的
235
u、重量百分比至少6％且不大于20％的
235
u、重量百分比至少6％且不大于15％
235
u、重量百分比至少6％且不大于10％
235
u、或任何其他子范围，全部都基于裂变材料中铀的总重量。
[0028]
核燃料可以作为核燃料芯块存在于燃料棒中。核燃料芯块可以包括裂变材料。至少一部分核燃料芯块可以是环形核燃料芯块。这些环形燃料芯块用于降低燃料温度以及在燃料棒内提供空隙体积。降低的燃料温度和增加的空隙体积当一起采用或单独采用时可以具有降低燃料棒内的气体压力的效果，这是在处理高燃耗燃料时的关键性限制参数，因为由于裂变所释放的裂变产物的很大一部分在操作温度下以气相存在或者是挥发性的并且在操作温度下形成气体。此外，含有硼的可燃吸收体可以使用于燃料棒内，该燃料棒可以由于硼的吸收而散发氦气。增加空隙体积以容纳由所使用的可燃吸收体释放的氦气的能力可以帮助在可接受的燃料棒内压下获得高燃耗。针对整个燃料堆使用环形燃料芯块可以使得堆芯设计能够在不改变燃料组件的液压特性的情况下调整燃料区域或燃料组件的h/u比和铀负载。该能力会是有益的，因为它对燃料利用效率具有杠杆作用，但不会改变燃料的液压特性。改变燃料的液压特性会需要大量的成本和时间。
[0029]
期望的是，燃料组件内的绝大多数(例如，至少65％、至少75％、至少85％)燃料棒可以使用环形燃料芯块。所有的核燃料芯块都可以是环形核燃料芯，或者，没有一个核燃料芯块会是环形核燃料芯块。本公开的核燃料芯块可以包括从2.5％到15％的空隙体积范围。作为一个示例，燃料芯块可以具有2.5％的空隙率，对于17
×
17的燃料目的，该空隙率对应于大约0.050英寸(1.25mm)的芯块内径。另一个示例是，燃料芯块可以具有15％的空隙率，对于17
×
17的燃料，该空隙率对应于大约0.125英寸(3.15mm)的芯块内径。
[0030]
参照图1，示出了本公开的一种环形核燃料芯块100的横截面。芯块100可以包括外表面108和内表面110。内表面110可以至少部分地形成腔室112的边界。芯块100可以包括围绕腔室112的裂变材料114。裂变材料114可以设置在内表面110与外表面108之间。
[0031]
芯块100可以包括从外表面108的一点、经过腔室112的中心、并一直延伸到外表面108上的相对点的外径(参见线106)。芯块100可以包括从内表面110的一点、经过腔室112的中心、并一直延伸到内表面110上的相对点的内径(参见线104)。本公开的核燃料芯块可以可选地包括这样一种环形形状，其中，芯块100的总体积的多达15％是空隙体积112。总体积可以包括裂变材料114和腔室112的体积。基于芯块100的总体积，芯块可以具有空隙体积112多达8％、9％或10％的总体积。可替换地或附加地，基于芯块100的总体积，芯块可以具有空隙体积112至少为4％、5％或6％的总体积。
[0032]
本公开的核燃料芯块可以可选地包括环形形状，该环形形状具有在0.065英寸至0.075英寸(大约1.65毫米至1.91毫米)的范围内的内径104，诸如例如，在0.070英寸(大约1.78毫米)范围的内径104。图1中所示的示例性燃料芯块100并非必需在线104、106处包括任何特定物理特征。这些线仅仅表示内径和外径的几何形状。图1是本公开的一种示例，包括中心腔室的其他形状可以用于本公开的燃料芯块。
[0033]
本公开的hef核燃料棒可以包括至少两种形式——在富集区中具有实心芯块的第一种形式和在富集区中具有环形芯块的第二种形式。hef燃料棒通常具有五个或更多个轴向区，其中具有至少两个不同的富集度。轴向再生区具有降低的富集度，以最大限度地减少反应堆顶部和底部的中子泄漏。在某些情况下，轴向再生区的富集度可以是富集区的约50％，并且顶部和底部轴向再生区具有相同的富集度。然而，在另一些情况下，顶部和底部轴向再生区可以包括不同的富集度。
[0034]
轴向再生区通常使用环形燃料芯块，其中，内部空隙为实心芯块体积的大约25％。在核燃料棒中使用实心或环形轴向再生区是一种设计选择。燃料的富集区可以是实心的，也可以使用内部空隙为实体芯块体积的大约4％-10％的环形燃料芯块。根据用于特定反应堆的堆芯设计和燃料管理要求，富集区燃料芯块包含范围从0.711w/o 235
u的天然铀到10w/o 235
u或更高的天然铀的富集度。富集区在hef燃料棒内位于下部轴向再生区上方且在顶部轴向再生区下方。叠加在hef富集区上的是可燃吸收体(ba)区，其通常比富集区短，并且通常关于堆芯中心对称。但是，特定的堆芯设计要求可能会改变ba长度和居中性。在至少一个示例中，在hef燃料棒内有五个轴向区，包括下部轴向再生区、富集无ba或削减区(cutback zone)、具有ba的富集区、另一富集削减区、以及最后的顶部轴向再生区。
[0035]
参照图2，示出了本公开的核燃料棒200的截面图。核燃料棒200可以包括外表面208和内表面210。内表面210可以至少部分地形成腔室212的边界。核燃料棒200可以包括围绕腔室212的金属或金属合金214。金属或金属合金214可以设置在内表面210与外表面208之间。本公开的燃料棒200可以包括金属或金属合金，包括锆或锆合金。例如，燃料棒200可以包括包含锆和锡和/或铌以及可选地铁、锡、钒和铜中任意一种的合金(例如，可从美国的宾夕法尼亚州cranberry twp的西屋电气有限责任公司获得的optimized zirlo
tm
,lt-zirlo
tm
和axiom
tm
合金)。
[0036]
核燃料棒200可以包括从外表面208的一点延伸、经过腔室212的中心、并且延伸到外表面208上的相对点的外径(参见线206)。核燃料棒200可以包括从内表面110的一点延伸、经过腔室112的中心、并且延伸到内表面110上的相对点的内径(参见线204)。图2中所示的示例性燃料棒200在线204、206处不必需包括任何特定物理特征。这些线仅仅表示内径和外径的几何形状。
[0037]
可替代地或者除了上述核燃料芯块几何形状的优化之外，可以对核燃料棒本身做出额外的改变。同样，这种改变可以增加h/u比和/或导致更完全的燃料燃烧。
[0038]
参见图2和图3，可替代地或者除了上述核燃料芯块几何形状的优化之外，可以对核燃料棒本身进行额外的改变。燃料棒和/或包壳可以设计成使得外径206、306a与间距的比率可以在例如0.720至0.745的范围内。例如，外径306a与间距的比率可以在0.725至0.745或0.730至0.740的范围内。例如，外径306a与间距的比率可以是0.738。如本文使用的，“间距”是指：在燃料组件内，从一个燃料棒300a的中心320a到相邻燃料棒300b的中心320b的距离d。
[0039]
当在燃料棒间距为0.496英寸(～12.6mm)的17
×
17燃料栅格中使用时，本公开的核燃料棒200可以可选地包括在9.2mm至9.5mm的范围内的外径206，诸如例如9.2mm、9.3mm、9.4mm或9.5mm的外径206。本公开的核燃料棒200可以可选地包括9.2mm至9.4mm的外径206，诸如例如9.2mm、9.3mm或9.4mm的外径206。
[0040]
本公开的燃料芯块与本公开的燃料棒的组合会是有益的。例如，当考虑17
×
17的燃料组件时，具有在4％-10％范围内的空隙体积的环形燃料芯块可以对应于在0.07英寸至0.10英寸(1.8mm至2.5mm)的范围内的环形芯块内径，并且可以用于外径在9.0mm至9.5mm的范围内的燃料棒内，诸如例如可以用于外径为9.0mm、9.1mm、9.2mm、9.3mm、9.4mm或9.5mm的燃料棒内。当在pwr中使用多个这样的燃料棒时，这种构造可以提高h/u比。
[0041]
本公开的核燃料棒200可以具有作为内径204与外径206之间的长度差的厚度。该厚度可以多达外径206、306a的6％、7％或8％。该厚度可以在外径206、306a的6％至8％的范围内。该厚度可以在外径206、306a的6.5％至8％的范围内。该厚度可以是外径206、306a的7％至8％。该厚度可以大于外径206、306a的8％。该厚度可以是至少0.0225英寸，这是当前技术的17
×
17燃料组件中使用的值。对于17
×
17燃料组件，优化厚度可以至少为0.030英寸，并且由减少的铀负载、增加的寄生材料、燃料棒和燃料组件轴向生长以及机械刚度方面的变化的竞争效应以及其他效应驱策。
[0042]
已经发现具有这些厚度的包壳来提高本公开的核燃料组件的性能。例如，增加燃料棒包壳厚度增加了所需的金属质量，以适应高燃耗、24个月循环的暴露要求，所有这些都可以处于或高于堆芯平均功率。增加的包壳厚度与先进的包壳合金的结合降低了包壳中的氢浓度、微动磨损、环向应力和蠕变，所有这些都在对于设计基础的正常条件下提供了边缘包壳失效。此外，如本文所公开的增加包壳厚度可以导致燃料量的减少，当用本公开的燃料实施时，这导致h/u比的增加，这可以提高铀利用率并最终降低成本。具有包括本文所描述的厚度的包壳的燃料棒可以与本公开的燃料芯块组合，并且还可以包括本文所描述的外径。
[0043]
本公开的核燃料组件可以包括改进的栅格间隔件。例如，可以利用包括诸如上面公开的那些先进合金的高燃耗优化间隔件来最小化腐蚀和生长。可替换地或另外地，栅格/棒接触面积可以被最大化以增加微动磨损裕度。可替换地或附加地，可以增加栅格高度来使栅格抗压强度最大化。
[0044]
本公开的核燃料组件可以包括改进的骨架套管。例如，骨架套管可以包括在0.015英寸(约0.38mm)至0.025英寸(约0.635mm)范围内的厚度，诸如例如0.020英寸(约0.51mm)的厚度。骨架套管可以包括如本文所述的锆合金。
[0045]
已经描述了本公开的核燃料组件的多种参数。应该理解的是，所有这些参数都可以单独或以任何组合如所述地进行调节，以便提供适合于在如所描述的24个月周期性循环中接收和利用高燃耗燃料的燃料组件。
[0046]
本文还提供了一种用于给包括本公开的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法。该方法可以包括以24个月的循环对压水核反应堆进行换料。与12个月或18个月的循环相比，以24个月的周期性循环间隔进行换料可以减少给反应堆换料所需的停机次数、时间和材料。例如，包括本公开的核燃料组件的pwr可以运行23个月，并且进行换料(不产生功率)1个月。因此，可以执行24个月的周期性循环。此外，该方法可以包括在24个月的循环期间实现大于60gwd/tu的燃料燃耗，例如实现大于70gwd/tu的燃料燃耗。实现这样的燃料燃耗可以通过减少特定发电量所需的铀来降低发电成本。
[0047]
本文所描述的主题的各个方面在以下示例中阐述。
[0048]
示例1
–
一种用于压水反应堆的核燃料组件，该核燃料组件包括：多个构造为包含核燃料的核燃料棒，其中，该核燃料组件构造为使得：当在运行条件下存在冷却剂和核燃料时，用于燃料组件的氢铀比为至少4.0。
[0049]
示例2
–
根据示例1的核燃料组件，进一步包括核燃料，其中，核燃料包括裂变材料，并且，基于裂变材料中铀的总重量，裂变材料包含重量百分比至多达到20％的
235
u。
[0050]
示例3
–
根据示例1-2中任一个的核燃料组件，进一步包括核燃料，其中，核燃料包括裂变材料，并且，基于裂变材料中铀的总重量，裂变材料包括重量百分比为至少5％的
235
u且不大于20％的
235
u。
[0051]
示例4
–
根据示例1-3中任一个的核燃料组件，进一步包括包含裂变材料的核燃料芯块，其中，核燃料芯块位于核燃料棒内，并且其中，至少一部分核燃料芯块是环形核燃料芯块。
[0052]
示例5
–
根据示例1-4中任一个的核燃料组件，进一步包括包含裂变材料的核燃料芯块，其中，核燃料芯块位于核燃料棒内，并且所有核燃料芯块都是环形核燃料芯块。
[0053]
示例6
–
根据示例1-5中任一个的核燃料组件，其中，核燃料棒的外径与间距比在0.720至0.745的范围内。
[0054]
示例7
–
根据示例4-6中任一个的核燃料组件，其中，环形燃料芯块的空隙体积在环形燃料芯块的总体积的4％至15％的范围内。
[0055]
示例8
–
根据示例1-7中任一个的核燃料组件，其中，当在具有冷却剂和裂变材料的情况下运行时，燃料组件的氢铀比至少为4.3。
[0056]
示例9
–
一种用于为包括根据示例1-8中任一个的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法，该方法包括：以24个月的周期性循环间隔为压水核反应堆换料。
[0057]
示例10
–
根据示例9的方法，进一步包括实现大于60gwd/tt的燃料燃耗。
[0058]
示例11
–
根据示例9-10中任一个的方法，进一步包括实现大于70gwd/tu的燃料燃耗。
[0059]
除非如从前述公开中明确相反地指出的，否则，应理解的是，在整个前述公开内容中，使用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“显示”等术语的讨论指的是计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，其将表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据操纵并转换为类似地表示为计算机系统的存储器或寄存器或其他这样的信息存
储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
[0060]
在本文中，一个或多个部件可能被提及为“构造为”、“可构造为”和“可操作/操作为”、“适应/可适应”、“能够”、“可符合/符合”等。本领域技术人员将认识到的是，除非上下文另有要求，否则，“构造为”通常可以包含活动状态部件和/或非活动状态部件和/或备用状态部件。
[0061]
本领域技术人员将认识到的是，一般而言，本文中、特别是在所附权利要求(例如，所附权利主张的主体)中使用的术语通常意在作为“开放的”术语(例如，术语“包括(including)”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应解释为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员将进一步理解的是，如果打算引入特定数量的权利要求陈述，则在权利要求中将明确地陈述这样的意图，并且在没有这样的陈述的情况下，则不存在这样的意图。例如，为有助于理解，下面所附的权利要求可能包含使用引导短语“至少一个”和“一个或更多个”来引入权利要求陈述。然而，此类短语的使用不应被解释为暗示通过不定冠词“一(a)”或“一(an)”引入的权利要求陈述将包含这种被引入的权利要求陈述的任何特定权利要求限制为仅包含一个这样的陈述的权利要求，即使当该权利要求包括引导短语“一个或更多个”或“至少一个”以及诸如“一(a)”或“一(an)”的不定冠词(例如，“一(a)”和/或“一(an)”)通常应被解释为表示“至少一个”或“一个或更多个”)时也是如此；这同样适用于用于引入权利要求陈述的定冠词的使用。
[0062]
此外，即使明确地陈述了特定数量的引入权利要求陈述，本领域技术人员也将认识到，此类陈述通常应被解释为表示至少所陈述的数量(例如，仅仅叙述了“两个陈述内容”而没有其他修饰通常意指至少两个陈述内容、或两个或更多个陈述内容)。此外，在那些使用类似于“a、b和c等中的至少一个”的习语的情况下，一般而言，这种结构是在本领域技术人员将理解该习语的意义上使用的(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的a、单独的b、单独的c、a和b、a和c、b和c、以及/或a、b和c三者的系统，等等)。在那些使用类似于“a、b或c等中的至少一个”的习语的情况下，一般而言，这样的构造是在本领域技术人员将理解该习语的意义上使用的(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的a、单独的b、单独的c、a和b两者、a和c两者、b和c两者、以及/或a、b和c三者的系统等)。本领域技术人员将进一步理解的是，通常，呈现两个或更多个可供选择的术语的分离性词语和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是在附图中，都应该理解为考虑包括其中一个术语、其中任一术语或两个术语的可能性，除非上下文另有规定。例如，短语“a或b”通常被理解为包括“a”或“b”或“a和b”的可能性。
[0063]
关于所附权利要求，本领域技术人员将理解的是，其中所陈述的操作通常可以以任何顺序执行。此外，尽管各种操作流程图被顺序地呈现，但是应当理解的是，各种操作可以以所示顺序之外的其他顺序执行，或者可以同时执行。这种替代排序的示例可以包括重叠、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向或其他变体排序，除非上下文另有规定。此外，除非上下文另有规定，否则类似于“响应于”、“与
……
相关”或其他过去时态形容词的术语通常不意图排除此类变体。
[0064]
值得注意的是，对“一个方面”、“一方面”、“一种示例”、“一个示例”等的任何提及都意味着结合该方面描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个方面中。因此，在整个说明书的各个位置出现的短语“在一个方面中”、“在一方面中”、“在一种示例中”以及“在一
个示例种”不一定都指同一方面。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或更多个方面中以任何合适的方式组合。
[0065]
只要所并入的材料与本文不矛盾，本说明书中提及的和/或在任何申请数据表中列出的任何专利申请、专利、非专利出版物或其他公开材料通过引用并入本文。因此，并且在必要的情况下内，本文明确阐述的公开内容取代通过引用并入本文的任何冲突材料。任何所称的通过引入并入本文但与本文中所阐述的现有定义、陈述或其他公开材料相冲突的材料或其部分将仅在所并入的材料与现有公开材料之间不产生冲突的情况下被并入。
[0066]
术语“包括(comprise)”(和任何形式的包括，诸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)、“具有”(和任何形式的具有，诸如“具有(has)”和“具有(having)”)、“包括(include)”(和任何形式的包括，诸如“包括(includes)”或“包括(including)”以及“包含(contain)”(和任何形式的包含，诸如“包含(contains)”或“包含(containing)”)都是开放式连接动词。因此，“包括(comprise)”、“具有”、“包括(include)”或“包含”一个或更多个元素的系统拥有所述的一个或多个元素，但不限于仅拥有所述的一个或更个元素。同样，“包括(comprise)”、“具有”、“包括(include)”或“包含”一个或更多个特征的系统、装置或设备的元件拥有所述的一个或更多个特征，但不限于仅拥有所述的一个或更多个特征。
[0067]
除非另有规定，否则本公开中使用的术语“大约”或“近似”是指由本领域的普通技术人员确定的特定值的可接受误差，其部分地取决于如何测量或确定该值。在某些实施方案中，术语“大约”或“近似”是指在1、2、3或4个标准偏差内。在某些实施方式中，术语“大约”或“近似”是指在给定值或范围的50％、20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％或0.05％内。
[0068]
本文所述的任何数值范围意在包括其中所包含的所有子范围。例如，“1到10”的范围意在包括在所述最小值1和所述最大值10之间(并包括所述最小值1和所述最大值10)的所有子范围，即具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。
[0069]
总之，已经描述了由于采用本文所描述的概念而产生的许多益处。为了说明和描述的目的，已经呈现了前述的对一个或更多个形式的描述。其并非意在穷举或限制所公开的精确形式。根据上述教示，可以进行修改或变型。选择和描述所述一种或更多种形式是为了说明原理和实际应用，从而使本领域的普通技术人员能够根据预期的特定用途利用所述的各种形式并进行各种修改。意图在于，在此提交的权利要求限定了总体范围。

技术特征：
1.一种用于压水反应堆的核燃料组件，所述核燃料组件包括：多个核燃料棒，所述核燃料棒构造为包含核燃料，其中，所述核燃料组件构造为使得：当在运行条件下存在冷却剂和核燃料时，所述燃料组件的氢铀比至少为4.0。2.根据权利要求1所述的核燃料组件，进一步包括所述核燃料，其中，所述核燃料包含裂变材料，并且基于所述裂变材料中的铀的总重量，所述裂变材料包括重量百分比多达20％的
235
u。3.根据权利要求1所述的核燃料组件，进一步包括所述核燃料，其中，所述核燃料包含裂变材料，并且基于所述裂变材料中的铀的总重量，所述裂变材料包括重量百分比为至少5％且不大于20％的
235
u。4.根据权利要求1-3中任一项所述的核燃料组件，进一步包括核燃料芯块，所述核燃料芯块包括所述裂变材料，其中，所述核燃料芯块位于所述核燃料棒内，并且，所述核燃料芯块中的至少一部分核燃料芯块为环形核燃料芯块。5.根据权利要求1-4中任一项所述的核燃料组件，进一步包括核燃料芯块，所述核燃料芯块包括所述裂变材料，其中，所述核燃料芯块位于所述核燃料棒内，并且，所有的核燃料芯块均为环形核燃料芯块。6.根据权利要求1-5中任一项所述的核燃料组件，其中，所述核燃料棒的外径与间距的比在0.720至0.745的范围内。7.根据权利要求4-6中任一项所述的核燃料组件，其中，所述环形燃料芯块的空隙体积在所述环形燃料芯块的总体积的4％至15％的范围内。8.根据权利要求1-7中任一项所述的核燃料组件，其中，当在具有冷却剂和裂变材料的情况下运行时，所述燃料组件的氢铀比为至少4.3。9.一种用于给包括根据权利要求1-8中任一项所述的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法，所述方法包括：以24个月的周期性循环间隔给所述压水核反应堆换料。10.根据权利要求9所述的方法，还包括实现大于60gwd/tt的燃料燃耗。11.根据权利要求9或10所述的方法，还包括实现大于70gwd/tu的燃料燃耗。

技术总结
本文提供了一种用于压水反应堆的核燃料组件。该核燃料组件包括：多个核燃料棒，该核燃料棒被构造为包含裂变材料(114)，其中，核燃料组件被构造为使得：当在运行条件下存在冷却剂和裂变材料(114)时，用于燃料组件的氢铀比为至少4.0。本文还提供了一种用于给包括本公开的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法。的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法。的核燃料组件的压水核反应堆换料的方法。


技术研发人员：大卫
受保护的技术使用者：西屋电气有限责任公司
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2023/9/9