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第34卷第6期原子能科学技术Vol.34,No.6
2000年11月AtomicEnergyScienceandTechnologyNov.2000

国外压水堆燃料组件的发展动向

郑继师,甄树权,朱关仁

(中国核工业集团公司核燃料局,北京100822)

摘要:基于反应堆的运行经验,压水堆燃料组件自问世以来一直在不断地发展,最新一代燃料组件
的设计批平均卸料燃耗(以金属铀计)已达52000MW·d/t。文章就高燃耗下压水堆燃料组件所
出现的问题及目前世界上4家较大的核燃料供应商所推出的高性能压水堆燃料组件作一概要介
绍。
关键词:燃料组件;水侧腐蚀;裂变气体;碎片磨蚀;可燃毒物
中图分类号:TL352文献标识码:A文章编号:100026931(2000)0620557206

1概述
自从反应堆问世以来,燃料组件一直在不断地发展,辐照后检验的信息反馈使燃料元件
的设计不断趋于合理,性能不断提高。就压水堆燃料组件而言,平均卸料燃耗(以金属铀计,下
同)已由70年代初的批平均卸料燃耗20000MW·d/t左右提高到目前的最大批平均卸料燃
耗48000MW·d/t,而最新一代燃料组件的设计批平均卸料燃耗已达52000MW·d/t,其最大
燃料组件燃耗达65000MW·d/t[1]。
我国自行设计制造的压水堆燃料组件目前能达到的批平均卸料燃耗还不高,1994年通过
技术引进,我国虽已可制造出批平均卸料燃耗为33000MW·d/t的燃料组件,但与世界水平
仍有较大差距。目前,出于经济上的考虑,国内用户已提出燃料组件更新换代的要求。因而,
了解当前世界上压水堆燃料组件的发展状况,对促进我国核燃料的发展有重要意义。
新一代燃料组件的改进基于以往的运行经验。实践证明:影响燃料组件性能的主要因素
有:1)燃料元件包壳水侧腐蚀;2)组件变形;3)裂变气体释放;4)芯块和包壳相互作用;5)冷
却剂中碎片磨损[2,3]。这些因素限制了燃料组件性能的提高,影响着燃料组件的使用寿命,甚
至在燃料组件的设计寿期内就出现破损,对核电的经济性和安全性产生较大影响。
目前,世界上几家较大的核燃料供应商都推出了自己的最新型高性能燃料组件,其中有美
国西屋公司的PERFORMANCE+,西门子公司的HTP,ABB2CE公司的TURBO和法国法马
通公司的AFA23G等(图1)。以下对各公司最新推出的燃料组件性能作一概要综述。

2燃料元件包壳材料的开发

收稿日期:1999207213;修回日期:1999210229
作者简介:郑继师(1957—),男,河北阳原人,高级工程师,核材料专业

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855原子能科学技术第34卷

图1国外新型高性能燃料组件结构
Fig.1Thestructureofthenewhighperformancefuelassemblies
a———美国西屋公司的PERFORMANCE+燃料组件;b———西门子美国公司的HTP燃料组件;
c———ABB2CE公司的TURBO燃料组件;d———法国法马通公司的AFA23G燃料组件

各种堆型的冷却方式和介质一般都是一定的,燃料棒的目标卸料燃耗取决于包壳材料的

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第6期郑继师等:国外压水堆燃料组件的发展动向955

水侧耐腐蚀性。为此,西屋公司开发了ZIRLO合金,西门子公司开发了ELS2DUPLEX包壳,
法马通公司开发了M5合金,ABB2CE公司开发了OPTIN合金及高性能材料ALLOY2A。在
燃耗可比范围内与优化锆24合金相比,它们的耐水侧腐蚀性能有很大提高。这些新型包壳材
料大多已经商用[1,4～6]。

表1新包壳材料特性
Table1Thepropertiesofthenewlydevelopedcladdingmaterials

包壳材料实验燃耗/MW·d·t-1所用组件水侧腐蚀降低率/%辐照生长/%辐照蠕变/%

ZIRLO75000PERFORMACE+605020

ELS2DUPLEX60000HTP57不详不详

M565000AFA23G665060

OPTIN1)60000TURBO40～5010≈10

ALLOY2A75000TURBO8040≈10

注:1)OPTIN数据是与标准Zr24相比的结果

3燃料组件的设计改进
311控制棒卡棒问题
90年代初,随着反应堆燃料燃耗的加