燃料棒

核燃料的形式為由鈾混合物粉末燒結成的二氧化鈾陶瓷芯塊。瓷芯塊為直徑1厘米，高度1厘米的圓柱體。幾百個芯塊疊在一起裝入直徑1厘米，長度約4米，厚度為1毫米左右的細長鋯合金材料套管內，因為核裂變反應就像是在燃燒原子，因此稱為燃料棒。

基本介紹

• 中文名：燃料棒
• 外文名：Fuel rods
• 直徑：1厘米
• 長度：約4米
• 厚度：為1毫米
• 學科：核化學

簡介

核能與裂變

以最常見的壓水堆核電站為例，核燃料採用的鈾是低濃縮鈾，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，輕水反應堆中的一迴路冷卻水，這些都是有放射性的。

燃料棒

伊朗正在生產用於核反應堆的燃料棒。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。

濃縮鈾可用於生產核能或用於製造核武。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於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，否則將面臨安理會採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，據韓聯社報導，朝鮮為生產核原料鈽而製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於上月15日至19日訪朝，並於16日前往朝鮮寧邊核燃料棒製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1.2萬根用於50MW反應堆的燃料棒和2千根用於5MW的燃料棒，分別被放在不同的房間裡，每個擱板上捆放著30根。這些未使用燃料棒於1993年至1994年生產，1994年簽署《日內瓦協定》後核燃料棒工廠關閉。考察團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第一階段的關鍵環節——從4號機組乏燃料池中取出核燃料棒的工作於2013年11月18日正式啟動。福島第一核電站4號機組的乏燃料池裡共存放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“乾式貯存桶”，再使用大型起重機將裝有核燃料棒的貯存桶轉移到地面，然後運輸到100米外、名為“共用燃料池”的儲存設施內。東京電力公司計畫2014年年底結束從4號機組乏燃料池取出核燃料棒的工作，而能否按計畫完成作業、確保全全無誤備受關注。

套用

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。

國內外對於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，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，長期處於高溫高壓以及輻照等惡劣環境中，隨著燃耗的增加，定位格架上的彈簧片和剛凸有可能由於輻照生長和蠕變而出現鬆動，導致格架的力學性能參數會有不同程度的變化，對燃料棒模態參數將會產生顯著影響，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梁作整體分析，考慮格架的彈性約束對其模態參數的影響，這方面公開發表的研究成果較為少見。

套用多跨連續梁振動理論，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係，在此基礎上根據實測值確定格架彈性約束的等效剛度係數，並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。

核燃料棒235U富集度檢測設備的軟體設計

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。裝填芯塊時由於某些原因可能出現混裝，使得核燃料棒中出現異常芯塊，在反應堆運行過程中由於這些異常芯塊以及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製的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、上下料以及檢測軟體等方面相對以前研製的設備都有所改進，其中檢測軟體由DOS平台運行升級為Windows平台運行。

（1）檢測原理

熱中子誘發UO₂芯塊中的²³⁵U發生裂變反應產生的裂變產物不穩定，伴隨一系列β-衰變，釋放出大量γ射線(稱為緩發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富集度值並判斷出棒中是否混有異常芯塊。

（2）系統組成

為提高中子源利用率和檢測效率，²⁵²Cf中子活化核燃料棒²³⁵U富集度檢測設備採用雙通道設計，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、單道脈衝幅度分析器、PLC自動控制系統以及計算機軟體系統等部分組成，系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構示意圖