CANDU型重水堆燃料元件

CANDU型重水堆燃料，它是由天然UO2陶瓷芯塊，Zr-4合金包殼管、端塞、隔離塊、支承墊和端板等部件組成的棒束。

燃料元件基本結構

1-端塞；2-端板；3-包殼管；4-芯塊；5-石墨塗層；6-支承墊；7-隔離塊；8-壓力管

每隻CANDU-6型燃料棒束是由37根單棒組成。UO2芯塊裝入壁厚0.4mm的Zr-4合金包殼管內，其兩端由端塞密封焊接組成單棒。37根單棒按照固定位置環形排列，兩側用端板焊接固定，組成燃料棒束。燃料單棒之間的間隙靠釺焊隔離塊保持，而棒束和壓力管之間的間隙則靠釺焊於外圈燃料棒表面上的支承墊來保持。

每個燃料棒束的重量24千克左右，結構材料的重量占燃料束重量的10%以下，UO2燃料的重量占燃料束重量的90%以上。

圖1 CANDU-6型燃料棒束外形

CANDU-6型燃料棒束設計參數

表1列出了CANDU-6型燃料棒束設計參數。

表1 CANDU-6型燃料棒束設計參數

名稱	單位	參數
裂變材料		天然二氧化鈾
結構材料(包殼管、端管、支承塊、隔離塊、端板)		鋯-4合金
芯塊
芯塊形狀		蝶形帶倒角圓柱體
直徑	mm	12.20
堆積高度	mm	480
芯塊個數	個	30
密度（名義）	g/cm	10.60
氧鈾比（O/U）		2.000-2.015
總硼當量（相對於軸）		1.184
包殼管
外徑	mm	13.10
厚度; 石墨層厚度（最小）	mm; μm	0.40; 3
隔離塊
長度	mm	8.26
寬度	mm	2.29
厚度（最小）	mm	0.64
支承墊
支承面長度; 支承面寬度; 厚度（最小）	mm; mm; mm	25.4; 2.03; 1.0
端板
直徑	mm	90.8
厚度	mm	1.52
燃料棒束
棒內壓	MPa	0.1
棒間間隙	mm	1.55
棒與壓力管間隙	mm	1.03
燃料棒束長度	mm	495.3
燃料棒束直徑	mm	102.4
二氧化鈾重量	kg	21.8
鋯-4合金重量	kg	2.3
總重量	kg	24.1
運行工況
SI3燃料通道冷卻卻劑流量	kg/s	26.5
SI3燃料通道冷卻劑壓力降	kpa	840
燃料棒束在堆內的駐留時間(平衡換料工況)
平均(堆芯內部/堆芯外部)	等效滿功率天(EFPD)	248
最大(堆芯內部/堆芯外部)	EFPD	352
燃料棒束名義功率	kw	800
峰值棒線功率	kw/m	57.3
平均卸料燃耗	MWh/kgu	171.7
峰值棒燃耗	MWh/kgu	312.1

燃料元件的主要特點

CANDU堆燃料棒束雖然結構簡單，但它在尺寸、完整性、物理性能及化學成份的要求是非常高的。CANDU燃料元件的主要特點是：

(1)中子經濟性好。坎杜堆燃料元件的包殼管壁厚只有沸水堆燃料元件包殼管的二分之一，相當於壓水堆燃料元件包殼管的三分之二。由於使用了薄壁包殼，中子的寄生吸收很小。如皮克靈堆燃料元件全部結構材料僅占棒束重量的8%，結構材料的寄生吸收僅占燃料束熱中子吸收截面的0.7%。

(2)安全性好。CANDU堆燃料的設計是採用高密度的UO2燒結芯塊，又使用短尺寸棒束，這就使得坎杜堆燃料實際上不存在密實化而引起倒塌問題，減少了彎曲變形。

包殼管內壁的石墨塗層提高了燃料功率和線功率的裕度，使燃料能夠適應更大範圍的功率波動，大大減少了元件破損率。據國際原子能機構（IAEA）技術報告書中統計，加拿大14個大型CANDU堆從1985年至1995年間燃料破損比例非常低，每10000隻燃料棒束中只有1到2隻有缺陷，累計平均缺陷率低於0.1%。

(3)生產成本低。由於坎杜堆燃料是天然UO2陶瓷芯塊，比輕水堆低濃鈾芯塊加工費用低得多，而且所用鋯合金結構材料也比輕水堆燃料元件少。

(4)生產和運輸方便。坎杜堆燃料元件結構簡單，一共只有6種零件，尺寸短小，無需占用很大的生產空間；重量較輕，無需笨重的起重設備；六種零部件結構簡單，容易加工，省去了象輕水堆燃料元件中的結構複雜且價格昂貴的定位格架，這就給生產和運輸都帶來了方便。