高安全性燃料棒及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及核電技術領域，更具體地說，涉及一種高安全性燃料棒及其制造方法。
【背景技術】
[0002]核反應堆包括一個由燃料組件組成的堆芯，而每組燃料組件本身是由多束燃料棒構成的，多束燃料棒束保持軸向豎直排列在燃料組件的骨架之中，以使呈圓柱形的形狀的燃料棒的軸線相互平行。
[0003]非一體的燃料棒主要由包殼管、上端塞、下端塞以及容置在包殼管內部堆芯的構成，上端塞和下端塞設置于包殼管兩端。每根燃料棒的包殼管的軸向長度遠大于其橫截面的直徑。一般說來，燃料棒具有大于4米的長度，而其直徑約為10毫米。
[0004]如圖5所示，核電相關技術中的一種一體化燃料棒，包括基體、上端塞、下端塞和彌散于基體中的覆層燃料顆粒，上端塞、下端塞設置于基體的兩端。基體為鋯合金基體，覆層燃料顆粒彌散于鋯合金基體中，覆層燃料顆粒結構類似與本專業領域內技術人員熟知的用于高溫氣冷堆中的TRISO燃料顆粒。該一體化燃料棒無包殼，可直接制造成4米左右的長度，并用于壓水堆燃料組件中。
[0005]以上一體化燃料棒存在以下技術缺陷:
[0006]1、對于上述結構方案，如果在反應堆運行狀態或其他非運行狀態(如制造、運輸等)時，如果燃料棒所受外力較大，外力則很容易通過鋯合金基體傳遞到覆層燃料顆粒，如果該外力達到一定限值，即會造成燃料顆粒的破碎，從而影響反應堆的安全運行；
[0007]2、上述結構方案的基體材料為鋯合金，在反應堆發生嚴重事故的情況下，鋯合金基體會在高溫下與水發生鋯水反應，并釋放大量氫氣，嚴重影響反應堆的安全性；
[0008]3、在上述結構方案的加工過程中，考慮到保持燃料顆粒的完成性，必然不能使用鍛造等大壓力加工方式，勢必會造成基體松軟，從而造成整個一體化燃料棒的剛度偏小，那么在反應堆內運行時就很容易造成一體化燃料棒的彎曲，從而影響反應堆運行安全性；
[0009]4、考慮到上述結構方案外圍也分布有燃料顆粒，造成其可加工性較差，不能精確控制一體化燃料棒尺寸。
【發明內容】
[0010]本發明要解決的技術問題在于，提供一種高安全性燃料棒及其制造方法。
[0011]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種高安全性燃料棒，包括棒體，所述棒體包括棒狀金屬基體和彌散于所述金屬基體中的燃料顆粒；
[0012]所述棒體還包括包覆在所述金屬基體外圈的無燃料層，且所述無燃料層的硬度高于所述金屬基體的硬度。
[0013]優選地，所述金屬基體為由鋯合金形成的柱狀結構。
[0014]優選地，所述無燃料層為由FeCrAl合金或Mo合金或不銹鋼形成的包覆在所述金屬基體外圈的筒狀結構；所述無燃料層的厚度為0.l-2mm。
[0015]優選地，所述燃料棒還包括設置在所述棒體縱向兩端的兩個端塞，所述端塞與所述棒體固定連接。
[0016]優選地，所述無燃料層的外表面形成有強化層。
[0017]本發明還構造一種以上所述的含無燃料區的高安全性燃料棒的制造方法，包括以下步驟:
[0018]A、將燃料顆粒與形成金屬基體粉末混合，制成基體生坯；
[0019]B、在所述基體生坯外圍涂覆一定厚度硬質粉末，與所述基體生坯共同形成棒體生坯；
[0020]C、對所述棒體生坯進行燒結，形成所述棒體。
[0021 ] 優選地，所述方法還包括步驟:
[0022]D、對燒結后的所述棒體外圍的所述無燃料層周圈進行機加工，從而達到所述棒體要求的外形尺寸。
[0023]優選地，還包括以下步驟:
[0024]E、在所述棒體的無燃料層的外圍做強化處理，使所述無燃料層的外表面形成所述強化層。
[0025]優選地，所述步驟E中的強化處理包括淬火處理。
[0026]優選地，還包括以下步驟:
[0027]F、在所述棒體的兩端分別焊接端塞。
[0028]實施本發明的高安全性燃料棒及其制造方法，具有以下有益效果:本發明的高安全性燃料棒通過在外圍設置的硬度較高的無燃料區，有效緩減外部作用力傳遞到燃料顆粒，減小燃料顆粒破碎的可能性；另外，有效提高整個高安全性燃料棒的剛度，緩減燃料棒在運行時發生彎曲；進一步地，可對高安全性燃料棒外圍進行適當的機械加工，在保證不破碎燃料顆粒的情況，精確控制燃料棒尺寸。同時，無燃料區材料為高防腐蝕性材料，有效緩減腐蝕反應，并有效減小氫氣的釋放，提高反應堆安全性。
【附圖說明】
[0029]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0030]圖1是本發明實施例中的高安全性燃料棒的結構示意圖；
[0031]圖2是圖1中的棒體的剖面結構示意圖；
[0032]圖3是其他實施例中的棒體的剖面結構示意圖；
[0033]圖4是本發明實施例中燃料顆粒的剖面示意圖；
[0034]圖5是【背景技術】中的棒體的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0036]如圖1及圖2所示，本發明一個優選實施例中的高安全性燃料棒包括棒體I和設置在棒體I縱向兩端的兩個端塞2，端塞2與棒體I固定連接，端蓋2將棒體I的端面包覆。端塞2可以方便燃料棒后期的組裝、維修等操作。端塞2也可換成其他部件供組裝等操作使用。
[0037]棒體I包括棒狀金屬基體11和彌散于金屬基體11中的燃料顆粒12。進一步地，棒體I還包括包覆在金屬基體11外圈的無燃料層13，且無燃料層13的硬度高于金屬基體11的硬度。
[0038]在一些實施例中，金屬基體11為由鋯合金形成的柱狀結構，燃料顆粒12均勻彌散于金屬基體11中。如圖4所示，燃料顆粒12通常包括位于中心的二氧化鈾121以及由內向外依次包覆在二氧化鈾121外的熱解碳緩沖層122、熱解碳層123、碳化硅124及熱解碳層125。無燃料層13為由FeCrAl合金形成的包覆在金屬基體11外圈的筒狀結構，無燃料層13的厚度為0.1-2_，既能提升強