板狀燃料元件流道堵塞事故預防與探測技術研究

丁 麗 駱貝貝 花 曉 寧 波 喬雅馨

（中國原子能科學研究院 北京 102413）

板狀燃料元件已經用于國外很多研究堆中，國內研究堆近年來剛開始使用。采用板狀燃料元件的研究堆，一旦發生外來異物落入堆芯入口的意外情況，流道堵塞事故就成為一種可信事故。針對性的分析研究此類事故，提出及早探測方法與預防措施，可為以板狀燃料元件為燃料的研究堆的安全運行提供參考，為安全監督管理提供技術支持。

1 國內外板狀燃料元件流道堵塞事故研究情況

1.1 板狀燃料元件特性

板狀燃料元件由于其發熱表面積大，元件表面溫度低，很多研究堆使用板狀燃料元件。常用的板狀燃料元件主要有：UO2陶瓷型，U-Al合金型以及UAlx-Al、UMo-Al、U3O8-Al、U3Si-Al和U3Si2-Al彌散型等。U3Si2-Al彌散型燃料在堆內腫脹穩定，反應層內無起泡等可見變化，具有良好的輻照性能。至今已有上千盒U3Si2-Al燃料組件運行在各國研究堆中。同時有研究表明：在高熱通量（約260 W·cm-2）、高燃耗（約5×1021f·cm-3）和高燃料溫度（約140 °C）環境中，低濃度U3Si2-Al的抗輻照性能會隨著溫度的升高與燃耗的增加急劇降低。

1.2 流道堵塞事故研究情況

板狀燃料元件的板間柵距通常很小，堆芯冷卻劑流道為狹窄的矩形流道，且各流道間互不連通，一般采用強迫循環冷卻。因此，一旦發生外來異物落入堆芯入口的意外情況，將出現冷卻劑流道堵塞事故。

1.2.1 國外研究情況

1987年，美國首次將U3Si2-Al彌散型板狀燃料元件應用于橡樹嶺研究堆（Oak Ridge research，ORR），并實現了低濃化［1］。1988年，美國正式批準在研究堆中推廣使用鈾密度為4.8 g·cm-3的U3Si2-Al彌散型燃料元件［2］。……