核反应堆-核电-核技术-核工程-32 压水反应堆堆本体
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参数：棒长3852mm、外径
9.5mm、活性区长度3657.6mm。 燃料元件包壳厚度0.57mm，内 充有2.0MPa的氦气。
20
(a)燃料芯块
芯块是由富集度为2-3%的UO2 粉末
（陶瓷型芯块）冷压成形再烧结成所 需密度的圆柱体，直径为8-9毫米，直 径与高度之比为1：1.5。 （大亚湾采用直径8.192mm，高度 13.5mm）
组件、中子源组件和阻力塞组件等组成。
7
堆芯又称活性区，是压水堆的心脏，可控的链式裂变反
应在这里进行，同时它也是个强放射源。
n 235 U U 236 * 144 Ba 89 Kr 3n
-
-
-
-
144 Ba 144 La 144 Ce 144 Pr 144 Nd
-
-
-
89 Kr 89 Rb 89Sr 89 Y
每一片芯块的两面呈浅碟形，以减小
燃料芯块因热膨胀和辐照肿胀引起的 变形。
一根燃料棒内装有271个燃料芯块。
21
UO2陶瓷型芯块：
o主要优点：燃料芯块最高工作温度1204℃，熔点
高（--2800℃），具有良好的中子辐照稳定性和高 温下的化学稳定性，与包壳不发生化学反应，即使 包壳破裂与冷却剂（水）也不太会发生化学反应。
12
为了满足电网要求，避免在每年6—9月份用电高峰 期进行大修，18个月的换料方式实际上采取的是长/ 短 循环交替进行的换料方式。即更换72个新组件后，运行 一个长燃料循环（19个月）；下次换料则更换68个新组 件，再运行一个短燃料循环（17个月）。
13
1. 燃料组件
燃料组件是压水堆的堆芯重要部件，主要分为长方体和六
提高燃料的卸料燃耗。
缺点：会使堆芯功率分布不平坦性增加，功率峰因子增
大，因此，需采用203Gd作可燃毒物来抑制功率峰。
11
对于18个月换料低泄露燃料管理策略，与常规的年换料方
式相比，能够：
（1）降低压力容器中子注量率，有利于延长压力容器的寿 命；
（2）减少换料大修次数，降低大修成本； （3）增加年发电量，提高电站利用率； （4）降低放射性废物产生量和人员受照量。
换料：在压水堆运行一个周期后，
取出中心部分燃耗最深的燃料组件， 第二区的燃料组件移入中心，再将最 外区燃料组件移至第二区，富集度为 3.25%的新燃料组件则加在外区。经 过一个运行周期后，三区装载的压水 堆 中 ， 运 行 一 个 周 期 后 大 约 有 1/3 的 燃料组件需要更换，而每个燃料组件 在反应堆堆芯内的时间一般是三个运 行周期。
六棱柱燃料组件
长方体燃料组件
16
燃料芯块
燃料组件与燃料元件
17
燃料组件
标准的17×17型组件：燃料棒径为9.5mm，棒间距
12.6mm，横截面尺寸214×214mm2，总高为4058mm。
组件组成：264根燃料元件棒，24根控制棒导向管和1
根堆内测量导管，共计289个栅元格。
测量导管位于组件中央位置，为插入堆芯内测量中子
或 n 235 U 236 U* 140 Xe 94Sr 2n
-
-
-
-
140 Xe 140 Cs 140 Ba 140 La 140 Ce
-
-
94Sr 94 Y 94 Zr
8
堆芯布置与换料策略
方式1：由外向内倒料方式
布置：157个燃料组件，堆芯四周有
52个铀-235富集度为3.1%的燃料组件组 成，内区则混合交错布置52个富集度为 2.4% 和 53 个 富 集 度 为 1.8% 的 燃 料 组 件 。
棱柱两种排列方式;
压水堆普遍采用了无盒、带棒束型控制棒组件的燃料组件，
优点是减少了堆芯结构材料，冷却剂充分交混，增强燃料棒 表面的冷却;
堆芯的尺寸根据压水堆的功率水平和燃料组件装载数而定。 长方体燃料组件有14×14、15×15、16×16、17×17等几
种规格。
14
900 MW 级压水堆第一个堆芯的布置共有157个横截
面呈正方形的无盒燃料组件。
53个插有控制棒组件
157个无盒燃料组件
66个装有可燃毒物组件 4个插有中子源组件
34个装有阻力塞组件
大亚湾准圆柱状核反应区高3.65m，等效直径3.04m。
热功率1800MW，堆芯直径约2.5m;
热功率3800MW，堆芯直径约3.9m，核燃料的高度为 3.6~4.3m.
15
10
堆芯布置换料策略
方式2：“内-外式换料方式”
CPR1000压水堆（岭澳二期核电厂）采用合理的“内-外” 式换料策略。
换料：通过加大堆芯中235U的装入量，中子价值高的新燃料
组件置于堆芯内区，把内区辐照深度大的燃料组件移到堆芯 的最外层，并改为18个月换料，从而实现低泄露燃料管理。
优点： 可以减少中子的径向泄露，增加堆芯的反应性，
通量的探测器导向提供了一个通道。
控制棒导向管为插入控制棒组件或中子源组件或可燃
毒物组件或阻力塞组件提供了通道。
18
从结构上看，
核燃料组件是由 燃料元件棒和组 件的“骨架结构” 两部分组成。
19
（1）燃料元件棒
燃料元件是产生核裂变并释
放热量的部件。
组成：燃料芯块、燃料包壳
管、压紧弹簧和上、下端塞。
9
优点：
可以展平堆芯功率，获得较高的燃耗深度，提高核燃 料的利用率。从第二循环开始，新装入的燃料组件的富集 度为3.25%，高于首次装料。
因为经过一段时间的运行，堆芯内积累了会吸收中子 的裂变产物，需要增加后备正反应性。
缺点：
中子注量率的泄漏率较高，导致压力容器中子注量率 大，中子利用率较低，导致换料周期较短，燃料循环成本 较高。
3.2 反应堆本体结构
反应堆本体结构的功用是：
o 使反应堆的核燃料在堆芯中能按照反应堆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ设计要求来
实现自持链式裂变反应；
o 核裂变释放出来的热量应按照反应堆热工设计的要求有
效地导出；
o 反应堆内全部结构部件在核电站满功率工作寿期内应保
持良好的性能，即使在事故情况下仍能保证反应堆结构的 完整性和安全性。
核电站的满功率安全运行主要取决于反应堆本体结
构的设计和加工制造的质量。
1
压水反应堆
本体
堆芯
下部堆 内构件
上部堆 内构件
压力容器
控制棒组 件及其驱
动机构
2
反应堆本体结构
3
4
5
6
3.2.1 核反应堆堆芯
反应堆通常是个圆柱体的压力容器，其中裂变
材料所在部分称为反应堆堆芯。
堆芯结构由核燃料组件、控制棒组件、可燃毒物
9.5mm、活性区长度3657.6mm。 燃料元件包壳厚度0.57mm，内 充有2.0MPa的氦气。
20
(a)燃料芯块
芯块是由富集度为2-3%的UO2 粉末
（陶瓷型芯块）冷压成形再烧结成所 需密度的圆柱体，直径为8-9毫米，直 径与高度之比为1：1.5。 （大亚湾采用直径8.192mm，高度 13.5mm）
组件、中子源组件和阻力塞组件等组成。
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堆芯又称活性区，是压水堆的心脏，可控的链式裂变反
应在这里进行，同时它也是个强放射源。
n 235 U U 236 * 144 Ba 89 Kr 3n
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144 Ba 144 La 144 Ce 144 Pr 144 Nd
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89 Kr 89 Rb 89Sr 89 Y
每一片芯块的两面呈浅碟形，以减小
燃料芯块因热膨胀和辐照肿胀引起的 变形。
一根燃料棒内装有271个燃料芯块。
21
UO2陶瓷型芯块：
o主要优点：燃料芯块最高工作温度1204℃，熔点
高（--2800℃），具有良好的中子辐照稳定性和高 温下的化学稳定性，与包壳不发生化学反应，即使 包壳破裂与冷却剂（水）也不太会发生化学反应。
12
为了满足电网要求，避免在每年6—9月份用电高峰 期进行大修，18个月的换料方式实际上采取的是长/ 短 循环交替进行的换料方式。即更换72个新组件后，运行 一个长燃料循环（19个月）；下次换料则更换68个新组 件，再运行一个短燃料循环（17个月）。
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1. 燃料组件
燃料组件是压水堆的堆芯重要部件，主要分为长方体和六
提高燃料的卸料燃耗。
缺点：会使堆芯功率分布不平坦性增加，功率峰因子增
大，因此，需采用203Gd作可燃毒物来抑制功率峰。
11
对于18个月换料低泄露燃料管理策略，与常规的年换料方
式相比，能够：
（1）降低压力容器中子注量率，有利于延长压力容器的寿 命；
（2）减少换料大修次数，降低大修成本； （3）增加年发电量，提高电站利用率； （4）降低放射性废物产生量和人员受照量。
换料：在压水堆运行一个周期后，
取出中心部分燃耗最深的燃料组件， 第二区的燃料组件移入中心，再将最 外区燃料组件移至第二区，富集度为 3.25%的新燃料组件则加在外区。经 过一个运行周期后，三区装载的压水 堆 中 ， 运 行 一 个 周 期 后 大 约 有 1/3 的 燃料组件需要更换，而每个燃料组件 在反应堆堆芯内的时间一般是三个运 行周期。
六棱柱燃料组件
长方体燃料组件
16
燃料芯块
燃料组件与燃料元件
17
燃料组件
标准的17×17型组件：燃料棒径为9.5mm，棒间距
12.6mm，横截面尺寸214×214mm2，总高为4058mm。
组件组成：264根燃料元件棒，24根控制棒导向管和1
根堆内测量导管，共计289个栅元格。
测量导管位于组件中央位置，为插入堆芯内测量中子
或 n 235 U 236 U* 140 Xe 94Sr 2n
-
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140 Xe 140 Cs 140 Ba 140 La 140 Ce
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94Sr 94 Y 94 Zr
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堆芯布置与换料策略
方式1：由外向内倒料方式
布置：157个燃料组件，堆芯四周有
52个铀-235富集度为3.1%的燃料组件组 成，内区则混合交错布置52个富集度为 2.4% 和 53 个 富 集 度 为 1.8% 的 燃 料 组 件 。
棱柱两种排列方式;
压水堆普遍采用了无盒、带棒束型控制棒组件的燃料组件，
优点是减少了堆芯结构材料，冷却剂充分交混，增强燃料棒 表面的冷却;
堆芯的尺寸根据压水堆的功率水平和燃料组件装载数而定。 长方体燃料组件有14×14、15×15、16×16、17×17等几
种规格。
14
900 MW 级压水堆第一个堆芯的布置共有157个横截
面呈正方形的无盒燃料组件。
53个插有控制棒组件
157个无盒燃料组件
66个装有可燃毒物组件 4个插有中子源组件
34个装有阻力塞组件
大亚湾准圆柱状核反应区高3.65m，等效直径3.04m。
热功率1800MW，堆芯直径约2.5m;
热功率3800MW，堆芯直径约3.9m，核燃料的高度为 3.6~4.3m.
15
10
堆芯布置换料策略
方式2：“内-外式换料方式”
CPR1000压水堆（岭澳二期核电厂）采用合理的“内-外” 式换料策略。
换料：通过加大堆芯中235U的装入量，中子价值高的新燃料
组件置于堆芯内区，把内区辐照深度大的燃料组件移到堆芯 的最外层，并改为18个月换料，从而实现低泄露燃料管理。
优点： 可以减少中子的径向泄露，增加堆芯的反应性，
通量的探测器导向提供了一个通道。
控制棒导向管为插入控制棒组件或中子源组件或可燃
毒物组件或阻力塞组件提供了通道。
18
从结构上看，
核燃料组件是由 燃料元件棒和组 件的“骨架结构” 两部分组成。
19
（1）燃料元件棒
燃料元件是产生核裂变并释
放热量的部件。
组成：燃料芯块、燃料包壳
管、压紧弹簧和上、下端塞。
9
优点：
可以展平堆芯功率，获得较高的燃耗深度，提高核燃 料的利用率。从第二循环开始，新装入的燃料组件的富集 度为3.25%，高于首次装料。
因为经过一段时间的运行，堆芯内积累了会吸收中子 的裂变产物，需要增加后备正反应性。
缺点：
中子注量率的泄漏率较高，导致压力容器中子注量率 大，中子利用率较低，导致换料周期较短，燃料循环成本 较高。
3.2 反应堆本体结构
反应堆本体结构的功用是：
o 使反应堆的核燃料在堆芯中能按照反应堆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ设计要求来
实现自持链式裂变反应；
o 核裂变释放出来的热量应按照反应堆热工设计的要求有
效地导出；
o 反应堆内全部结构部件在核电站满功率工作寿期内应保
持良好的性能，即使在事故情况下仍能保证反应堆结构的 完整性和安全性。
核电站的满功率安全运行主要取决于反应堆本体结
构的设计和加工制造的质量。
1
压水反应堆
本体
堆芯
下部堆 内构件
上部堆 内构件
压力容器
控制棒组 件及其驱
动机构
2
反应堆本体结构
3
4
5
6
3.2.1 核反应堆堆芯
反应堆通常是个圆柱体的压力容器，其中裂变
材料所在部分称为反应堆堆芯。
堆芯结构由核燃料组件、控制棒组件、可燃毒物