书 书 书犐犆犛 ２７ ． １２０ ． ３０ 犆犆犛犉 ４６ 团 　　　 体 　　　 标 　　　 准 犜 ／ 犆犖犛 ４３ — ２０２０ 高温气冷堆核动力厂球形燃料元件设计准则 犇犲狊犻犵狀犮狉犻狋犲狉犻犪犳狅狉狋犺犲狊狆犺犲狉犻犮犪犾犳狌犲犾犲犾犲犿犲狀狋狅犳犺犻犵犺狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犵犪狊犮狅狅犾犲犱狉犲犪犮狋狅狉狀狌犮犾犲犪狉狆狅狑犲狉狆犾犪狀狋 ２０２０  １２  ３１ 发布 ２０２１  ０４  ０１ 实施 中国核学会 发布 全国团体标准信息平台 全国团体标准信息平台 书 书 书前 　　 言 　　 本文件按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２０２０ 《 标准化工作导则 　 第 １ 部分 ： 标准化文件的结构和起草规则 》 的规定起草 。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。 本文件由中国核学会提出 。 本文件由核工业标准化研究所归口 。 本文件起草单位 ： 清华大学核能与新能源技术研究院 。 本文件主要起草人 ： 刘兵 、 赵宏生 、 唐春和 、 马景陶 、 刘荣正 、 周湘文 、 陈晓彤 。 Ⅰ 犜 ／ 犆犖犛 ４３ — ２０２０ 全国团体标准信息平台 全国团体标准信息平台 高温气冷堆核动力厂球形燃料元件设计准则 １ 　 范围 本文件规定了球床模块式高温气冷堆 （ 简称高温气冷堆 ） 核动力厂球形燃料元件设计应满足的要求 。 本文件适用于球床模块式高温气冷堆核动力厂球形燃料元件的设计 。 ２ 　 规范性引用文件 本文件没有规范性引用文件 。 ３ 　 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 。 ３ ． １ 球形燃料元件 　 狊狆犺犲狉犻犮犪犾犳狌犲犾犲犾犲犿犲狀狋 由包覆燃料颗粒弥散在基体石墨中的芯球以及外部基体石墨材料壳层构成的球体 。 ３ ． ２ 包覆燃料颗粒 　 犮狅犪狋犲犱犳狌犲犾狆犪狉狋犻犮犾犲 由二氧化铀 （ 或其他铀化合物 ） 燃料核芯及外部各包覆层构成的颗粒 。 　　 示例 ： 见图 １ 。 　　 标引序号说明 ： １ ——— 包覆燃料颗粒直径 ， 一般约为 １ｍｍ 。 图 １ 　 包覆燃料颗粒结构示意图 ３ ． ３ 致密热解炭层 　 犱犲狀狊犲狆狔狉狅犮犪狉犫狅狀犾犪狔犲狉 以碳氢化合物气体为原料 ， 在高温下进行热分解沉积在基体表面的涂层 。 ３ ． ４ 碳化硅层 　 狊犻犾犻犮狅狀犮犪狉犫犻犱犲犾犪狔犲狉 三氯甲基硅烷在 １５００℃ ～ １７００℃ 下热分解沉积形成的涂层 ， 同时是包覆燃料颗粒燃料核芯的包 １ 犜 ／ 犆犖犛 ４３ — ２０２０ 全国团体标准信息平台 壳层 。 ３ ． ５ 自由铀含量 　 犳狉犲犲狌狉犪狀犻狌犿犮狅狀狋犲狀狋 球形燃料元件中没有被包覆燃料颗粒完整的碳化硅层包容的铀量 （ 包括有缺陷碳化硅层的包覆燃料颗粒铀含量 、 在球形燃料元件石墨基体以及包覆燃料颗粒外致密热解炭层的铀含量 ） 与球形燃料元件总铀量的比值 。 ３ ． ６ 包覆燃料颗粒破损率 　 犫狉犲犪犽犪犵犲狉犪狋犲狅犳犮狅犪狋犲犱犳狌犲犾狆犪狉狋犻犮犾犲 一批包覆燃料颗粒中有缺陷碳化硅层的包覆燃料颗粒包含的铀含量与本批所有包覆燃料颗粒中的铀含量的比值 。 ４ 　 总要求 球形燃料元件的设计应尽可能地把燃料和裂变产物约束在球形燃料元件内 ， 有效地导出核裂变释放出来的能量 ； 具有良好的抗辐照能力 ； 具有良好的加工性 。 球形燃料元件的设计应满足高温气冷堆的核设计 、 热工水力设计 、 机械设计和装卸料设计的要求 。 球形燃料元件在高温气冷堆的正常运行工况下均应能保持其结构完整性 。 在正常运行状态和事故工况下由于某些随机因素可能造成的极少量包覆燃料颗粒破损所释放的放射性物质都不应对工作人员 、 公众健康和环境安全造成超过标准的危害 。 ５ 　 设计准则 ５ ． １ 　 核设计 、 热工水力设计 、 机械设计和装卸料设计的要求 燃料元件结构 、 几何尺寸 、 材料及其性能应满足核设计 、 热工水力设计 、 机械设计和装卸料设计等要求 。 为了满足上述要求 ， 高温气冷堆燃料元件设计成球形 ， 结构如图 ２ 所示 。 包覆燃料颗粒结构如图 ２ 所示 。 球形燃料元件由包覆燃料颗粒和石墨基体组成一个密实的球体 ， 石墨基体的纯度和密度应满足堆芯设计要求 。 大量的包覆燃料颗粒弥散分布在石墨基体内 ， 构成燃料区 ； 燃料区外部由一定厚度的石墨基体构成无燃料区 ； 燃料区与无燃料区没有物理上的分界 。 　　 标引序号说明 ： １ ——— 球形燃料元件外径 ， 一般为 ６０ｃｍ 。 图 ２ 　 高温气冷堆球形燃料元件结构示意图 ２ 犜 ／ 犆犖犛 ４３ — ２０２０全国团体标准信息平台 ５ ． ２ 　 燃料元件完整性要求 ５ ． ２ ． １ 　 球形燃料元件应具有足够的机械强度 ， 球形燃料元件的落球强度 、 球形燃料元件在垂直和平行于压制方向的压碎强度须满足设计限值 ， 使其在装卸料和堆内运行期间保持完整性 。 ５ ． ２ ． ２ 　 在堆内温度以及累积快中子注量作用下 ， 在球形燃料元件内产生的应力应小于球形燃料元件基体石墨球的强度 ， 保持燃料元件的完整性 。 ５ ． ２ ． ３ 　 在包装 、 运输和贮存中不得对球形燃料元件造成损伤 。 ５ ． ３ 　 包覆燃料颗粒完整性要求 ５ ． ３ ． １ 　 球形燃料元件产品的平均自由铀含量不超过 ６×１０ －５ 。 ５ ． ３ ． ２ 　 球形燃料元件内包覆燃料颗粒在正常运行工况下的破损率不超过 ２×１０ －４ 。 ５ ． ３ ． ３ 　 球形燃料元件内包覆燃料颗粒在设计基准事故工况下的破损率不超过 ５×１０ －４ 。 ５ ． ４ 　 导热性能要求 球形燃料元件的石墨基体应有良好的导热性能 ， 在任何工况下应有效地导出核裂变释放出来的能量 。 ５ ． ５ 　 抗磨损和抗腐蚀能力要求 球形燃料元件在装卸料和堆内运行期间的碰撞和磨损以及在堆内氦气中杂质腐蚀下 ， 应确保球形燃料元件内包覆燃料颗粒不能裸露到球形燃料元件的表面 。 ５ ． ６ 　 满足反应堆安全要求 ５ ． ６ ． １ 　 堆内运行期间球形燃料元件磨损产生的粉尘应在反应堆安全设计许可范围内 。 ５ ． ６ ． ２ 　 球形燃料元件石墨基体内天然铀杂质含量 、 包覆燃料颗粒外致密热解炭层铀沾污以及制造导致包覆燃料颗粒破损泄露的铀在堆内运行期间产生的放射性 ， 应在反应堆安全设计许可范围内 。 ５ ． ６ ． ３ 　 球形燃料元件石墨基体内锂杂质含量在堆内运行期间产生的氚应在反应堆安全设计许可范围内 。 ５ ． ７ 　 堆内运行限值 ５ ． ７ ． １ 　 堆内运行期间球形燃料元件的最高燃耗不超过 １０００００ＭＷｄ ／ ｔＵ 。 ５ ． ７ ． ２ 　 堆内运行期间球形燃料元件累积快中子 （ Ｅ ＞ ０．１ＭｅＶ ） 注量不超过 ５×１０ ２５ ｎ ／ ｍ ２ 。 ５ ． ７ ． ３ 　 在正常运行工况下球形燃料元件的中心温度不超过 １２００℃ 。 ５ ． ７ ． ４ 　 在设计基准事故工况下球形燃料元件的温度不超过 １６２０℃ 。 犜 ／ 犆犖犛 ４３ — ２０２０ 全国团体标准信息平台 书 书 书 ０２０２ — ３４ 犛犖犆 ／ 犜 中国核学会 团体标准 高温气冷堆核动力厂球形燃料元件 设计准则 Ｔ ／ ＣＮＳ４３ — ２０２０  中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲 ２ 号 （ １０００２９ ） 北京市西城区三里河北街 １６ 号 （ １０００４５ ） 网址 ｗｗｗ．ｓｐｃ．ｎｅｔ．ｃｎ 总编室 ：（ ０１０ ） ６８５３３５３３ 　 发行中心 ：（ ０１０ ） ５１７８０２３８ 读者服务部 ：（ ０１０ ） ６８５２３９４６ 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销  开本 ８８０×１２３０１ ／ １６ 　 印张 ０．５ 　 字数 １２ 千字 ２０２１ 年 ８ 月第一版 　 ２０２１ 年 ８ 月第一次印刷  书号 ： １５５０６６ · ５３４７８ 　 定价 １４ ． ００ 元 如有印装差错 　 由本社发行中心调换 版权专有 　 侵权必究 举报电话 ：（ ０１０ ） ６８５１０１０７ 全国团体标准信息平台