本发明一般涉及核反应堆，具体涉及带碎屑捕集器的核燃料组件。 在核反应堆冷却剂循环系统部件制造、安装及维修期间，十分注意去除碎屑，要清除诸如维修和更换蒸汽发生器时产生的不规则形状的金属颗粒及碎渣。正如美国专利4，096，032所述，清除碎屑的操作通常是在堆主冷却剂系统的功能流量试验期间进行的。清除碎屑的操作利用该试验中用的过滤器或类似装置来捕集碎屑，在试验结束以后和系统投入运行之前再把其取出。
然而，经验表明，尽管用种种方法清除碎屑，但总还有一部分碎屑留在系统内，在日后系统运行时，它们混杂在循环的冷却剂中。如果冷却剂中夹带的这类碎屑被截留在燃料棒支承格架中，碎屑就会阻塞燃料棒之间流道，并振捣燃料棒包壳，使包壳产生微振磨损，最终甚至会引起穿孔。
因此，为了减轻这一问题，建议使用带碎屑捕集器的燃料组件，该捕集器装在燃料棒的进水端。这种碎屑捕集器在反应堆燃料周期内始终留在原位，换料时再取出和更换。
本发明的主要目的是提供一种带碎屑捕集器的核燃料组件，它可以克服燃料棒包壳的微振磨损，而且能经济地制造和使用。
因此，本发明属于核燃料组件，它包括许多根燃料棒、一个或几个下格架、一个下端部结构及一个碎屑捕集器，每根燃料棒有一个带下端塞的包壳管;至少一个下格架放在燃料棒下端塞的上方并支承以一定方式排列的燃料棒;下端部结构在下端塞下方一定间隔处，它设有引导冷却剂向上流动的机构;而碎屑捕集器用来捕集由下端部结构流向下格架的冷却剂中夹带的碎屑;该组件的特征在于：上述碎屑捕集器由基本不起支承作用的格架结构组成，该结构：a）横跨在下端部结构和下格架之间的整个冷却剂流道上，b）由上述下格架支承并与上述下端塞基本上对齐，c）形成的诸栅格在冷却剂流动方向上是敞开的，并且栅格中设有碎屑捕集结构，允许冷却剂通过，但阻止冷却剂中夹带的碎屑通过;每根燃料棒的下端塞伸进上述的一个栅格中，并作为该栅格碎屑捕集结构的组成部分。
构成碎屑捕集器的格架结构最好设计成类似组件中燃料棒的支承格架，它由相互交织并连成十字形的金属条带组成，这些金属条带组成了上述诸栅格，而每个栅格的边界就是构成该栅格侧壁的那段金属条带。假若碎屑捕集器栅格的周边长度和形状都与放燃料棒的支承格架的栅格相似，则每个碎屑捕集器栅格径向尺寸要大于放在栅格中的端塞的直径，而且该栅格的碎屑捕集器结构还包括由栅格侧壁向端塞方向凸出的隆起物。隆起物最好呈波纹状，从作为相应栅格侧壁的金属条带上隆起，隆起的波纹从侧壁向内成拱形，其平面与穿过该栅格的冷却剂流动方向基本上垂直。换句话说，拱形刚性突起的取向在冷却剂总的流动方向上是敞开的。在捕集器格架结构的各栅格中，隆起物与端塞之间最好是非支承关系。最好是用支架把格架结构支承在与其隔开的燃料组件下格架上，支架两端分别连接在下格架上和捕集器格架结构的外条带（或周边条带）上。
如上所述，使用体现本发明的燃料组件将使燃料棒包壳不产生微振磨损，这是因为碎屑在到达燃料棒包壳之前就被捕集了，也就是说，依靠碎屑捕集器的格架结构与燃料棒下端塞的合作来截留碎屑。应该看到：在这种情况下，碎屑对端塞的侵蚀不会产生任何问题，因为与薄壁的燃料棒包壳相比，端塞实质上是实心的。同时还应看到：本发明克服了包壳的磨损及穿孔问题，却不需要缩短燃料棒中燃料芯块的堆积高度。
而且，用燃料棒的下端塞作为相应格架栅格的碎屑捕集结构件有双重优点，首先，这可减少捕集器需要的金属带材的数量，其次，使捕集器能象燃料组件本身一样使用和在许多燃料周期中重复使用，因为在燃料组件重新组装期间以及当燃料棒下端塞从碎屑捕集器的栅格中抽出时均能方便地把捕集器中捕得的碎屑从组件上清除掉。清除掉捕集到的碎屑以后，捕集器作为重新组装的燃料组件的一部分可重复使用。
现在仅以举例的方式，并参考附图来说明本发明的最佳实施例。
图1为体现本发明的核燃料组件的立视图，部分以剖面表示。
图2为图1上所示的燃料组件中的一根燃料棒的放大立视图，部分以剖面表示。
图3为沿图1的3-3线截取的本发明中碎屑捕集器的放大顶视图，部分以剖面表示。
图4为图3所示的捕集器右下角部分的放大的顶视图。
图5为沿图4上5-5线截取的放大的剖面图。
在以下说明中，用相同的参考数字表示几张图上相同的或相应的部分，所使用的诸如“向前”、“向后”、“左”、“右”、“向上”、“向下”及类似的词仅仅为了方便，不得视为限制性用语。
现在参看附图，特别是图1，这里示出的在垂直方向被缩短的、且以数字10表示的燃料组件包括：一个下端部结构或下管座12，它把组件支承在堆芯区（未示出）的下堆芯板（未示出）上;从下管座12向上延伸的控制棒导向管14;沿导向管14的轴向间隔分布的横向格架16;横向间隔开并由格架16支承的一组细长的燃料棒18;一根仪表管20以及连到导向管14上端部的上端部结构或上管座22。燃料组件10组成一个整体结构，可对其进行常规操作而不损坏组件的部件。
每根燃料棒18包括一根细长的包壳管24，管内装堆叠在一起的由裂变材料组成的核燃料芯块26，管子的两端用端塞28、30密封。在上端塞28同芯块26的叠堆之间放一个压簧32，它使芯块稳固地堆叠在管24内。工作时，水或含硼水这样的液体慢化剂/冷却剂由泵驱动，向上穿过导向管14、沿燃料组件10中燃料棒18流动，以带出燃料中产生的热是去做有用功。
裂变过程由在导向管14中上下移动的控制棒34来控制，导向管14放在燃料组件10中预定位置上。为了进行控制，上管座22与棒束控制机构36相连，机构36带有一个内螺纹的圆筒部件38及径向延伸并与控制棒34相连的许多个锚钩或力臂40。控制机构36可使控制棒34在导向管14中上下移动。
如上所述，燃料组件的故障可能因格架16中最下一个格架上截留了碎屑而产生。如图1所示，下格架16A位于燃料棒下端塞30的上方，下管座12位于该端塞的下方，相互间有一定间隔。在本发明之前，冷却剂中夹带的碎屑随冷却剂一起通过下管座12进入下格架16A，被捕集在蛋篮形结构的格架栅格中，使穿过该栅格延伸的燃材棒包壳管发生微振磨损和穿孔。为了防止这种故障，极希望在冷却剂中夹带的碎屑到达下格架16A之前就截住它。
实际上，本发明的基本概念是设置一个单独的短格架式的伸长部分来扩大下格架，使碎屑被截留在该延长部分与燃料棒18下端塞30之间。
具体地说，本发明提供一个碎屑捕集器（用42表示），它由下格架16A支承，位于下格架16A与下管座12之间燃料棒18的下端塞30处，如图1所示。捕集器42的位置横跨在从下管座12到燃料棒18的冷却剂流道上，因此，流动的冷却剂中夹带的碎屑在到达燃料组件10的下格架16A之前可被其捕集。
如图1及图3到图5所示，碎屑捕集器是一种不支承燃料棒的格架结构44，它与燃料棒18的下端塞30侧向大体对齐。格架44由许多内条带46和几个外条带48组成，内条带46彼此交织成十字形，外条带48的两端互相搭接，同时它又与内条带46的端部相连接，因此，外条带48组成格架结构44的周边。内、外条带46、48一起组成众多的栅格54，每个栅格在燃料组件的纵向（即冷却剂流的方向）是敞开的。栅格54中大多数是一个栅格有一个燃料棒下端塞（非支承关系），少数栅格是一个栅格有一根导向管14穿过。
具体地说，栅格54中内栅格54A的内壁56由对置的二对内条带46组成，而沿捕集器42外边的外栅格54B的外壁58和内壁56则分别由外条带48及内条带46组成。
碎屑捕集器42包括在栅格54中用来捕集冷却剂中夹带的碎屑的机构。捕集机构由插入栅格54A、54B中的下端塞30及隆起物组成，隆起物形式最好为波纹状刚性突起60，可用适当的方式（诸如模压）把它成形在栅格54A、54B的侧壁56、58上，刚性突起从栅格壁凸向放在该栅格中的端塞30。栅格54的侧壁56与有导向管14穿过的栅格的侧壁不同（见图4），构成侧壁56的每段内条带上有二个刚性突起60，它们向相反方向凸起，分别凸到共同以该段内条带作侧壁的二个相邻栅格（54）中。构成外壁58的每段外条带上只有一个刚性突起60，它伸进相应的边上的栅格54B中。每个刚性突起60均是拱形，它在冷却剂流动方向上是敞开的。正如图3到图5所表明的，栅格54中刚性突起60之间距离稍大于放在该栅格中燃料棒端塞30的直径，因此，刚性突起与端塞之间是非支承关系。
碎屑捕集器最好用支架62支承在下格架16A上（见图1），支架62的下端64连接在捕集器结构44的四个角66附近，而其上端68连在下格架16A上。
用这里透露的排列方式，堆冷却剂中夹带的碎屑将被截留在格架构件44上。因此，虽然碎屑会与燃料棒18的下端塞30接触，但是该处对端塞30的任何磨损都是无害的，不会使燃料棒损坏。这是因为：与薄壁的锆合全包壳管相比，燃料棒的端塞是实心的。