CN101223607B - 改进的灰棒控制组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于核反应堆的改进的灰棒控制组件(GRCA)。该核反应堆包括多个燃料组件，每个燃料组件都具有多根细长的核燃料棒和多个导向套管，这些核燃料棒由多个基本横向的支撑格架支撑在有序阵列中，所述多个导向套管穿过所述支撑格架并沿所述燃料棒设置。所述GRCA包括星形组件，所述星形组件构造成控制在燃料组件的导向套管中插入灰棒组件，并因此控制反应堆产生功率的速度。每个灰棒组件包括细长的管状元件、第一端塞、第二端塞、设置在管状元件内的基本纯的银中子吸收体，和在管状元件内包围中子吸收体以抵抗银膨胀的支撑管。反应堆的功率变化通过使吸收体暴露于辐射中的表面积最小和在GRCA的所有棒中分布吸收体而改善。
Description
技术领域
概括地说，本发明涉及核反应堆。更具体地说，涉及一种灰棒控制组件(GRCAs)的改进设计。
背景技术
核电站的反应堆所产生的功率通常由提升或降低反应堆堆芯内的控制棒组件而控制，为适应电站电力输出需求的变化所需要的反应堆功率输出的变化通常称作负荷跟踪。例如，在美国专利No.4079236中所描述的，负荷跟踪带来很多操作上的问题。如在负荷跟踪期间的压水堆(PWR)中，反应性必须受到控制，并且响应于功率变化的堆芯内功率的轴向分布的变化问题也必须解决。
目前反应堆堆芯的燃料组件典型地使用两种类型的棒控制组件以控制反应性，即棒束控制组件(RCCAs)和灰棒控制组件(GRCAs)。这两种控制组件都由多个顶端固定于公共插孔或星形组件的中子吸收棒组成。这些棒的主体通常包括封装中子吸收材料的不锈钢管，中子吸收材料例如是银-铟-镉吸收体材料，并且这些棒在燃料组件的管状导向套管中滑动，该燃料组件在星形组件的顶部附近具有控制驱动机构，可操纵该控制驱动机构来控制套管内棒的运动。这样，棒的受控的插入和拔出通常控制了反应堆功率产生的速度。
典型地，GRCAs被用在负荷跟踪操纵中，因为它们包括价值被降低控制棒，在本领域中通常称作“灰”棒。灰棒用于提供与化学补偿相反的机械补偿(MSHIM)的反应性装置，化学补偿需要改变反应堆冷却剂中的可溶硼的浓度。因此，灰棒的使用使对处理一回路反应堆冷却剂的日常需求最小化，并因此极大地简化了操作。更详细地说，现有的GRCA设计典型地由24个顶部固定于星形组件的小棒组成。在棒束的24根小棒中，只有四根棒是吸收体棒，封装在吸收体棒中的中子吸收材料典型地由约85％的银、约10％的铟和约5％的镉组成。这种设计有几个缺点。
在已知的GRCA设计的这些缺点中，铟和镉具有相对较大的中子截面，这导致了它们会在相对较短的时间内耗尽。因此，这种GRCA设计中的棒价值在约五年内或三个18月燃料循环中会降至初始值的80％左右，棒价值的持续降低会导致GRCAs在负荷跟踪期间对控制反应堆无效。这不希望地导致了频繁的GRCA更换。第二个缺点涉及燃料棒的局部棒功率的变化，这些燃料棒毗邻容纳吸收体棒的四个导向套管。详细地说，例如，因为吸收体材料局限于四根小棒，在棒拔出期间会发生通常被称作燃料棒的ΔP的功率急速变化。棒拔出是将GRCA从燃料组件中提取的过程，在已知的GRCA设计中，棒拔出会导致ΔP峰值。详细地说，由于较大数量的吸收体材料被限定在仅四根棒上，在高局部功率密度的这种情况下(例如棒拔出)这些棒会产生相当大的热量。这会导致体积沸腾、银膨胀和相关的缺点。多年来银膨胀已经是核工业中长期存在的问题，银膨胀经常发生，尽管银比铟和镉的耗尽慢，但因为它在三种吸收体材料中还具有最大的影响或吸收率，因此使它最易受到过度加热和膨胀的影响。吸收体的过度膨胀会导致吸收体接触并可能压裂围绕它的包壳。
因此，用于核反应堆的GRCAs还有改进的余地。
发明内容
本发明能够满足这些需要和其他要求。本发明涉及改进的灰棒控制组件(GRCA)设计，该灰棒控制组件设计提供了一种改进的中子吸收体材料，一种改进的灰棒组件和灰棒组件的分布，所述灰棒组件的分布适于调节负荷跟踪操作和克服已知的通常与其相关联的不利状况。
本发明一方面提供了一种用于核反应堆的灰棒的改进的灰棒组件设计。核反应堆包括多个燃料组件，每个燃料组件都具有多根细长的核燃料棒和多个导向套管，这些核燃料棒由多个基本横向的支撑格架支撑在有序阵列中，多个导向套管穿过所述支撑格架并沿燃料棒设置。该棒控制组件包括具有多个径向延伸的锚爪的星形组件，并构造成在其中一个导向套管中移动每一根灰棒，从而控制核反应堆产生功率的速度。灰棒组件包括：具有第一端、第二端、外径和长度的细长的管状元件；与细长的管状元件的第一端耦联的第一端塞，其构造成使细长的管状元件易于插入燃料组件的其中一个导向套管内；与细长的管状元件的第二端耦联的第二端塞，其构造成耦联到棒控制组件的星形组件的其中一个径向延伸的锚爪上；在通常朝向细长的管状元件的第一端并放置在其中的中子吸收体，该中子吸收体的直径基本上小于细长的管状元件的直径，且其长度短于细长的管状元件的长度，从而当管状元件插入套管时可以使中子吸收体暴露在辐射中的表面积最小；和支撑管，其构造成在细长的管状元件中包围中子吸收体，该支撑管设置在中子吸收体和细长的管状元件之间，且能够抵抗中子吸收体的膨胀。
中子吸收体可以包括基本纯的银。中子吸收体也可以基本同心地设置在细长的管状元件中，其中支撑管具有一定的壁厚，该壁厚由吸收体的外径和细长的管状元件的内径之间的空间限定。支撑管可由不锈钢制成，且其可以封装例如基本纯的银吸收体以便抵抗银膨胀。
本发明另一方面提供了一种用于核反应堆的改进的灰棒控制组件。该核反应堆包括多个燃料组件，每个燃料组件都具有多根细长的核燃料棒和多个导向套管，这些核燃料棒由多个基本横向的支撑格架支撑在有序阵列中，多个导向套管穿过所述支撑格架并沿燃料棒设置。改进的灰棒控制组件包括：具有多个径向延伸的锚爪的星形组件，和耦联到该星形组件的锚爪上的多个灰棒组件，该星形组件构造成在一个导向套管中移动每一根灰棒，从而控制核反应堆产生功率的速度。其中每个灰棒组件包括：具有第一端、第二端、外径和长度的细长的管状元件；耦联到细长的管状元件的第一端的第一端塞，其构造成使细长的管状元件易于插入燃料组件的其中一个导向套管内；耦联到细长的管状元件的第二端的第二端塞，其构造成耦联到星形组件的其中一个径向延伸的锚爪上；设置在通常朝向细长的管状元件的第一端并放置在其中的中子吸收体，该中子吸收体的直径基本上小于细长的管状元件的直径，且其长度基本上短于细长的管状元件的长度；和支撑管，该支撑管在细长的管状元件中包围中子吸收体，从而当棒组件插入套管时抵抗中子吸收体的膨胀和套管的破裂。
中子吸收体可分布在多个灰棒组件的所有的灰棒组件中。具体来说，改进的灰棒控制组件可以包括24根灰棒，其中，中子吸收体基本上平均分布于该灰棒控制组件的所有24根灰棒中。
本发明的第三方面提供了一种用于核反应堆的燃料组件，该燃料组件包括：多根细长的核燃料棒，每根核燃料棒都具有延伸的轴向长度；多个沿燃料棒的轴向长度间隔分布的基本横向的支撑格架，以便将燃料棒保持在有序阵列中；多个穿过支撑格架并且沿燃料棒设置的导向套管；和一个改进的灰棒控制组件，该灰棒控制组件包括具有多个径向延伸的锚爪上的多个星形组件，和多个耦联到所述锚爪的灰棒组件，所述改进的灰棒控制组件构造成在其中一个导向套管中移动每一根灰棒组件，从而控制核反应堆产生功率的速度，其中每个灰棒组件包括：具有第一端、第二端、外径和长度的细长的管状元件；耦联到细长的管状元件的第一端上的第一端塞，该第一端塞呈锥形，以使细长的管状元件易于插入燃料组件的其中一个导向套管内；一端耦联到细长的管状元件的第二端的第二端塞，且其另一端耦联到星形组件的其中一个径向延伸的锚爪上；在通常朝向细长的管状元件的第一端并放置在其中的中子吸收体，该中子吸收体的直径基本上小于细长的管状元件的直径，且其长度基本上短于细长的管状元件的长度；和设置在中子吸收体和细长的管状元件之间的支撑管，从而将中子吸收体封装在该管状元件中，以便抵抗中子吸收体的膨胀。
附图说明
通过阅读下面对优选实施例的描述并结合附图可更全面地理解本发明，其中：
图1是燃料组件和控制组件的前视图，其中燃料组件以竖向截断的形式表示，控制组件局部以虚线表示；
图2A是局部剖视的图1所示控制组件的前视图，该控制组件已从燃料组件中取下；
图2B是图2A所示控制组件的控制棒星形组件的顶部平面图；
图3是用于比较各种不同中子吸收体材料耗尽速度的曲线图；
图4是用于比较本发明采用的基本纯的银吸收体和现有技术中采用的银-铟-镉吸收体材料耗尽速度的曲线图；
图5是局部剖视的本发明的改进的灰棒组件的前视图；
图6是沿图5中线6-6截取的剖面图；
图7是现有技术燃料组件的八分之一的示意图，示出了在棒拔出期间现有技术的GRCA从堆芯取出后棒的功率变化；和
图8是本发明燃料组件的八分之一的示意图，示出了本发明改进的GRCA从堆芯取出后，使用本发明改进的GRCA的燃料组件的棒功率变化。
具体实施方式
为简化公开的内容，本发明将参照压水堆(PWR)堆芯设计进行说明，所述压水堆在商业上称为AP1000。AP1000是西屋电气公司LLC反应堆设计。西屋电气公司LLC在宾夕法尼亚州的Monroeville有营业所。参考AP1000仅仅是为了举例的目的，而不是对本发明范围的限制。因此，应当理解本发明的示例性的GRCA设计可以应用在广泛的其他反应堆的设计中。
此处使用的表示方向的短语，如上、下、顶、底、左、右及派生词涉及图示元件的方向，不是要对权利要求进行限定，有明确说明的除外。
如在此使用的，两个或多个部件“耦联”到一起的陈述指的是这些部件直接连接或通过一个或多个中间部件连接到一起。
如在此使用的，术语“数字”指的是一个和多于一个(也就是多个)。
燃料组件
参照附图并特别参照图1，示出了核反应堆燃料组件的前视图，以竖向截断的形式表示并且整体上用参考数字10表示。燃料组件10是用在压水堆(PWR)中的类型，其具有一个结构骨架，该结构骨架包括位于其下端的支撑燃料组件10的底部接管座12，该底部接管座12用于将燃料组件10支撑在核反应堆(未图示)堆芯区域的下堆芯支撑板14上；位于其上端的顶部接管座16；和多个在两个相对端之间纵向延伸的导向管或套管18，所述导向管或套管18在两个相对端刚性地连接到底部接管座12和顶部接管座16上。
燃料组件10进一步包括多个横向格架20，所述横向格架20沿导向套管18的轴向间隔分布并安装到导向套管18上，同时细长的燃料棒22的有序阵列横向间隔分布并由格架20支撑。组件10还具有设置在其中心的仪表管24，该仪表管24在底部接管座12和顶部接管座16之间延伸并固定到底部接管座12和顶部接管座16上。鉴于前述部件的配置，可以理解，燃料组件10形成了一种便于搬运且不会损坏组件的部件的整体结构。
如前所讨论的，燃料组件10中的燃料棒22相互之间被沿燃料组件长度方向间隔分布的格架20相互隔开。每根燃料棒22都包括核燃料芯块26并在其相对的端部由上端塞28和下端塞30封闭。芯块26由设置在上端塞28和芯块堆叠顶部之间的压力弹簧32保持成堆叠状。燃料芯块26由裂变材料组成，用于产生反应堆的反应功率。液体慢化剂/冷却剂如水或含硼水通过多个位于下堆芯支撑板14上的流动开口向上泵送到燃料组件。燃料组件10的底部接管座12使冷却剂穿过导向管18并沿着组件的燃料棒22向上传送，以便提取其中产生的热量，产生有用功。为控制裂变过程，多根控制棒34在位于燃料组件10的预定位置的导向套管18中往复移动。位于顶部接管座16上的星形组件39支撑所述控制棒34。
图2A和2B示出了从图1所示燃料组件10中取出后的控制棒组件36。一般来说，控制组件36具有内部带螺纹的柱状元件37，该柱状元件37具有多个径向延伸的锚爪或臂38，这些锚爪或臂38组成星形组件39，如图2B最佳所示。如前所讨论的，每个臂38都连接到控制棒34，这样就可以操作控制棒组件36在导向套管18(图1)内竖直移动控制棒34，从而控制燃料组件10(图1)的裂变过程，所有这些都是以已知的方式进行。除包括具有改进的灰棒组件34的改进的灰控制棒组件(GRCA)36的示例性控制棒组件(即将讨论)之外，所有前述内容都是旧的且通常在本领域是公知的。
改进的GRCA
继续参照图2A和2B，现在将讨论一般的控制棒构造。如前所述，为利用低价值棒或灰棒所提供的MSHIM能力，已知的控制棒组件，如用于西屋电气公司LLC AP1000反应堆的现有控制组件使用GRCAs。然而，尽管用于现有AP1000反应堆的GRCA设计有24根棒，这24根棒构造成如图2B所示的结构，如上文中提到的，但这24根棒中有20根是不锈钢(如SS-304，但不限于此)水置换棒，只有4根是中子吸收体棒。因此，几乎所有的中子吸收体材料局限于并隔离在GRCA的所述四根棒位中。
此外，在现有的AP1000设计中，吸收体材料包括银-铟-镉吸收体，其由约85％的银、约10％的铟和约5％的镉组成。这种吸收体材料由已知的标准满强度的棒束控制组件(RCCAs)组成，其中所有24根棒都是银-铟-镉。如前所述，并如在此参照图3将要讨论的，已知铟和镉都很快耗尽。在功率运行期间，RCCAs只在堆芯中停留很短时间，因此，这种耗尽不是问题。然而，对于AP1000的机械补偿(MSHIM)操作，例如，GRCAs需要在堆芯中停留长达半个操作循环。在这些操作条件下，由于吸收体的迅速耗尽，现有的GRCA设计约每五年将需要更换一次。如将在此详细讨论的，在具有其他优点的同时，本发明改进的GRCA设计克服了这个迅速耗尽的缺点，同时也基本避免了不希望的局部功率峰值，当具有四根RCCA棒的传统的GRCA从堆芯中拔出时会出现该局部功率峰值。
参照图3将会进一步理解前述的吸收体耗尽问题。图3示出了两种不同的银同位素、两种不同的铟同位素和镉的耗尽速度的图表。更详细地说，银-107(Ag-107)、银-109(Ag-109)、铟-113(In-113)、铟-115(In-115)和镉(Cd)的耗尽曲线被绘在一起用于比较，分别由线100、102、104、106和108表示。如图所示，由线100、102表示的两种银同位素具有较低的线性耗尽速度，而分别由线106和108表示的铟-115和镉具有快速的非线性耗尽速度。具体来说，分别由线106和108表示的铟-115和镉的快速耗尽导致了在仅仅操作五年后就损失了约20％的吸收能力。如上文所述，这种不希望有的情况导致了负荷跟踪期间GRCAs控制反应堆的能力的下降，并会最终导致频繁的GRCA更换。本发明通过使用改进的灰棒组件设计克服了这些缺点，与其他改进一道，所述改进的灰棒组件采用不同的中子吸收体材料，其与现有的银-铟-镉吸收体相比具有改善的耗尽速度。
详细来说，图4示出了本发明的示例性吸收体材料110与现有的银-铟-镉吸收体112的耗尽速度相比较的图表。与图3的图表类似，通过相对价值与吸收体(以年为单位)寿命的关系曲线110、112表示耗尽情况。详细来说，本发明用包括基本纯的银吸收体110替代现有的银-铟-镉吸收体112。如在此用到的，术语“基本纯的银”和“纯银”可互换使用，指的是几乎全部由银元素组成的吸收体，其中吸收体中存在的一些杂质非常少以至基本可以忽略不计。如图4所示，采用纯银大大降低了吸收体的耗尽速度，将改进的GRCA36(图2A)的有效核寿命延长至约15到20年，或约10到13个18月循环。这不仅是对现有的银-铟-镉吸收体的前述仅约5年或3个18月循环的有效核寿命的显著改进，而且示例性的纯银吸收体110也有利地以相对平缓的基本线性方式耗尽，与银-铟-镉吸收体112的快速的指数方式耗尽相反。示例性吸收体110延长的有效寿命使得改进的GRCA36(图2A)能够达到需要的控制棒寿命的要求。例如，它使GRCA36能够在反应堆堆芯中长时间操作，可达约半个操作循环或更长的时间。
为成功地采用本发明的示例性纯银吸收体110，还须克服多个障碍。事实上，由于银的某些特性，已知当暴露于辐射中时会产生不希望的结果，例如，高的通量和由此造成的银膨胀，采用纯银吸收体对本领域技术人员来说某种程度上有些与直觉不一样。更详细地说，如前所讨论的，因为银比镉和铟具有更高的通量(如吸收能力)，当插入堆芯并暴露于辐射中时，银就会产生最大的膨胀量，并且，也如前所述的，这种银膨胀在包壳中产生不希望的应变直到包壳最终破裂。作为后果，尤其是，这会导致对反应堆冷却剂流体的污染。因此，如将讨论的，作为本发明的改进的GRCA36的另一方面，GRCA36的灰棒组件34被重新设计，并且组件36中的示例性吸收体110的配置将修改，以便解决并克服银的前述不希望有的特性，并且同时利用其带来的优点(如改善的耗尽速度)。
图5和6示出了本发明的改进的灰棒组件34。如图5所示，灰棒组件34一般包括第一端40，当定位在堆芯(图1)中时，该第一端40是底端；和第二端42(如图1的前视图中的顶端)。第一端或底端40具有锥形的端塞44。这种锥形的设计便于引导棒34插入燃料组件10(图1)的导向套管18(图1)中。第二端或顶端42具有一个顶端塞46，其构造成能以已知方式(如互补的公/母螺纹紧固装置，但不限于此)接合并固定到星形组件39(图2A最好地示出)。细长的管状元件48在顶部和底部端塞46、44间延伸。示例性管状元件48是由304不锈钢制成的不锈钢管48，尽管还可以用其他已知的或适合的替代材料制造该管。在此示出并讨论的例子中，管48的外径50约为0.38英寸(0.97厘米)，棒34从底端塞44的顶部至顶端塞46的底部的总长度52约为171.84英寸(436.49厘米)。然而，可以理解，本发明的构思对在各种反应堆中使用的具有任何适当长度和宽度的棒同样适用。
吸收体材料110(如纯银)一般放置在管48的下半部分，以使吸收体110的表面积与已知吸收体如前面讨论的银-铟-镉吸收体相比减少了。详细来说，如在图6所示的剖面图最佳示出的，示例性纯银吸收体110的直径54远小于棒管48的外径50，而现有的银-铟-镉吸收体(未图示)的直径基本等于棒管48的内径(未标出)。这种减小的吸收体直径54大大减少了吸收体110暴露的表面积。尽管吸收体的长度56(图5)可能会增加(与现有的银-铟-镉吸收体(未图示)相比)，这确实存在，因为吸收体110直径54的显著降低优于长度56任何极小的增加，如π×d×L的表面积关系式所决定的，其中d为吸收体110的直径54，L为吸收体110的长度56。在图5的例子中，吸收体110的长度56约为166英寸(421.64厘米)，尽管灰棒34可以具有其他尺寸，该尺寸可以变化而不偏离本发明的范围。本发明的吸收体110减少的表面积作为克服银暴露于辐射中产生的负面效果(如银膨胀和其导致的套管破裂)的一种手段。
用于例如防止银过度膨胀的第二种措施是增加保护性套筒或支撑管58，如图所示该保护性套筒或支撑管58一般用于封装吸收体110。详细地说，支撑管58具有相对厚的壁厚60，该壁厚大于管48的壁厚。因此，支撑管58具有相关的较高的强度，能够抵抗吸收体110向外膨胀并抵抗由此形成的包壳上的应变。相反地，示例性支撑管58对吸收体110施加向内的压力，或包含吸收体110，从而可以抵抗膨胀。示例性支撑管58由不锈钢制成，如304不锈钢，尽管也可以采用任何其他已知的或适当的材料。考虑到前述内容，示例性吸收体110和灰棒组件34不仅通过增加示例性支撑管58的强度提供了机械方面的优点，而且通过使吸收体表面积最小化及由此使暴露于辐射的银的量最小化提供了额外的核方面的优点，这就使得特定的功率水平下所产生热量减少。这反过来又会抑制体积沸腾(如将要讨论的)。
因此，本发明的示例性灰棒组件34通过使用基本纯的银吸收体110延长了核寿命。除了前述的在高局部功率密度的情况下克服体积沸腾和抵抗吸收体膨胀及其导致的包壳破裂之外，本发明的GRCA整体设计36还改善了棒操纵时的线性加热速度的裕度。详细地说，示例性GRCA将吸收体110分布于控制组件36的所有24根棒34中，而不是将其吸收体仅局限于4根棒中，如前讨论的现有的AP1000设计。在所有的GRCA棒34中分配吸收体110降低了当GRCA36从堆芯中移出时造成的局部燃料棒功率的变化(ΔP)，这反过来改善了操作裕量。详细地说，将吸收体材料110分布于所有24根棒中减少了每根棒34中的吸收体110的量，这就减少了每根棒34中所产生的热量，且避免了在高局部功率密度条件下在套管18中产生体积沸腾的风险。与现有设计中的四个银-铟-镉吸收体相比，吸收体材料110的减少的精确量并不意味着对本发明加以限制。
考虑到前述内容，示例性灰棒组件34已被重新设计，以包括多个改进特征的组合，这些改进的特征例是支撑管58、包括基本纯的银的完全不同的吸收体材料110、显著减小的直径(如直径54)和吸收体110的减少量、以及在所有棒34中分布吸收体110。因此，通过减少每根棒34中的中子吸收体材料110的数量，以及通过在组件36的所有灰棒34中基本平均地分配吸收体材料110，本发明的GRCA36解决并基本克服了前述的本领域公知的缺点。参照图7和8将进一步理解和懂得示例性改进的GRCA设计36的优点。
图7是传统的燃料组件10’的八分之一的示意图或简图，为了和图8的示例性设计进行比较，图7显示了当传统的GRCA(未示出)从燃料组件10’中拔出时，套管18’周围的燃料棒22’所经受的局部功率较大的增加，所述套管预先容纳有吸收体棒(图7中未示出)。图7中示出的数字代表了响应于从燃料组件10’中拔出的GRCA棒功率变化的百分比。图中示出了已知的、局部化的吸收体的负面结果。详细地说，如图所示，毗邻容纳银-铟-镉吸收体的套管18’的燃料棒22’在功率变化时经历了孤立(isolated)的或局部的峰值。如前所讨论的，这种功率的急剧变化是不希望发生的，因为它产生了大量热，并因此导致了体积沸腾、膨胀和包壳破裂等问题。
图8验证了本发明的GRCA设计36(图2)可以克服这些问题。详细地说，比较图8和图7，图8中示出了棒拔出操作之后的燃料组件10的相同的八分之一部分，其中示例性GRCA36(图2)和灰棒34(图2、5和6)已从燃料组件10中取出。如图所示，容纳吸收体棒(图8中未示出)的套管18周围的燃料棒功率变化与图7的例子中的值相比有了显著的下降。详细地说，如图8的例子所示，本发明的GRCA36的棒功率变化的最大百分比约为8.9％。与图7所示的传统GRCA的约22％的棒功率变化相比，这是一个显著的改进。如上文中讨论的，这种改进很大一方面归功于吸收体棒34(图8中未示出)分布于所有24个套管位置18中的示例性分配方式，与只分布在四个套管位置18’中情况相反。例如，图7所示的燃料组件10’的八分之一部分中只有一个吸收体位置18’，而图8所示的示例性设计中示出了多个吸收体位置18。综合来说，基本纯的银吸收体110、每根棒34减少的吸收体尺寸、吸收体套筒或支撑管58、以及在本发明GRCA36的所有棒34中分布吸收体这些因素相结合，导致GRCA36的每根棒34的中子吸收能力减少了约六分之一，这因此减少了当GRCA36从组件10中拔出时造成局部棒功率的变化(ΔP)。应当理解，本发明的GRCA36的改进的特征可以单独应用或以任何已知的或适当的组合方式使用。例如，除在此讨论的示例性基本纯的银吸收体10之外的一种可选的吸收体材料可被应用在本发明的示例性的尺寸减少且平均分配的配置中，而不会偏离本发明的范围。
因此，本发明提供了一种改进的GRCA36，与其他优点一道，所述改进的GRCA36具有改善的耗尽速度和克服体积沸腾、抵抗银膨胀和包壳破裂。
尽管已经详细描述了本发明的特定实施例，本领域技术人员应当理解，在本发明公开内容的教导下可以对其细节进行各种修改和替代。因此，此处公开的特定的配置仅是说明性的而不是要限定本发明的保护范围，本发明的范围由所附的权利要求和任何及所有等同物所限定的最宽范围给出。
Claims (19)
1.一种用于核反应堆的棒控制组件的灰棒组件，所述核反应堆包括多个燃料组件，每个燃料组件都具有多根细长的核燃料棒和多个导向套管，这些核燃料棒由多个基本横向的支撑格架支撑在有序阵列中，所述多个导向套管穿过所述支撑格架并沿所述燃料棒设置，所述棒控制组件包括具有多个径向延伸的锚爪的星形组件，并构造成在其中一个所述导向套管中移动每一个灰棒组件，从而控制所述核反应堆产生功率的速度，所述灰棒组件包括：
具有第一端、第二端、外径和长度的细长的管状元件；
与所述细长的管状元件的第一端耦联的第一端塞，其构造成使所述细长的管状元件易于插入所述燃料组件的其中一个所述导向套管内；
与所述细长的管状元件的第二端耦联的第二端塞，其构造成耦联到所述棒控制组件的所述星形组件的其中一个所述径向延伸的锚爪上；
通常朝向所述细长的管状元件的第一端并放置在其中的中子吸收体，所述中子吸收体的直径基本上小于所述细长的管状元件的直径，且所述中子吸收体的长度短于细长的管状元件的长度，所述中子吸收体的直径沿着所述中子吸收体的长度基本上不变，从而当所述管状元件插入所述套管时使所述中子吸收体暴露在辐射中的表面积最小；和
支撑管，其构造成基本上沿所述中子吸收体的长度延伸以在所述细长的管状元件中包围所述中子吸收体，所述支撑管设置在所述中子吸收体和所述细长的管状元件之间，且构造成能够抵抗所述中子吸收体的膨胀。
2.如权利要求1所述的灰棒组件，其中所述中子吸收体包括基本纯的银吸收体材料。
3.如权利要求1所述的灰棒组件，其中所述中子吸收体基本同心地设置在所述细长的管状元件中；所述支撑管的壁厚基本由沿着中子 吸收体的长度延伸的所述吸收体的外径和所述细长的管状元件的内径之间的空间限定。
4.如权利要求3所述的灰棒组件，其中所述支撑管由不锈钢制成。
5.如权利要求3所述的灰棒组件，其中所述中子吸收体为基本纯的银，所述支撑管封装所述基本纯的银吸收体，从而抵抗其中的银膨胀。
6.一种用于核反应堆的改进的灰棒控制组件，所述核反应堆包括多个燃料组件，每个燃料组件都具有多根细长的核燃料棒和多个导向套管，这些核燃料棒由多个基本横向的支撑格架支撑在有序阵列中，所述多个导向套管穿过所述支撑格架并沿所述燃料棒设置，所述改进的灰棒控制组件包括：
具有多个径向延伸的锚爪的星形组件；和
耦联到所述星形组件的所述锚爪上的多个灰棒组件，所述星形组件构造成在其中一个所述导向套管中移动每一个灰棒组件，从而控制所述核反应堆产生功率的速度，其中每个所述灰棒组件包括：
具有第一端、第二端、外径和长度的细长的管状元件；
耦联到所述细长的管状元件的第一端的第一端塞，其构造成使所述细长的管状元件易于插入所述燃料组件的其中一个所述导向套管内；
耦联到所述细长的管状元件的第二端的第二端塞，其构造成耦联到所述星形组件的其中一个所述径向延伸的锚爪上；
通常朝向所述细长的管状元件的第一端并放置在其中的中子吸收体，所述中子吸收体的直径基本上小于细长的管状元件的直径，且所述中子吸收体的长度基本上短于细长的管状元件的长度，所述中子吸收体的直径沿着所述中子吸收体的长度基本上不变；和
在所述细长的管状元件中包围所述中子吸收体的支撑管，所述支撑管构造成基本上沿所述中子吸收体的长度延伸，从而当所述棒组件插入所述套管时抵抗所述中子吸收体的膨胀和所述套管的破裂。
7.如权利要求6所述的改进的灰棒控制组件，其中所述中子吸收 体分布在所述多个灰棒组件的所有所述灰棒组件中。
8.如权利要求7所述的改进的灰棒控制组件，其中所述多个灰棒组件包括24根灰棒；所述中子吸收体基本上平均分布于所述灰棒控制组件的所有24根灰棒中。
9.如权利要求6所述的改进的灰棒控制组件，其中所述中子吸收体包括基本纯的银吸收体材料。
10.如权利要求6所述的改进的灰棒控制组件，其中所述中子吸收体基本同心地设置在所述细长的管状元件中；所述支撑管的壁厚基本由沿着中子吸收体的长度延伸的所述吸收体的外径和所述细长的管状元件的内径之间的空间限定。
11.如权利要求10所述的改进的灰棒控制组件，其中所述支撑管由不锈钢制成。
12.如权利要求10所述的改进的灰棒控制组件，其中所述中子吸收体为基本纯的银，所述支撑管封装所述基本纯的银吸收体，从而抵抗其中的银膨胀。
13.一种用于核反应堆的燃料组件，所述燃料组件包括：
多根细长的核燃料棒，每根核燃料棒都具有延伸的轴向长度；
多个沿所述燃料棒的轴向长度间隔分布的基本横向的支撑格架，以便将所述燃料棒保持在有序阵列中；
多个穿过所述支撑格架并且沿所述燃料棒设置的导向套管；和
一个改进的灰棒控制组件，所述灰棒控制组件包括具有多个径向延伸的锚爪的星形组件，和耦联到所述锚爪上的多个灰棒组件，所述改进的灰棒控制组件构造成在其中一个所述导向套管中移动每一个所述灰棒组件，从而控制所述核反应堆产生功率的速度，其中每个所述灰棒组件包括：
具有第一端、第二端、外径和长度的细长的管状元件；
耦联到所述细长的管状元件的第一端上的第一端塞，所述第一端塞呈锥形，以使所述细长的管状元件易于插入所述燃料组件的其中一个所述导向套管内；
一端耦联到所述细长的管状元件的第二端的第二端塞，且第二端塞的另一端耦联到所述星形组件的其中一个所述径向延伸的锚爪上；
通常朝向所述细长的管状元件的第一端并放置在其中的中子吸收体，所述中子吸收体的直径基本上小于所述细长的管状元件的直径，且所述中子吸收体的长度基本上短于所述细长的管状元件的长度，所述中子吸收体的直径沿着所述中子吸收体的长度基本上不变；
设置在所述中子吸收体和所述细长的管状元件之间的支撑管，所述支撑管构造成基本上沿所述中子吸收体的长度延伸，从而将所述中子吸收体封装在所述管状元件中，以便抵抗所述中子吸收体的膨胀。
14.如权利要求13所述的燃料组件，其中所述中子吸收体分布在所述灰棒控制组件的所有所述灰棒组件中。
15.如权利要求14所述的燃料组件，其中所述多个灰棒组件包括24根灰棒组件；所述中子吸收体基本平均分布于所述灰棒控制组件的所有24根灰棒组件中。
16.如权利要求13所述的燃料组件，其中所述中子吸收体包括基本纯的银吸收体材料。
17.如权利要求13所述的燃料组件，其中所述中子吸收体基本同心地设置在所述细长的管状元件中；所述支撑管的壁厚基本由沿着中子吸收体的长度延伸的所述吸收体的外径和所述细长的管状元件的内径之间的空间限定。
18.如权利要求17所述的燃料组件，其中所述支撑管由不锈钢制成。
19.如权利要求17所述的燃料组件，其中所述中子吸收体为基本纯的银吸收体，所述支撑管封装所述吸收体，从而抵抗其中的银膨胀。
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Assignee: State Nuclear Technology Corporation Assignor: Westinghouse technologies licensing Co Contract record no.: 2011990001135 Denomination of invention: Advanced gray rod control assembly License type: Common License Open date: 20080716 Record date: 20111230 |
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