CN102956277A - 将影响反应性的介质加速馈送至重水慢化反应堆的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将影响反应性的介质、特别是吸收中子的介质加速馈送至重水慢化反应堆（5）、特别是压水反应堆中的系统和方法，该系统具有至少一个用于供给吸收中子的介质的供给罐（3）以及至少一个使反应堆（5）和/或减速剂罐与供给罐（3）在介质引导上和/或流体技术上相连的馈送管道（7），其中，在供给罐（3）与反应堆（5）和/或减速剂罐之间、在馈送管道（7）中设置有爆炸触发阀或爆炸驱动阀（6、10），即所谓的爆炸阀，用该爆炸阀可以快速而有效地触发将吸收中子的介质馈送至反应堆（5）和/或减速剂罐中的过程，特别是快速的硼馈送过程。

Description

将影响反应性的介质加速馈送至重水慢化反应堆的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于加速馈送影响反应性的介质、特别是诸如硼酸的吸收中子的介质的系统，用以控制反应性和/或快速关闭重水慢化反应堆，特别是根据权利要求1的前序部分所述的压水反应堆。另外，要求保护相应的方法。 

背景技术

一般已知，对于重水反应堆或压水反应堆，至少在使用地区德国，是通过驶入和驶出具有吸收中子的材料的控制元件或控制棒，特别是石墨棒，对反应堆核心的反应性进行控制。为在需要时通过反应堆保护系统快速关闭和/或在出现故障时快速关闭，控制棒或控制元件根据它们的物料通过作用于其上的重量或重力落入或陷入反应堆核心，或者通过例如压力空气冲击穿入核心。 

作为补充和替代，对于重水慢化反应堆类型，存在这样的可能，即，使作为减速剂起作用的重水突然地或在短时间内从减速剂罐中排出，由此，由于缺乏中子减速，结果导致链式反应在短时间内停滞。 

已知重水慢化反应堆，例如“加压重水慢化反应堆（PHWR）”，其具有这样的系统作为多样的快速关闭装置，该系统用于将硼酸或其它的吸收中子的介质快速地、尽可能无延迟地馈送至减速剂罐或反应堆核心。 

在对各种吸收介质、特别是硼酸进行馈送之后，该介质分布在反应堆核心或反应堆罐内，并由于所包含的硼的高吸收作用截面而吸收中子。经吸收的中子不再对链式反应作出贡献，由此使链式反应最终在短时间内停滞。 

在馈送硼酸或其它用于快速关闭链式反应的介质时这是重要 的，即，该馈送尽可能无延迟地并在短时间内根据需要进行。另外，经馈送的介质必须尽可能快速而均匀地在减速剂罐内分布，从而造成并确保快速地中断链式反应。 

已知的快速馈送硼酸的系统的配置由多重冗余设置结构构成，该设置结构具有硼酸水的供给罐、氮气的或其它的高压条件下气体的压力存储器以及馈送管道和保险片。在此，在常规运行状态下无压力地保存待馈送的介质，例如硼酸水，并且，该介质在需要时才置于压力条件下。这一点通过压力容器和供给罐之间的阀的开启来实现。供给罐通过馈送管道与反应堆压力容器相连。在馈送管道中有保险片。在常规运行期间，该保险片将硼酸水密封地与重水慢化反应堆中的减速剂水分离。 

如果供给罐中的压力升高，则保险片断裂并实现用于快速关闭的馈送。 

该结构的缺陷在于，相对慢的反应或相对长的反应时间，这是因为，在常规运行状态下不希望发生保险片的断裂，断裂在压力差相对高时才发生。然而该压力必须通过开启压力容器和供给罐之间的阀才能建立。总之，这样形成必要的过程链，以及必要的用于触发“快速”硼馈送的过程。另外，由于保险片的特异性能的断裂力学本质，该保险片不是在特定压力下断裂，而是以一定概率在一定压力区间内发生断裂，从而使本来的保险片具有一定的不精确性。对于陶瓷保险片，断裂概率通常通过Weibull分布方程来描述： 

其中，x＞0,α＞0,β＞0 

此外，必须考虑到直至断裂的额外延迟。对于重水慢化反应堆用这样的已知的设置不会造成、然而至少不能确保几乎无延迟的触发和在少于5ms的时间间隔内对吸收中子的介质的释放。因此，这具有巨大意义，这是因为，重水慢化反应堆，不同于轻水反应堆，鉴于减速剂具有反应性的正空穴系数，从而具有有效的安全理念。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种简单而有效地将吸收中子的介质 快速馈送至重水慢化反应堆、特别是压水堆中的可能方案，该方案能够以尽可能小的消耗来实现。 

通过具有权利要求1特征的系统实现了该方案。该系统的有利的设计方案和扩展方案在另外的权利要求和后续的说明书中给出。 

因此，本发明涉及将影响反应性的介质、特别是吸收中子的介质加速馈送至重水慢化反应堆、特别是压水反应堆中的系统，该系统具有至少一个供给罐，用于供给吸收中子的介质，以及至少一个馈送管道，用于在介质引导上和/或在流体技术上使反应堆、特别是反应堆压力容器与供给罐相连，其中，在供给罐和反应堆之间、在馈送管道中设置有爆炸触发阀或爆炸驱动阀，即所谓的爆炸阀，用该阀可以实现，快速而有效地触发将吸收中子的介质馈送至反应堆的过程，特别是快速硼馈送。 

在此，本发明的系统适合采用或使用爆炸触发阀和/或爆炸驱动阀，即所谓的“爆炸阀”，用以触发快速馈送各种吸收中子的介质，特别是硼或硼酸水或硼酸的馈送过程，其中，通过这类爆炸阀来代替已知结构和设置中的保险片以及至少一个装在蓄压器和供给罐之间的额外的阀。可以省略保险片和至少一个装入的阀。通过使用这样的爆炸阀，可以在重水慢化反应堆中相对于已知设置显著简化必要的连接技术，并且以毫秒范围在限定的接通时间点造成或实现对影响反应性的介质的快速馈送。 

在有利的实施方式中，在需要和/或要求对吸收中子的介质进行快速馈送时，例如，进行硼馈送时，在反应堆运行状态或对于运行的反应堆，在各个爆炸阀中，触发或点燃爆炸装料，该爆炸装料使弹体、特指柱销有针对性地或对齐地相对于所谓的剪切盖进行射击和/或加速，由此通过弹体、特别是通过柱销对该剪切盖进行剪切，从而爆炸阀本来的阀或其通道最终发生开启，而吸收中子的介质被释放或放出，流入反应堆。 

在另一设计方案中，在数毫秒内，特别是在少于5毫秒内，优选在3毫秒内可以造成爆炸阀的开启；和/或在数毫秒内，特别是在少于5毫秒内，优选在3毫秒内造成爆炸阀的开启。 

在另一实施方案中，爆炸阀的剪切盖在反应堆的正常运行状态下固定地、特别是不可拆卸地与各个管或馈送管道相连，或者与管和/或馈送管一体式形成。由此造成并确保吸收中子的介质、特别是硼酸水与反应堆压力容器之间的密封分离。 

在另一设计方案中，设置有至少一个蓄压器，特别是压力容器或压力罐，该蓄压器例如用一定压力的气体填充，通过该蓄压器或凭借该蓄压器，用预定的馈送压力对供给罐进行冲击或可以进行冲击。为调整预期的馈送压力，在压力容器和供给罐之间可以设置至少一个压力调整阀。 

爆炸阀的使用有利地实现了，供给罐始终维持在全馈送压力条件下，或以相应的馈送压力受到冲击，从而，在要求的情况下，在开启爆炸阀之后能够立即无时间延迟地直接引发并应用于馈送各种介质。 

由此，实现并形成了这样的系统，该系统用于通过至少一个给定的爆炸阀将吸收中子的介质快速馈送至重水慢化反应堆，该馈送过程中，供给罐中的供给介质处于始终存在的压力下，在爆炸阀的罐侧，实现了反应堆容器中的减速剂和供给罐中的馈送介质的密封分离。 

由于至少一个根据系统设置并装入的爆炸触发阀或爆炸驱动阀（爆炸阀）可以造成快速无延迟的，特别在数毫秒内、优选在3毫秒内在需要时直接触发馈送吸收中子的介质的过程，以及造成在触发之后通过高馈送压力快速馈送馈送介质的过程，该高馈送压力直接在阀处以及紧邻在供给罐中提供。 

此外，由于立即提供的高馈送压力，可以造成或实现馈送烟雾或吸收中子的介质烟雾在减速剂罐中的理想、快速分布，以及由此实现的馈送介质与减速剂在反应堆容器中的快速、理想的混合。 

另外，要求保护一种相应的方法，用于通过前述系统将吸收中子的介质快速馈送至重水慢化反应堆，特别是压水反应堆，其中，在至少一个供给罐中供给吸收中子的介质，该介质通过爆炸触发阀或爆炸驱动阀，即所谓的爆炸阀与减速剂罐或反应堆中的减速剂密封分离，并在供给罐一侧用馈送压进行冲击，该爆炸阀设置在供给罐与反 应堆之间的馈送管道中，馈送管道的各个部分用于使反应堆、特别是反应堆压力容器与供给罐实现介质导通连接，其中，在需要时通过触发爆炸装料来开启爆炸驱动阀或爆炸触发阀，并通过产生冲击的馈送压造成快速而有效地触发将吸收中子的介质馈送至反应堆的过程，特别是硼馈送过程。 

在此，本发明的方法适合采用或使用爆炸触发阀和/或爆炸驱动阀，即所谓的爆炸阀，用以触发快速馈送各种吸收中子的介质，特别是硼或硼酸水或硼酸的馈送过程。 

有利地，本发明的方法可以用于实施和采用前述系统。 

在有利的实施方式中，在反应堆运行状态或在运行的反应堆中，在需要和/或要求快速馈送影响反应性的介质、特别是吸收中子的介质时，例如在硼馈送时，在各个爆炸阀中触发或点燃爆炸装料，该装料使弹体、特别是柱销有针对性地或对齐地相对于所谓的剪切盖进行射击和/或加速，由此通过弹体，特别是通过柱销对该剪切盖进行剪切，而爆炸阀或其通道最后发生开启，而影响反应性的介质，特别是吸收中子的介质被释放或放出，进而流入反应堆。 

扩展地可以设置，该爆炸阀在数毫秒内，特别是在少于5毫秒内，优选在3毫秒内开启，而吸收中子的介质的通道被释放。 

在另一根据本方法的实施方式变体中，爆炸阀的剪切盖在反应堆的正常运行状态下固定地，特别是不可拆卸地与各个管或馈送管道相连，或者与管和/或在管上一体式设置。由此制造或造成并确保吸收中子的介质、特别是硼酸水与反应堆压力容器和/或处于其中减速剂之间的密封分离。 

在另一有利的实施方式中，供给罐始终维持在全馈送压力条件下或以相应的馈送压力受到冲击，从而，该压力在供给罐一侧还对爆炸阀形成冲击，并紧临该爆炸阀，并在要求的情况下，在开启爆炸阀之后立即无时间延迟地直接引发馈送各种介质，和/或提供并应用于将介质馈送至减速剂罐中。 

扩展地可以设置，凭借立即提供的高馈送压力，使馈送烟雾理想地快速分布，或者，使吸收中子的介质烟雾在减速剂罐或反应堆中 理想地快速分布，而且，由此使馈送介质与减速剂在反应堆中有效而均质地混合，即，在短时间内以相对小的消耗均匀混合。 

此外，本发明同样还包括并要求保护前述系统的和/或重水慢化反应堆、特别是压水反应堆的供硼系统中的爆炸阀的用途，用于加速馈送或快速馈送硼、硼酸水或硼酸。 

附图说明

凭借附图和实施例阐明了本发明有利的设计方案和扩展方案。 

图1示出了公知的用于重水慢化反应堆的、具有保险片的供硼系统的配置； 

图2示例性地示出了根据本发明的利用爆炸触发阀将硼酸水快速馈送至重水慢化反应堆的系统； 

图3示例性地示出了根据本发明的利用爆炸触发阀以及额外的保险片将硼酸水快速馈送至重水慢化反应堆的系统； 

图4示例性地示出了所设计的爆炸触发阀。 

具体实施方式

图1示出了迄今已知的配置的图示。该配置或设置包括反应堆5、供给罐3、蓄压器1以及至少一个阀2和保险片4以及至少一个馈送管道7，该馈送管道将所有部件1、2、3、4、5在流体技术上并且在介质引导上彼此相连。蓄压器1通过一个或多个阀2与供给罐3分离。在开启阀2时在保险片4之前形成高压，该高压最终使保险片发生断裂，从而将介质馈送至反应堆5。 

图2示出了根据本发明形成的系统的实施变体。在此不设由图1已知的阀2，从而使供给罐3始终处于与蓄压器1相同的压力下。在通向反应堆5的馈送管道7中，代替保险片4存在一个爆炸阀6。与此前的图1的实施例中的保险片4相类似，爆炸阀6在常规操作状态将反应堆介质和馈送介质密封地分离。而爆炸阀6经受全部的馈送压差。在需要时，点燃爆炸装料，并且，爆炸阀开启它的通道，而且，馈送介质几乎无延迟地馈送进来。 

图3示出了另一设计变体，其中，作为此前的图2的实施例的补充，在爆炸阀6和反应堆5之间又存在一个保险片4a。这里，在爆炸阀6和保险片4a之间的管道例如用硼酸水（馈送介质）充满。由于水的不可压缩性，爆炸阀6开启之后，几乎无延迟地在保险片4a处生成全压力差，从而使保险片无延迟地断裂并进行馈送。该实施方式的优势在于，可以与反应堆5相对远离地安装爆炸阀6。由此在某些情况下简化了维护工作。

图4示例性地示出了爆炸触发阀或爆炸驱动阀10，即所谓的爆炸阀，该阀设置在供给罐3和重水慢化反应堆5之间的馈送管道7之中，用该阀可以快速而有效地触发将吸收中子的介质馈送至各个反应堆5的过程，特别是快速的硼馈送。 

爆炸阀10设置有爆炸装料12，当被触发或点燃时，该爆炸装料使弹体14、特别指柱销有针对性地或对齐地相对于所谓的剪切盖16进行射击和/或加速，由此通过弹体14，特别是通过柱销对该剪切盖16进行剪切，而爆炸阀本来的阀或其通道18最后发生开启，而吸收中子的介质被释放或放出，流入反应堆5。 

爆炸阀10的开启在此在数毫秒内，优选在3毫秒内发生。 

爆炸阀10的剪切盖16在反应堆5的正常运行状态下固定地，特别是不可拆卸地与各个管或馈送管道7相连，或者与管和/或馈送管道一体式形成。由此造成并确保吸收中子的介质、特别是硼酸水与反应堆压力容器之间的分离。 

只要不产生矛盾，本发明在此包括优选实施方式的任意组合，也包括单个设计特征和扩展方案。 

Claims (13)

1.一种用于将影响反应性的介质、特别是吸收中子的介质加速馈送至重水慢化反应堆（5）、特别是压水反应堆中的系统，所述系统具有至少一个用于供给吸收中子的介质的供给罐（3）以及至少一个将反应堆（5）和/或减速剂罐与供给罐（3）在介质引导上和/或流体技术上连接的馈送管道（7），其中，在供给罐（3）与反应堆（5）和/或减速剂罐之间、在馈送管道（7）中设置有爆炸触发阀或爆炸驱动阀（6、10），即所谓的爆炸阀，用所述爆炸阀能够快速而有效地触发将吸收中子的介质馈送至反应堆（5）和/或减速剂罐中的过程，特别是指快速的硼馈送过程。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设置并装入至少一个爆炸触发阀和/或爆炸驱动阀（6、10），用于触发快速馈送各种吸收中子的介质、特别是馈送硼或硼酸水或硼酸，其中，在需要或要求快速馈送吸收中子的介质时，在反应堆运行状态，触发或点燃设置在各个爆炸阀（6、10）中的爆炸装料（12），所述爆炸装料使弹体（14）朝向所谓的剪切盖（16）进行射击和/或加速，由此通过弹体（14）对该剪切盖（16）进行剪切，而通道（18）发生开启，而吸收中子的介质被释放或放出，进而流入反应堆（5）和/或减速剂罐。

3.根据前述任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述爆炸阀（6、10）在数毫秒内，特别是少于5毫秒内，优选在3毫秒内被触发并释放所述爆炸阀的通道（18）。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述爆炸阀（6、10）的剪切盖（16）在反应堆（5）的正常运行状态下固定地，特别是不可拆卸地与各个管或馈送管道（7）相连，或者与管和/或馈送管道（7）一体式形成，和/或造成并确保吸收中子的介质、特别是硼酸水与反应堆（5）和/或减速剂罐之间的密封分离。

5.根据前述任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述供给罐（3），特别是在反应堆运行状态下，始终处于全馈送压力条件下和/或始终以全馈送压力受到冲击，从而，所述压力在要求的情况下和/或在开启爆炸阀（6、10）之后能够立即无时间延迟地直接引发并应用于馈送各种介质。

6.根据前述任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，由于立即提供的高馈送压力，能够造成或实现馈送烟雾或者影响反应性和/或吸收中子的介质烟雾在减速剂罐或反应堆（5）中理想、快速的分布，以及由此能够造成或实现馈送介质与减速剂在反应堆容器中的快速、理想的混合。

7.一种用于将影响反应性的介质、特别是吸收中子的介质加速馈送至重水慢化反应堆（5）、特别是压水反应堆中的方法，其中，在至少一个供给罐（3）中供给影响反应性和/或吸收中子的介质，所述介质通过爆炸触发阀或爆炸驱动阀（6、10）、即所谓的爆炸阀与在减速剂罐或反应堆（5）中的减速剂密封分离，并在供给罐一侧用馈送压力进行冲击，所述爆炸阀设置在供给罐（3）与反应堆（5）之间的馈送管道（7）中，所述馈送管道的各个部分用于使反应堆（5）、特别是反应堆压力容器与供给罐（3）实现介质导通连接，其中，在需要时通过触发爆炸装料（12）来开启爆炸驱动阀或爆炸触发阀（6、10），并通过产生冲击的馈送压力造成：快速而有效地触发将影响反应性的介质和/或吸收中子的介质馈送至反应堆（5）的过程，特别是快速硼馈送过程。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在需要和/或要求快速馈送吸收中子的介质时，例如在硼馈送时，在反应堆运行状态或在运行的反应堆（5）中，在各个爆炸阀（6、10）中触发或点燃爆炸装料（12），由此使弹体（14）、特别是柱销有针对性地或对齐地相对于所谓的剪切盖（16）进行射击和/或加速，由此通过弹体（14）、特别是通过柱销对所述剪切盖进行剪切，而爆炸阀（6、10）或爆炸阀通道最后发生开启，从而吸收中子的介质被释放或放出，进而流入反应堆（5）。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述爆炸阀（6、10）在数毫秒内，特别是在少于5毫秒内，优选在3毫秒内开启，而吸收中子的介质的通道被释放。

10.根据权利要求7至9的任意一项所述的方法，其特征在于，所述爆炸阀（6、10）的剪切盖（16）在反应堆（5）的正常运行状态下固定地、特别是不可拆卸地与各个管或馈送管道（7）相连，或者与管和/或在管上一体式设置，由此制造或造成并确保影响反应性的介质和/或吸收中子的介质、特别是硼酸水与反应堆压力容器和/或处于其中减速剂之间的密封分离。

11.根据权利要求7至10的任意一项所述的方法，其特征在于，所述供给罐（3）始终维持在全馈送压力条件下和/或以相应的馈送压力受到冲击，从而，所述压力在供给罐一侧还对爆炸阀（6、10）形成冲击，并紧临所述爆炸阀；并在要求的情况下，在开启爆炸阀之后立即无时间延迟地直接引发馈送各种介质，和/或提供并应用于将介质馈送至减速剂罐中。

12.根据权利要求7至11的任意一项所述的方法，其特征在于，凭借立即提供的高馈送压力，使馈送烟雾理想地快速分布，和/或使影响反应性的介质和/或吸收中子的介质的烟雾在减速剂罐或反应堆（5）中理想而快速地分布，而且，由此使馈送介质与减速剂在反应堆容器中有效而均质地混合，即，在短时间内以相对小的消耗均匀混合。

13.至少一个爆炸触发阀和/或爆炸驱动阀（6、10）、即所谓的爆炸阀的用途，用于触发将各种吸收中子的介质、特别是硼、硼酸水或硼酸快速馈送至重水慢化反应堆（5）的过程。

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