CN103021479B - 一种适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核材料反应性抑制系统设计，具体涉及一种适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统。该系统包括毒物贮存子系统，用于贮存可溶性钆盐、非附着性含钆颗粒及附着性含钆颗粒；毒物注入子系统，用于实现毒物的溶解及向目标的高压或常压注入；移动子系统，用于将系统转移至合适地点，提高系统在事故工况下的可用性和有效性。本发明能够在事故工况下为系统提供大量的有效中子毒物，保证系统具有足够的次临界深度。

Description

一种适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统
技术领域
本发明属于核材料反应性抑制系统设计，具体涉及一种适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统。
背景技术
核材料的临界安全是核安全的基石，是所有工艺、方法及系统必须确保的安全前提。无论处于任何工况，需要采取何种手段，最终付出多大代价，临界安全都必须得到保证，否则间歇或连续发生的核材料链式反应将造成无法估量的损失。本发明寻求构建一种适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，以期在事故情况下为系统提供大量的有效中子毒物，保证系统具有足够的次临界深度。元素钆具有自然界已知所有物质中最大的热中子吸收截面，具有强烈的反应性抑制作用，本发明采用钆盐及含钆的颗粒作为注入物，可以迅速降低核材料的临界风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，以期在事故情况下为系统提供大量的有效中子毒物，保证系统具有足够的次临界深度。
本发明的技术方案如下：一种适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，包括：
毒物贮存子系统，用于贮存可溶性钆盐、非附着性含钆颗粒及附着性含钆颗粒；
毒物注入子系统，用于实现毒物的溶解及向目标的高压或常压注入；
移动子系统，用于将系统转移至合适地点，提高系统在事故工况下的可用性和有效性。
进一步，如上所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其中，所述的毒物贮存子系统，具有三个相互独立的容器，分别是可溶性钆盐贮存罐、非附着性含钆颗粒贮存罐及附着性含钆颗粒贮存罐，各贮存罐中贮存有相应种类的中子毒物。
更进一步，所述的附着性含钆颗粒贮存罐中贮存有具有机械附着性或热附着性的含钆颗粒，机械附着性含钆颗粒可以附着于核材料破损表面及熔融物间隙内；热附着性含钆颗粒可在高温溶液中发生胶化，粘附于热源表面。
进一步，如上所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其中，所述的毒物注入子系统包括增压气体储存罐、盐及颗粒溶解乳化装置、溶液及悬浊液中间贮存罐和注入管道及接头；毒物贮存子系统的各贮存罐分别与盐及颗粒溶解乳化装置连接。
更进一步，所述的增压气体储存罐中充有不易被活化且具有较大的中子吸收截面的压缩气体。
所述的盐及颗粒溶解乳化装置具有引射混合器，利用增压气体储存罐提供的气体高压引射毒物贮存子系统中的中子毒物，使之与溶剂混合形成浓度较高的备用溶液或悬浊液。
所述的溶液及悬浊液中间贮存罐由增压气体储存罐增压，具有足够容纳一次注入所需的备用溶液或悬浊液的体积空间；除备用溶液或悬浊液溶液进入溶液及悬浊液中间贮存罐的过程以外，溶液及悬浊液中间贮存罐始终与盐及颗粒溶解乳化装置相隔离。
进一步，如上所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其中，所述的移动子系统包括手动操作装置、远程操作装置和动力及行驶装置。
本发明的有益效果如下：本发明所提供的移动式核材料反应性抑制系统，能够在事故工况下为系统提供大量的有效中子毒物，保证系统具有足够的次临界深度，移动子系统可以将系统转移至合适地点，提高系统在事故工况下的可用性和有效性，确保了核电站及公众的安全。
附图说明
图1为系统结构示意图；
图2为反应堆一回路中子毒物注入工艺流程示意图；
图3为乏燃料水池中子毒物注入工艺流程示意图；
图4为钆（Gd）-157中子能量-中子微观截面曲线；
图5为硼（B）-10中子能量-中子微观截面曲线。
具体实施方式
本发明所提供的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统包括三个子系统：毒物贮存子系统，用于贮存可溶性钆盐、非附着性含钆颗粒及附着性含钆颗粒；毒物注入子系统，用于实现毒物的溶解及向目标的高压或常压注入；移动子系统，用于将系统转移至合适地点，提高系统在事故工况下的可用性和有效性。
下面以事故工况下，反应堆一回路中子毒物注入及乏燃料水池中子毒物注入为具体实施例，结合附图对本发明做进一步的详细说明。
元素钆具有自然界已知所有物质中最大的热中子吸收截面，具有强烈的反应性抑制作用，如图4及图5所示，钆-157（Gd-157）的热中子吸收截面为254080靶，硼-10（B-10）的热中子吸收截面为3840靶，本发明采用钆盐及含钆的颗粒作为注入物，可以迅速降低核材料的临界风险。
实施例
如图1所示，一种适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统由三个子系统构成，即：毒物贮存子系统1、毒物注入子系统2及移动子系统3组成。
毒物贮存子系统1，具有三个相互独立的容器，分别是可溶性钆盐贮存罐5、非附着性含钆颗粒贮存罐6及附着性含钆颗粒贮存罐7，贮存罐中贮存有相应种类的中子毒物。附着性含钆颗粒贮存罐7中贮存有具有机械附着性或热附着性的含钆颗粒，机械附着性颗粒可以附着于核材料破损表面及熔融物间隙内；热附着性颗粒可在高温溶液中发生胶化，粘附于热源表面。
毒物注入子系统2，具有增压气体储存罐8、盐及颗粒溶解乳化装置9、溶液及悬浊液中间贮存罐10和注入管道及接头11。增压气体储存罐8中充有压缩气体，如空气或氮气，这些气体不易被活化，本身具有较大的中子吸收截面。盐及颗粒溶解乳化装置9利用增压气体储存罐8提供的气体高压引射毒物贮存子系统1中的中子毒物，使之与溶剂混合形成浓度较高的备用溶液或悬浊液。盐及颗粒溶解乳化装置9具有引射混合器，可根据需要采用颗粒-溶剂混合模式或溶液-颗粒混合模式获得所需溶液或乳浊液。溶液及悬浊液中间贮存罐10，有足够的体积容纳一次注入所需的备用溶液或悬浊液，溶液及悬浊液中间贮存罐10与增压气体储存罐8通过管道连接，可由增压气体储存罐8增压。除备用溶液或悬浊液溶液进入溶液及悬浊液中间贮存罐10的过程以外，溶液及悬浊液中间贮存罐10始终与盐及颗粒溶解乳化装置9通过隔离阀相隔离。
移动子系统，具有手动操作装置、远程操作装置和动力及行驶装置。
如图2所示，事故工况下，反应堆一回路中子毒物注入的步骤主要包括：注入路径连接15，注入物选择16，晶体溶解17，颗粒预混18、19，压力判定20，注入模式选择（包括高压气罐增压21及直接流入22），附着度估计23，堆芯状态检测24及再注入必要性判定25。
事故工况下，操作人员首先判断反应堆是否存在临界风险，如果需要进行应急中子毒物注入，则进入注入路径连接15。此步骤中，移动式核材料反应性抑制系统通过移动子系统3，被人工或遥控转移至具有预留接头的一回路接入点，并借由手动或自动实现溶液及悬浊液中间贮存罐10与一回路的连接。
移动式核材料反应性抑制系统成功连接一回路后，需要根据事故的发展进程及临界风险程度进行注入物选择17至19。如果反应堆临界风险较低，且需顾及堆芯的复用性，可优先采用钆盐溶液注入；如果反应堆临界风险较大，但需顾及堆芯的复用性，可采用非附着性含钆乳浊液注入；如果反应堆燃料组件已出现破坏，甚至熔毁，则需使用附着性含钆乳浊液注入，此后堆芯将彻底毒化，无法复用。
注入物选定后，通过盐及颗粒溶解乳化装置9生成备用溶液或悬浊液，并贮存于溶液及悬浊液中间贮存罐10中。
当溶液及悬浊液中间贮存罐10中存有足够量的备用溶液或悬浊液后，该容器与盐及颗粒溶解乳化装置9隔离。此时，注入物准备工作完成。
注入物准备工作完成后，移动式核材料反应性抑制系统需根据一回路压力，决定是否对注入物进行增压，即：进行压力判定20。此时，溶液及悬浊液中间贮存罐10可由增压气体储存罐8增压。
溶液及悬浊液中间贮存罐10增压完成后，其与一回路的连接打开，中子毒物随即经高压推动注入一回路。
当溶液及悬浊液中间贮存罐10压力降低至指定阈值时，其与一回路的连接自动关闭，移动式核材料反应性抑制系统的一次注入完成。
移动式核材料反应性抑制系统完成一次注入后，需进行毒物颗粒附着度估计23及堆芯状态监测24，以确定再注入的必要性25。
如需再次注入，则重复上述步骤。
事故工况下，乏燃料水池中子毒物注入的步骤与上述反应堆一回路中子毒物注入步骤相近，但注入管线更易接入，毒物注入更易完成，此处不再详述，可参考图3所示过程。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，包括：
毒物贮存子系统(1)，用于贮存可溶性钆盐、非附着性含钆颗粒及附着性含钆颗粒；
毒物注入子系统(2)，用于实现毒物的溶解及向反应堆一回路或乏燃料水池的高压或常压注入；
移动子系统(3)，用于将系统转移至合适地点，提高系统在事故工况下的可用性和有效性。
2.如权利要求1所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其特征在于：所述的毒物贮存子系统(1)，具有三个相互独立的容器，分别是可溶性钆盐贮存罐(5)、非附着性含钆颗粒贮存罐(6)及附着性含钆颗粒贮存罐(7)，各贮存罐中贮存有相应种类的中子毒物。
3.如权利要求2所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其特征在于：所述的附着性含钆颗粒贮存罐(7)中贮存有具有机械附着性或热附着性的含钆颗粒，机械附着性含钆颗粒可以附着于核材料破损表面及熔融物间隙内；热附着性含钆颗粒可在高温溶液中发生胶化，粘附于热源表面。
4.如权利要求2所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其特征在于：所述的毒物注入子系统(2)包括增压气体储存罐(8)、盐及颗粒溶解乳化装置(9)、溶液及悬浊液中间贮存罐(10)和注入管道及接头(11)；毒物贮存子系统(1)的各贮存罐分别与盐及颗粒溶解乳化装置(9)连接。
5.如权利要求4所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其特征在于：所述的增压气体储存罐(8)中充有不易被活化且具有较大的中子吸收截面的压缩气体。
6.如权利要求4所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其特征在于：所述的盐及颗粒溶解乳化装置(9)具有引射混合器，利用增压气体储存罐提供的气体高压引射毒物贮存子系统中的中子毒物，使之与溶剂混合形成浓度较高的备用溶液或悬浊液。
7.如权利要求4所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其特征在于：所述的溶液及悬浊液中间贮存罐(10)由增压气体储存罐(8)增压，具有足够容纳一次注入所需的备用溶液或悬浊液的体积空间；除备用溶液或悬浊液溶液进入溶液及悬浊液中间贮存罐(10)的过程以外，溶液及悬浊液中间贮存罐(10)始终与盐及颗粒溶解乳化装置(9)相隔离。
8.如权利要求1所述的适用于事故工况的移动式核材料反应性抑制系统，其特征在于：所述的移动子系统(3)包括手动操作装置(12)、远程操作装置(13)和动力及行驶装置(14)。
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