CN103474100A - 采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核反应堆设计技术领域，具体涉及一种采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯。该堆芯包括燃料组件、第一套控制棒、第二套控制棒和铍组件；若干个燃料组件呈环形紧凑布置；若干根第一套控制棒间隔布置在燃料组件之间；紧挨燃料组件环形区域的外侧水平布置有2根第二套控制棒，紧挨燃料组件环形区域的内侧与水平方向呈45°对角布置有2根第二套控制棒；在上述组成部件之间布置有若干个六边形铍组件，形成完整的圆形堆芯。本发明所述采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，当第一套控制棒卡在临界棒位无法实现停堆动作时，可以通过第二套控制棒实现快速停堆，并维持长期冷停堆，保障堆芯安全性。

Description

采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯
技术领域
本发明属于核反应堆设计技术领域，具体涉及一种采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯。
背景技术
反应堆相关安全法规中要求，停堆手段必须由两个不同的系统组成。第二套停堆系统是防止反应堆保护系统停堆失效的纵深防御手段。两个系统中，至少有一个系统能在单一故障情况下独立行使使反应堆从运行工况和事故工况迅速进入有足够深度的次临界的功能。即使在堆芯具有最大后备反应性情况下，两个系统中至少有一个系统能独立使反应堆从正常运行工况进入次临界，并以足够的深度和高的可靠度保持次临界状态。
堆芯需设置第二套停堆系统，保证拥有两套系统能独立使反应堆从正常运行工况进入次临界，并以足够的停堆深度和高的可靠度保持次临界状态，维持安全停堆，保障堆芯安全。第二套停堆系统的设计目标为：在临界运行、第一套停堆系统拒绝动作时，能够快速将堆芯带至次临界状态；在反应堆重返临界前，可以补偿氙毒消耗等所引入的正反应性，使反应堆长期维持冷停堆状态。
国际上的主流堆型中，第一套停堆系统基本均采用机械控制棒系统，而第二套停堆系统的设置则种类较多。动力堆中，第二套停堆系统一般选用毒物注入系统，例如，沸水堆核设计准则ANSI/ANS-52.1中规定采用毒物注入系统作为第二套停堆系统；压水堆核电站一般采用硼溶液注入系统；先进重水堆ACR-1000采用硝酸钆溶液注入系统作为2号停堆系统（SDS2）。相比于动力堆，研究试验堆的功率水平较低，安全规定中对第二套停堆系统的要求并不严格，很多早期设计建造的研究试验堆并没有明确设置第二套停堆系统。但是，随着各方面对核反应堆安全越来越重视，对堆芯安全系统设置的要求也越来越严格，新建的试验堆均必须设置第二套停堆系统，例如，新建的中国先进研究堆CARR堆，利用重水作为堆芯反射层，采用重水排放停堆系统作为第二套停堆系统，法国的JHR堆采用硼溶液注入系统作为第二套停堆系统。
CARR堆由于采用重水作为堆芯反射层，重水对堆芯反应性有着显著的贡献，因此可以采用重水排放系统作为第二套停堆系统。但在发生ATWS（未能紧急停堆的预期瞬态）事故时，为保证反应堆安全，要求第二套停堆系统排放重水引入负反应性必须有足够的速率，这一要求给回路设计和结构设计带来了很大的困难，对重水排放阀的要求很高，必须设计其他装置来缓解ATWS事故。JHR堆采用硼溶液注入系统作为第二套停堆系统，可保证在ATWS事故下的安全停堆。但在发生ATWS事故时，甚或由于可能发生的误操作，硼酸溶液一旦注入堆芯，整个反应堆，包括堆芯内的燃料组件，则面临全部报废的危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，通过第二套控制棒实现快速停堆，并维持长期停堆，保障堆芯安全性。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，该堆芯包括燃料组件、第一套控制棒、第二套控制棒和铍组件；若干个燃料组件呈环形紧凑布置；若干根第一套控制棒间隔布置在燃料组件之间；紧挨燃料组件环形区域的外侧水平布置有2根第二套控制棒，紧挨燃料组件环形区域的内侧与水平方向呈45°对角布置有2根第二套控制棒；在上述组成部件之间布置有若干个六边形铍组件，形成完整的圆形堆芯。
所述燃料组件为六边形套管型燃料组件。
所述燃料组件环形区域的中心处布置有一个中辐照孔道或小辐照孔道。
紧挨燃料组件环形区域的外侧布置有若干个大辐照孔道、中辐照孔道、小辐照孔道。
所述第一套控制棒的数量为14根。
所述第一套控制棒按两行两列呈“井”字型间隔布置在燃料组件之间。
所述第一套控制棒采用磁阻马达型驱动机构。
所述第二套控制棒采用直线电机型驱动机构。
本发明所取得的有益效果为：
本发明所述采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，其第二套控制棒与第一套控制棒驱动原理不同，能够满足两套停堆系统的相互独立性，保证反应堆拥有两套独立的停堆系统以保障堆芯安全；
本发明所述采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，当第一套控制棒卡在临界棒位无法实现停堆动作时，可以通过第二套控制棒实现快速停堆，并维持长期冷停堆，保障堆芯安全性；
本发明所述采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，依靠第二套控制棒满足对反应性控制能力的要求。在发生ATWS事故，第一套控制棒卡在临界棒位无法实现停堆动作时，相比于CARR堆的重水排放停堆系统，可通过第二套控制棒快速将反应堆带至次临界状态并长期维持，保障堆芯安全；相对于JHR的硼溶液注入系统，可避免发生ATWS事故或误操作后向堆芯内注入硼溶液导致的对堆芯或燃料的损害，尽可能地保全堆芯和燃料组件。
附图说明
图1为本发明所述采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯示例I；
图2为本发明所述采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯示例II；
图中：1、钴靶；2、燃料组件；3、中辐照孔道；4、第一套控制棒；5、第二套控制棒；6、铍组件；7、大辐照孔道；8、小辐照孔道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1高热中子注量率堆芯、图2高快中子注量率堆芯所示，本发明所述采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯包括钴靶1、燃料组件2、中辐照孔道3、第一套控制棒4、第二套控制棒5、铍组件6、大辐照孔道7和小辐照孔道8；燃料组件2为六边形套管型燃料组件，若干个燃料组件2呈环形紧凑布置，在燃料组件2环形区域的中心处布置有一个中辐照孔道3（图1）或小辐照孔道8（图2），紧挨燃料组件2环形区域的外侧布置有若干个大辐照孔道7、中辐照孔道3、小辐照孔道8和钴靶1；14根第一套控制棒4按两行两列呈“井”字型间隔布置在燃料组件2之间，以方便沿水平、垂直方向打开控制棒导管支架，有利于堆芯维护、换料等操作；紧挨燃料组件2环形区域的外侧水平布置有2根第二套控制棒5，紧挨燃料组件2环形区域的内侧与水平方向呈45°对角布置有2根第二套控制棒5，以保证其满足反应性控制能力要求；在上述组成部件之间布置有若干个六边形铍组件6，形成完整的圆形堆芯，铍组件6作为慢化剂和反射层。
第一套控制棒4可采用磁阻马达型驱动机构；第二套控制棒5可采用直线电机型驱动机构，满足驱动原理不同的要求，保证其相互独立性。
由第二套控制棒5作为第二套停堆系统，其工作过程如下：反应堆功率运行状态下，当第一套控制棒4卡在临界棒位无法实现停堆动作时，通过插入第二套控制棒5实现快速停堆，并长期维持反应堆处于冷停堆状态。

Claims (8)

1.一种采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，其特征在于：该堆芯包括燃料组件（2）、第一套控制棒（4）、第二套控制棒（5）和铍组件（6）；若干个燃料组件（2）呈环形紧凑布置；若干根第一套控制棒（4）间隔布置在燃料组件（2）之间；紧挨燃料组件（2）环形区域的外侧水平布置有2根第二套控制棒（5），紧挨燃料组件（2）环形区域的内侧与水平方向呈45°对角布置有2根第二套控制棒（5）；在上述组成部件之间布置有若干个六边形铍组件（6），形成完整的圆形堆芯。
2.根据权利要求1所述的采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，其特征在于：所述燃料组件（2）为六边形套管型燃料组件。
3.根据权利要求1所述的采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，其特征在于：所述燃料组件（2）环形区域的中心处布置有一个中辐照孔道（3）或小辐照孔道（8）。
4.根据权利要求1所述的采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，其特征在于：紧挨燃料组件（2）环形区域的外侧布置有若干个大辐照孔道（7）、中辐照孔道（3）、小辐照孔道（8）。
5.根据权利要求1所述的采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，其特征在于：所述第一套控制棒（4）的数量为14根。
6.根据权利要求1所述的采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，其特征在于：所述第一套控制棒（4）按两行两列呈“井”字型间隔布置在燃料组件（2）之间。
7.根据权利要求1所述的采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，其特征在于：所述第一套控制棒（4）采用磁阻马达型驱动机构。
8.根据权利要求1所述的采用机械控制棒作为第二套停堆系统的堆芯，其特征在于：所述第二套控制棒（5）采用直线电机型驱动机构。
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