CN107134298A - 一种紧凑型反应堆堆芯和功率展平方法 - Google Patents

一种紧凑型反应堆堆芯和功率展平方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型反应堆堆芯和功率展平方法，包括若干燃料层、若干反射层和屏蔽层，其中，所述若干燃料层与反射层在屏蔽层内侧依次交替布置，以实现堆芯的紧凑性和堆芯功率在燃料层内均匀分布。反应堆使用液态金属进行冷却，采用慢化效果好的反射材料，从而在燃料区形成快热混合能谱，实现堆的紧凑性以及深燃耗；通过调整反射层的厚度或大小，实现堆芯功率的均匀分布。该堆芯功率展平好，中子利用率高，结构布局简单，具有布局紧凑，燃耗深度大，续航能力强等特点。

Description

一种紧凑型反应堆堆芯和功率展平方法
技术领域
本发明涉及一种核反应堆堆芯设计，具体涉及一种紧凑型反应堆堆芯和反应堆堆芯的功率展平方法。
背景技术
目前世界和中国均面临化石能源枯竭所导致的能源危机和化石燃料燃烧所衍生的温室效应问题。为应对能源世界的这一严峻局面，世界各国均非常重视发展可再生能源和新能源。考虑所有综合因素后，核能影响环境程度小，且核电厂能提供连续的电力需求，并不受气候影响，加之核燃料运输与储存方便、发电成本稳定、核电技术与产业化成熟等优势，核能被公认为是目前最有希望可大规模代替化石能源的一次能源，并得到大力发展。
目前，小型反应堆已经备受世界各国的关注和青睐，国际原子能机构也鼓励发展和利用安全性能高，系统构筑物可靠、投资相对较小的中小型反应堆。特别是为了满足海岛海洋平台、偏远地区分布式供电需求，则需要发展迷你型核电装置，因此发展紧凑型反应堆变得至关重要。
反应堆的功率输出是由传热能力来决定的，因此局部的功率峰值会限制整个反应堆的输出功率，为了尽可能提高反应堆的总输出功率，就需要进行功率展平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率分布均匀的紧凑型反应堆堆芯。
本发明的目的还在于提供一种反应堆堆芯的功率展平方法，以在实现堆芯的紧凑性的基础上，实现功率的均匀分布。
为此，本发明提供了一种紧凑型反应堆堆芯，包括若干燃料层、若干反射层和屏蔽层，其中，所述若干燃料层与反射层在屏蔽层内侧依次交替布置，以实现堆芯的紧凑性和堆芯功率在燃料层内均匀分布。
进一步地，上述燃料层使用液态金属进行冷却。
进一步地，上述燃料层与反射层沿径向方向交替布置或沿环向方向交替布置。
进一步地，上述燃料层与反射层沿径向方向环形交替布置或沿环向方向扇形交替布置。
进一步地，上述燃料层与所述反射层沿环向、径向混合交替布置。
进一步地，上述反射层为以慢化效果作为选材指标的液态或固态的反射材料。
根据本发明的另一方面，提供了一种反应堆堆芯的功率展平方法，包括：选用根据上面所描述的紧凑型反应堆堆芯作为反应堆堆芯，通过调整所述反射层厚度或大小来调整堆芯功率在所述燃料层内的均匀分布性。
进一步地，通过提高反射层的反射材料的慢化效果，以在燃料区形成快热混合能谱，实现堆的紧凑性以及深燃耗。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)、根据本发明的紧凑型堆芯布置，可以为迷你型核电装置堆芯布置提供参考；
(2)本发明提供的紧凑型堆芯功率分布均匀，有利于提高反应堆的总输出功率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明一实施例的环形交替布置堆芯平面图；
图2是根据本发明一实施例的扇形交替布置堆芯平面图；以及
图3是根据本发明一实施例的环形交替布置的功率分布图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提出反射层和燃料层的交替布置的一种反应堆堆芯，其一方面利用堆芯燃料层内形成的快热混合能谱实现堆芯的紧凑性以及深燃耗，同时实现了中子通量在燃料层内展平，实现了功率的均匀分布。
图1至图3示出了根据本发明的一些实施例。
如图1所示，本发明的堆芯主要由若干燃料层1、若干反射层2、屏蔽层3组成，所述若干燃料层1与反射层2在屏蔽层3内侧依次交替布置，从而实现堆芯的紧凑性以及堆芯功率在燃料层内的均匀分布。
其中，燃料层1主要用于裂变产能；反射层2一方面用于将燃料层1泄露出的中子反射回燃料层1继续用于裂变产能，另一方面用于中子慢化；屏蔽层在燃料层和反射层之外，用于屏蔽中子、光子等，以保证反应堆的放射性物质不外泄。
其中，反射层2采用慢化效果好的反射材料，可以为固态慢化材料，也可以为液态慢化材料。一方面将燃料层1泄露出来的中子反射回燃料层1，提高中子利用率；另一方面对中子进行慢化，在燃料层形成快热混合能谱，利用中低能中子提高燃料的裂变率，从而使反应堆更容易达到临界，实现反应堆的紧凑性小型化。
燃料层1和反射层2的排布上可以采用径向方向的交替布置，如图1所示为环形交替布置；也可以采用环向方向的交替布置，如图2所示为扇形交替布置；也可采用环形、径向交替布置方式。通过调节反射层2的厚度或大小，实现中子通量在各燃料层1内的展平，从而实现功率在燃料层内的均匀分布。
图3为采用如图1中所示的燃料、反射层环形交替布置的一个具体实例的功率分布图，实例中燃料层共三层，每层包含两圈燃料棒，将其功率分布的结果与燃料层一体化的功率分布结果做了对比。从图中可以看到，对于燃料层一体化的分布，其边缘的燃料棒的功率比较高，中间燃料棒的功率比较低，即整体功率分布非常不均匀；对于燃料层、反射层分层布置的情况，其各圈燃料棒上的功率分布式比较一致的，即本发明所示堆芯布置功率分布确实是比较均匀的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种紧凑型反应堆堆芯，其特征在于，包括若干燃料层(1)、若干反射层(2)和屏蔽层(3)，其中，所述若干燃料层(1)与反射层(2)在屏蔽层(3)内侧依次交替布置，以实现堆芯的紧凑性和堆芯功率在燃料层内均匀分布。
2.根据权利要求1所述的紧凑型反应堆堆芯，其特征在于，所述燃料层(1)使用液态金属进行冷却。
3.根据权利要求1所述的紧凑型反应堆堆芯，其特征在于，所述燃料层(1)与反射层(2)沿径向方向交替布置或沿环向方向交替布置。
4.根据权利要求3所述的紧凑型反应堆堆芯，其特征在于，所述燃料层(1)与反射层(2)沿径向方向环形交替布置或沿环向方向扇形交替布置。
5.根据权利要求1所述的紧凑型反应堆堆芯，其特征在于，所述燃料层(1)与所述反射层(2)沿环向、径向混合交替布置。
6.根据权利要求1所述的紧凑型反应堆堆芯，其特征在于，所述反射层(2)为以慢化效果作为选材指标的液态或固态的反射材料。
7.一种反应堆堆芯的功率展平方法，其特征在于，包括：选用根据权利要求1至6中任一项所述的紧凑型反应堆堆芯作为反应堆堆芯，通过调整所述反射层(2)厚度或大小来调整堆芯功率在所述燃料层(1)内的均匀分布性。
8.根据权利要求7所述的反应堆堆芯的功率展平方法，其特征在于，通过提高反射层(2)反射材料的慢化效果，以在燃料区形成快热混合能谱，实现堆的紧凑性以及深燃耗。
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