CN107767968A - 反应堆及减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应堆及减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件，屏蔽燃料组件，包括格架；格架上形成有若干排栅格，栅格内设有屏蔽材料形成的棒状屏蔽件，以形成屏蔽，减少堆芯中子泄漏。屏蔽件起到屏蔽作用，用于降低堆芯外围组件的功率，以达到减少中子泄漏，提高堆芯中子使用效率，以及降低压力容器快中子注量等目的。另外，还能大幅减少压力容器所受中子注量，提高其使用寿命，降低了成本。

Description

反应堆及减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件

技术领域

本发明涉及核电领域，更具体地说，涉及一种反应堆及减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件。

背景技术

通常燃料组件主要由上管座、核堆芯部件压制组件、下管座、定位格架、导向管、仪表管(个别类型燃料组件无仪表管)和燃料棒组成。通常在一个17*17燃料组件内设置有264根燃料棒，在现有技术方案中，在同一个燃料组件内燃料棒的材料、结构和尺寸是完全相同的。

图1描述了目前核电站在现有技术方案中15*15反应堆堆芯内燃料组件布置及压力容器位置示意图。从反应堆中心线出发，径向依次有堆芯、围板、反射层水和成型板、吊篮、水层、热屏蔽、辐照监督管、水层、反应堆压力容器等，

压力容器(RPV)寿命主要取决于能量高于0.1MeV的快中子对其的辐照效应，而能量高于1MeV的快中子对材料的辐照损伤脆化起主导作用。通过对反应堆压力容器快中子注量进行计算及分析，可为反应堆压力容器的寿命评估提供相关依据。

首先通过记录压力容器内表面圆周方向的快中子注量率，确定快中子注量在圆周方向的最大值位置。图2给出了典型核电厂“40年末压力容器RPV内表面快中子注量圆周方向270-360度分布”示意图。从图2中可以看出，反应堆压力容器快中子注量峰值出现在圆周方向0°(即360°)位置，同时较大值都出现在该峰值附近较小角度内，其它角度为平缓谷底，峰值与平缓值差别超过一倍，峰值与谷底值差别甚至超过一倍以上。由于堆芯为1/4对称，另外三个角度90°、180°、270°同样为峰值位置。

根据上述分析，如果在压力容器快中子注量峰值角度附近布置特殊类型的燃料组件，通过降低其功率值，可以将压力容器快中子注量降低1/3或一半以上。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的反应堆及减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件，包括格架；

所述格架上形成有若干排栅格，所述栅格内设有屏蔽材料形成的棒状屏蔽件，以形成屏蔽，减少堆芯中子泄漏。

优选地，所述屏蔽件至少间隔分布在所述格架的一排栅格内。

优选地，所述屏蔽件在对应的所述格架的一排栅格内均有设置。

优选地，所述屏蔽件为不锈钢材质形成的不锈钢棒。

优选地，所述屏蔽件设置在所述格架的一边缘的栅格内。

优选地，所述格架的各边上的栅格内均设有屏蔽材料形成的屏蔽件。

优选地，所述格架的一边向与其相对的另一边排列有至少一排屏蔽件。

优选地，所述格架上的其他栅格内设有燃料棒。

优选地，所述格架上的屏蔽件和燃料棒的分布相对中线对称；或，相对中心中心对称。

优选地，所述格架上的栅格内全设有所述屏蔽件。

本发明还构造一种反应堆，包括压力容器和设置在所述压力容器内的堆芯，所述堆芯包括若干燃料组件，在压力容器内表面圆周方向排布的燃料组件中部分或全部为所述的屏蔽燃料组件。

优选地，所述屏蔽燃料组件设置在所述压力容器快中子注量峰值对应的峰值区间内。

实施本发明的反应堆及减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件，具有以下有益效果：屏蔽件起到屏蔽作用，用于降低堆芯外围组件的功率，以达到减少中子泄漏，提高堆芯中子使用效率，以及降低压力容器快中子注量等目的。另外，还能大幅减少压力容器所受中子注量，提高其使用寿命，降低了成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是核电站在现有技术方案中15X15反应堆堆芯内燃料组件布置及压力容器位置示意图；

图2是图1中的压力容器内表面快中子注量圆周方向270-360度分布示意图；

图3是燃料组件的结构示意图；

图4是屏蔽燃料组件的格架中设置屏蔽件时的排布示意图；

图5是本发明实施例中的屏蔽燃料组件位于与峰值区间最大值对应的角度上时的示意图；

图6是本发明其他实施例中两个屏蔽燃料组件位于峰值区间最大值位置对应的燃料组件的两侧时的示意图；

图7是本发明其他实施例中三个屏蔽燃料组件中的其中一个位于与峰值区间最大值对应的角度位置上，另外两个位于最大值位置对应的屏蔽燃料组件的两侧时的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，描述了目前核电站在现有技术方案中15X15反应堆堆芯内燃料组件11布置及压力容器2位置示意图。从反应堆中心线出发，径向依次有堆芯1、围板、反射层水和成型板、吊篮、水层、热屏蔽、辐照监督管、水层、压力容器2等。

压力容器2内排布有若干燃料组件11，为了使压力容器2圈周向上的快中子注量分布更加的均匀，降低压力容器2所受快中子注量，可将现有压力容器2内排布在外圈的部分燃料组件11替换装载为带有屏蔽作用的屏蔽燃料组件12。

替换装载过程包括以下步骤：

得出快中子注量在压力容器2内表面圆周方向的分布情况，确定在周向上的峰值区间A；

将峰值区间A对应的外圈的燃料组件11部分或全部替换为带有屏蔽作用的屏蔽燃料组件12。每一峰值区间A在外圈可能会对应几个燃料组件11，能将其中部分或全部替换后降低快中子注量即可。

对已投入运营的核电厂，在压力容器2及堆内构件无法改造增设屏蔽结构时，本方法仍可较容易的通过布置带有屏蔽作用的屏蔽燃料组件12来实施屏蔽，降低了成本。

根据反应堆堆芯1的结构和类型不同，不同的反应堆的压力容器2内圈上快中子注量的峰值区间A也会不同，可根据堆芯1的结构和类型，对反应堆压力容器2快中子注量进行计算，得出快中子注量的分布情况。燃料组件11的数量和排布不一样，以及包括燃料组件11外部的水、围板尺寸等不一样时，快中子注量的分布情况可能也不一样。

通过记录压力容器2内表面圆周方向的快中子注量率，确定快中子注量在圆周方向的最大值位置，进一步在最大值位置向周向正反方向扩展确定特定范围峰值区间A。通常，在压力容器2内表面周向上分布有若干个峰值区间A，在其他实施例中，也可能在压力容器2内表面周向上只有一个峰值区间A。

图2给出了典型核电厂“压力容器RPV内表面快中子注量圆周方向270-360度分布”示意图。从图2中可以看出，反应堆压力容器2快中子注量峰值出现在圆周方向0°，即360°位置，同时较大值都出现在该峰值附近较小角度内，其它角度为平缓谷底，峰值与平缓值差别超过一倍，峰值与谷底值差别甚至超过一倍以上。

由于堆芯1为1/4对称，另外三个角度90°、180°、270°同样为峰值位置。因此可以确定0°、90°、180°、270°四个角度及对应角度正反方向附近角度范围为峰值区间A。

根据上述分析，如果在压力容器2快中子注量峰值角度附近布置特殊类型的屏蔽燃料组件12，通过降低其功率值，可以将压力容器2快中子注量降低1/3或一半以上。当然，在其他实施例中，也可在压力容器2内圈周向的其他位置布置屏蔽燃料组件12。

特殊类型的屏蔽燃料组件12采用屏蔽材料，通常，屏蔽燃料组件12为将燃料组件11中的部分或全部燃料棒替换为屏蔽材料的燃料组件11，在其他实施例中，也可将格架等部件也替换为屏蔽材料。

进一步地，屏蔽燃料组件12为将燃料组件11中的部分或全部燃料棒替换为屏蔽材料制成的屏蔽棒的燃料组件11。在一些实施例中，屏蔽棒包括不锈钢棒，也可为其他具有屏蔽作用的金属材质。

通常，如图3所示，普通的燃料组件11主要由上管座、核堆芯部件压制组件、下管座、格架112、导向管、仪表管和燃料棒111等组成。

通常，屏蔽燃料组件12的格架112上形成有若干排栅格121，栅格121内设有屏蔽材料形成的棒状屏蔽件122，以形成屏蔽，减少堆芯中子泄漏。

屏蔽件122起到屏蔽作用，用于降低堆芯外围组件的功率，以减少中子泄漏，提高堆芯中子使用效率。屏蔽燃料组件12的获得方式简单，主要是将普通的燃料组件11中的部分燃料棒111替换为屏蔽材料形成的棒状屏蔽件122。

屏蔽件122至少间隔分布在格架112的一排栅格121内，屏蔽件122所在的栅格121可以位于格架112的边缘，屏蔽件122也可位于格架112一边向内的其他排栅格121上。优选地，屏蔽件122在对应的格架112的一排栅格121内均有设置，提升屏蔽效果。

通常，屏蔽件122为不锈钢材质形成的不锈钢棒，在其他实施例中，屏蔽件122也可为其他具有屏蔽效果的金属材质形成。

在保证屏蔽效果的前提下，屏蔽燃料组件12的格架112栅格121上的屏蔽件122排布方式也可进行调整变化。

在一些实施例中，栅格121上的屏蔽件122成排布置，可以为一排，也可为多排，为了便于操作，可以由格架112的一边向与其相对的另一边排列，排列的排数可以为一排，也可为多排。图4描述了本发明17*17燃料组件11内燃料棒111径向位置示意图，以燃料组件11内一半燃料棒111由屏蔽件122替换作为示例，屏蔽件122的数量及位置仅作为示意。

在其他实施例中，也可在格架112的周圈的栅格121上布置屏蔽件122，让格架112的各边上的栅格121内均设有屏蔽材料形成的屏蔽件122。

通常，屏蔽燃料组件12的格架112上的其他栅格121内设有燃料棒111。当然，也可在格架112上的栅格121内全设有屏蔽件122。

当格架112上同时设有屏蔽件122和燃料棒111时，可以根据屏蔽效果的需要，格架112上的屏蔽件122和燃料棒111的分布相对中线对称；也可让格架112上的屏蔽件122和燃料棒111相对中心中心对称。

结合图5至图7所示，在一些实施例中，当在压力容器2内表面周向上分布有若干个峰值区间A时，每一峰值区间A对应的屏蔽燃料组件12的设置情况可以相同，也可以不同。

例如，如图3所示，可以在部分或全部峰值区间A设置一个屏蔽燃料组件12，且该屏蔽燃料组件12位于与峰值区间A最大值对应的角度上。

在其他实施例中，如图4所示，也可以在部分或全部峰值区间A也可设置两个屏蔽燃料组件12，两个屏蔽燃料组件12位于最大值位置对应的燃料组件11的两侧。

当然，如图5所示，也可以在部分或全部峰值区间A也可设置三个屏蔽燃料组件12，其中一个位于与峰值区间A最大值对应的角度位置上，另外两个位于最大值位置对应的屏蔽燃料组件12的两侧。各峰值区间A的设置方式可以按上述不同的方式组合，能达到降低压力容器2快中子注量即可。

由于在峰值区间A设置屏蔽燃料组件12，对应位置的功率将大大降低，从而实现将核电厂同样长度寿期末的压力容器2快中子注量降低1/3或一半以上。

当涉及其他结构和类型的反应堆堆芯1时，同样可以采用上述压力容器2快中子注量计算及分析方法，找出其快中子注量在圆周方向的最大值位置。之后，按本发明示例的特殊类型的屏蔽燃料组件12布置原则进行布置，达到降低压力容器2快中子注量的目的。

本发明通过使用带有特殊屏蔽材料的燃料组件11来降低对应位置的功率，从而实现降低压力容器2的快中子注量。

本发明的用处是针对某些在高泄漏装载模式下运行多年或虽然使用低泄漏装载但低泄漏程度不够低，由此其压力容器2累积了较高的快中子注量。此时，想将压力容器2寿命延长，只有使用本发明中的装载方法才能实现，而压力容器2的延寿又是整个核电厂延寿的关键因素。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，包括格架（112）；

所述格架（112）上形成有若干排栅格（121），所述栅格（121）内设有屏蔽材料形成的棒状屏蔽件（122），以形成屏蔽，减少堆芯中子泄漏。

2.根据权利要求1所述的减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，所述屏蔽件（122）至少间隔分布在所述格架（112）的一排栅格（121）内。

3.根据权利要求2所述的减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，所述屏蔽件（122）在对应的所述格架（112）的一排栅格（121）内均有设置。

4.根据权利要求2所述的减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，所述屏蔽件（122）为不锈钢材质形成的不锈钢棒。

5.根据权利要求1至4任一项所述的减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，所述屏蔽件（122）设置在所述格架（112）的一边缘的栅格（121）内。

6.根据权利要求1至4任一项所述的减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，所述格架（112）的各边上的栅格（121）内均设有屏蔽材料形成的屏蔽件（122）。

7.根据权利要求1至4任一项所述的减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，所述格架（112）的一边向与其相对的另一边排列有至少一排屏蔽件（122）。

8.根据权利要求1至4任一项所述的减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，所述格架（112）上的其他栅格（121）内设有燃料棒（111）。

9.根据权利要求8所述的减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，所述格架（112）上的屏蔽件（122）和燃料棒（111）的分布相对中线对称；或，相对中心中心对称。

10.根据权利要求1至4任一项所述的减少核反应堆中子泄漏的屏蔽燃料组件（12），其特征在于，所述格架（112）上的栅格（121）内全设有所述屏蔽件（122）。

11.一种反应堆，包括压力容器和设置在所述压力容器内的堆芯，所述堆芯包括若干燃料组件（11），其特征在于，在所述压力容器内表面圆周方向排布的燃料组件（11）中部分或全部为权利要求1至10任一项所述的屏蔽燃料组件（12）。

12.根据权利要求11所述的反应堆，其特征在于，所述屏蔽燃料组件（12）设置在所述压力容器快中子注量峰值对应的峰值区间内。