CN107845431A - 堆芯分离型混合反应堆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用单一的反应堆可实现与通常的研究用反应堆相同的输出运行或用作临界设施的堆芯分离型混合反应堆。在用作临界设施时，在分离堆芯的一部分横向移动以在其间形成的临界试验用空间装填反应堆构成物质的栅格，从而进行栅格特性实验。所述反应堆包括：堆芯分离型混合反应堆(100)，设置于所述混凝土水槽(10)的内部；及模式转换用驱动部(20)，调节所述混合反应堆(100)的运行模式；而所述堆芯分离型混合反应堆(100)，包括：分离型结构的栅格结构物(130)，设置于所述混凝土水槽(10)的底面部；及分离型结构的隔壁结构物(170)，设置于所述栅格结构物(130)的上部。
Description
本申请是申请日为2016年09月13日，申请号为2016108218526，发明名称为“堆芯分离型混合反应堆”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及可使单一的反应堆以输出运行模式或临界实验模式运行的堆芯分离型混合反应堆。尤其涉及一种在输出运行模式下不分离堆芯运行，但在临界实验模式运行时，分离移动堆芯的一部分，以确保临界实验用空间的堆芯分离型混合反应堆。
背景技术
在原子能领域，临界设施一般是将作为构成反应堆的堆芯的基本要素的核燃料、减速材料、冷却材料等单位栅格重复排列以形成临界状态的反应堆物理实验装置，用于通过实验了解对象排列的核特性。为了所述用途，需根据需要容易改变排列，而热输出需尽量低。所述临界设施广泛用于设计并解释新的反应堆或核燃料的相关领域。
另外，研究用反应堆(Research Reactor)是利用在核分裂过程中产生的中子的设施，其用途与上述临界设施的用途大不相同。
全世界的教育用反应堆大部分设置于大学内，因为大部分是数百kW至数MW的低输出反应堆，除核工程专业的实验教育之外，主要限制性地用于NAA(Neutron ActivationAnalysis，中子活化分析)、RI(Radio-Isotope，放射性同位素)生产等。另外，因反应堆的结构是固定的，不能以核燃料或栅格结构不同的反应堆为对象研究反应堆物理特性或进行教育。与此相反，美国的ATR、HANARO等数十MW级别的高输出研究反应堆，需为核燃料及材料调查实验、冷中子束利用等不停地长时间运行，因此不适合于需随时改变运行状态的教育用或反应堆物理实验用途。
在现有技术的公开于注册专利第KR 10-1524798B1的具备固定型核燃料桶和移动型核燃料桶的加压轻水型核发电的核燃料聚合体中，只公开只有位于上部区域的核燃料能够上下移动的结构，未公开利用单一的反应堆确保临界实验用空间进行栅格特性实验的技术结构。因此需要开发出利用单一的反应堆以正常输出运行模式或临界实验模式运行的新的方案。
先行技术文献
【专利文献】
(专利文献1)注册专利KR10-1524798B1
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种利用单一的反应堆，可进行通常的研究用反应堆那样的输出运行模式的运行，还可以根据需要用作临界设施的混合反应堆。
本发明的另一目的在于，提供一种在将反应堆用作临界设施时，分离堆芯的一部分横向移动以确保临界实验用空间，并在该空间内重复排列反应堆堆芯构成物质的单位栅格，从而可进行堆芯栅格特性实验的混合反应堆。
为达到所述目的，本发明的一实施例，包括：混凝土水槽；堆芯分离型混合反应堆，其设置于所述混凝土水槽的内部；及模式转换用驱动部，其调节所述混合反应堆的运行模式；所述堆芯分离型混合反应堆，包括：分离型结构的栅格结构物，其设置于所述混凝土水槽的底面部；及分离型结构的隔壁结构物，其设置于所述栅格结构物的上部；所述栅格结构物包括：固定型栅格结构物，其设置于所述混凝土水槽的内部并具备栅格结构的收纳空间；及移动型栅格结构物，其组装成相对于所述固定型栅格结构物可分离的结构，并具备栅格结构的收纳空间。
在本发明的一实施例中，所述固定型栅格结构物为了与所述移动型栅格结构物组装而形成一面向外部开放的结构的开口部。
在本发明的一实施例中，所述固定型栅格结构物在与所述移动型栅格结构物的组装部位形成导向槽，而所述移动型栅格结构物形成用于与所述导向槽结合的导向凸起。
在本发明的一实施例中，所述固定型栅格结构物在所述混凝土水槽的内部形成用于固定支承的凸缘部。
在本发明的一实施例中，所述隔壁结构物包括：固定型隔壁结构物，其设置于所述固定型栅格结构物并一侧开口；及移动型隔壁结构物，其设置于所述移动型栅格结构物并通过与所述固定型隔壁结构物结合形成堆芯分离型反应堆。
在本发明的一实施例中，所述固定型隔壁结构物为了与所述固定型栅格结构物结合而形成凸缘部。
在本发明的一实施例中，所述移动型隔壁结构物为了与所述移动型栅格结构物结合而形成凸缘部。
在本发明的一实施例中，所述移动型栅格结构物为了与所述移动型隔壁结构物的凸缘部结合而形成凸缘部。
在本发明的一实施例中，所述的堆芯分离型混合反应堆还包括用于调节运行模式的模式转换用驱动部，所述模式转换用驱动部包括：驱动侧旋转轴，其沿所述混凝土水槽的内壁沿垂直向下设置；从动侧旋转轴，其与所述栅格结构物的移动性栅格结构物螺纹结合；及齿轮箱，其在所述驱动侧旋转轴和所述从动侧旋转轴之间传递动力。
在本发明的一实施例中，所述齿轮箱包括：蜗杆，其设置于所述驱动侧旋转轴；蜗轮，其与所述蜗杆啮合并设置于所述从动侧旋转轴；主体，其分别可旋转地设置所述蜗杆和所述蜗轮；及盖子，其对于所述主体可开闭地结合。
在本发明的一实施例中，所述驱动侧旋转轴通过设置于所述混凝土水槽的内壁部的安装架被可旋转地支撑。
在本发明的一实施例中，所述的堆芯分离型混合反应堆还包括与所述从动侧旋转轴结合的导螺杆；所述移动型栅格结构物形成用于与所述导螺杆的螺纹结合的啮合部。
在本发明的一实施例中，所述的堆芯分离型混合反应堆还包括设置于所述混凝土水槽的底面部的支撑结构物；所述栅格结构物固定于所述支撑结构物的上部。
在本发明的一实施例中，所述支撑结构物分别形成用于与所述混凝土水槽的底面部结合的凸缘部及用于与所述栅格结构物的底面部结合的凸缘部。
发明效果
本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆可利用单一的反应堆进行输出运行模式或临界实验模式选择性运行，在以临界实验模式运行时，可将堆芯的一部分横向移动以确保临界实验用空间，并在确保的临界实验用空间内重复排列反应堆堆芯构成物质的单位栅格，从而进行堆芯栅格特性实验。
即本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆只利用一座教育用反应堆，就可进行以轻水作为冷却材料的各种堆芯栅格反应堆物理特性实现和利用低输出反应堆的教育和研究，从而在教育领域用作多种目的。
另外，本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆，较之为临界实验目的进行建造的临界反应堆，单位栅格数大约减少1/10左右。
另外，本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆可通过实验确认堆芯的特性并利用其确保新核燃料的反应堆物理特性实测资料。
另外，本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆，若适用在以输出模式运行时利用控制系统自动移动堆芯的一部分的设计，则也可用于反应堆自动停止。
附图说明
图1为本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆的整体结构图，尤其是，为便于理解从混凝土水槽分离堆芯分离型混合反应堆而表示的示意图；
图2为表示本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆以输出运行模式运行的状态的平面图；
图3为用于更便于理解本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆的整体结构的放大示意图，是在以如图2所示的输出运行模式运行时的混合反应堆的结构状态示意图；
图4为表示本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆的结构的一次部分分解斜视图；
图5为表示用于更便于理解本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆的结构的二次完全分解斜视图；
图6为表示本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆以临界实验模式运行的状态的平面图；
图7为在以如图6所示的临界实验模式运行时的混合反应堆的结构状态斜视图。
*附图标记*
10：混凝土水槽 20：模式转换用驱动部
30：驱动侧旋转轴 40：齿轮箱
42：蜗杆 44：蜗轮
50：从动侧旋转轴 52：导螺杆
100：混合反应堆 110：支撑结构物
130：栅格结构物 132：固定型栅格结构物
140：移动型栅格结构物 142：啮合部
150：反射体结构物 152：固定型反射体
154：移动型反射体 170：隔壁结构物
172：固定型隔壁结构物 174：移动型隔壁结构物
具体实施方式
下面，结合示例附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。
图1为本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆的整体结构图，而且，是从混凝土水槽分离堆芯分离型混合反应堆所表示的示意图。图2为表示本发明的堆芯分离型混合反应堆以输出运行模式运行的状态的平面图。图3为在以如图2所示的输出运行模式运行时的混合反应堆的结构状态斜视图。图4为表示本发明的堆芯分离型混合反应堆的结构的一次部分分解斜视图。
如图1所示，本发明的堆芯分离型混合反应堆100包括：混凝土水槽10，其上部开放并在内部储存一定量的水；及模式转换用驱动部20，其为调节运行模式，在上端部露出至所述混凝土水槽10的外部的同时，沿水槽的内壁部沿垂直方向向下设置。
如图2至图4所示，所述堆芯分离型混合反应堆100还包括支撑结构物110、栅格结构物130、反射体结构物150及隔壁结构物170。
所述支撑结构物110相对于所述混凝土水槽10的底面部固定设置并从下部支撑所述栅格结构物130，为使水的流入和流出变得顺畅，在部件的全部区域形成多个贯通孔。另外，所述支撑结构物110为了与所述混凝土水槽10的底面部结合，在侧部的下端部位一体形成向外部突出的形状的凸缘部112。
所述栅格结构物130固定设置于所述支撑结构物110的上部，以栅格结构形成用于设置多个核燃料(NF，Nuclear Fuel)的多个收纳空间。尤其是，所述栅格结构物130以可相互分离的分离型结构的结构物形式构成，在以输出运行模式(Power Operation Mode)运行反应堆时结合，并在以临界实验模式(Criticality Operation Mode)运行反应堆时分离以在内部形成用于临界实验的空间。
作为根据核燃料燃烧补偿的对应方案中的一个方案，所述堆芯分离型混合反应堆100可以包括所述反射体结构物150，此时，所述反射体结构物150以直立状态固定设置于所述栅格结构物130的边缘部位，与所述栅格结构物130一样，以可相互分离的分离型结构构成。此时，所述反射体结构物150也在以输出运行模式运行反应堆时维持相互结合的状态，并在以临界实验模式运行时分离以在内部形成用于临界实验的空间。
所述隔壁结构物170设置于所述栅格结构物130的上部，并与所述栅格结构物130一样，以可相互分离的分离型结构构成。此时，所述隔壁结构物170也在以输出运行模式运行时维持相互结合的状态，并在以临界实验模式运行时分离以在内部形成用于临界实验的空间。所述堆芯分离型混合反应堆100包括所述反射体结构物150时，所述隔壁结构物170以在外部围住所述反射体结构物150的形式设置。
图5为表示用于更便于理解本发明的一实施例的堆芯分离型混合反应堆的结构的二次完全分解斜视图。
如图5所示，所述栅格结构物130为在所述混凝土水槽10的内部固定于所述支撑结构物110的上部的可相互分离的结构物，包括：固定型栅格结构物132，其以栅格结构形成用于设置核燃料(NF)的多个收纳空间；及移动型栅格结构物140，其以相对于所述固定型栅格结构物132可横向分离的结构组装并以栅格结构形成用于设置核燃料(NF)的多个收纳空间。
在本发明的实施例中，所述固定型栅格结构物132的横截面的形状大致呈马蹄形形状。即所述固定型栅格结构物132为了以收纳于内部的方式组装所述移动型栅格结构物140而具有一面向外部开放的结构的开口部。当然，所述组装方式可以各种变形实施例实现。
所述固定型栅格结构物132在与所述移动型栅格结构物140对应的组装部位形成至少一对的导向槽134，所述移动型栅格结构物140在与所述导向槽134对应的组装部位形成用于结合的至少一对导向凸起144。此时，所述导向槽134和所述导向凸起144可采用相互相反的形状，而且，为了确保结合时顺利的引导可以各种变形实施例实现。
所述固定型栅格结构物132为了在所述混凝土水槽10的底面部与所述支撑结构物110结合而在侧部的下端部位一体形成向外部突出的形式的凸缘部136。另外，所述支撑结构物110为了与所述凸缘部136结合，也在侧部的上端部位一体形成向外部突出的形式的凸缘部114。
所述移动型栅格结构物140为根据所述模式转换用驱动部20的运行而进行联动，在一侧具备以向外部突出的形式形成并用于螺纹结合的啮合部142。
所述反射体结构物150包括：固定型反射体152，其设置为以直立状态固定于所述固定型栅格结构物132的边缘部位；及移动型反射体154，其设置为以直立状态固定于所述移动型栅格结构物140的一侧边缘部位，并与所述固定型反射体152一同围住所述栅格结构物130的边缘部位的全部区域。
即所述固定型反射体152限于在所述固定型栅格结构物132的全部区域中，除了所述移动型栅格结构物140的组装部位的其余栅格结构的收纳空间中的边缘部位，以直立状态组装，所述移动型反射体154限于在所述移动型栅格结构物140的全部区域中，除了所述固定型栅格结构物132的组装部位的其余栅格结构的收纳空间中的边缘部位，以直立状态组装起来。
所述隔壁结构物170包括：固定型隔壁结构物172，其设置于所述固定型栅格结构物132的上部并一侧开口；及移动型隔壁结构物174，其设置于所述移动型栅格结构物140的上部并通过与所述固定型隔壁结构物172的结合而形成堆芯分离型反应堆。所述堆芯分离型混合反应堆100包括所述反射体结构物150时，所述固定型隔壁结构物172以在外部围住所述固定型反射体152的形式形成，所述移动型隔壁结构物174以在外部围住所述移动型反射体154的形式形成。
为此，所述固定型隔壁结构物172为了与所述固定型栅格结构物132结合，在边缘的全部周围部位的下端一体形成向外部突出的形式的凸缘部173。另外，所述移动型隔壁结构物174为了与所述移动型栅格结构物140结合，在边缘部位的下端一体形成向外部突出的形式的凸缘部175。此时，所述移动型隔栅格构物140为了与所述移动型隔壁结构物174的凸缘部175结合，在一侧一体形成向外部突出的形式的凸缘部146。
另外，所述模式转换用驱动部20包括：驱动侧旋转轴30，其沿所述混凝土水槽10的内壁沿垂直方向向下设置并可通过使用者进行旋转；从动侧旋转轴50，其与所述栅格结构物130的移动性栅格结构物140螺纹结合；及齿轮箱40，其设置于所述驱动侧旋转轴30和所述从动侧旋转轴50之间，并将从所述驱动侧旋转轴30提供的动力传递至所述从动侧旋转轴50。
在本发明的实施例中，所述齿轮箱40包括：蜗杆42，其设置于所述驱动侧旋转轴30的下侧自由端部；蜗轮44，其啮合于所述蜗杆42并设置于所述从动侧旋转轴50的一侧自由端部；主体46，其分别可旋转地设置所述蜗杆42和所述蜗轮44；及盖子48，其相对于所述主体46可开闭地结合。
另外，所述驱动侧旋转轴30以设置于所述混凝土水槽10的内壁部的多个安装架32为媒介被支撑以能够更稳定地进行旋转。
另外，在所述从动侧旋转轴50的自由端部结合有导螺杆52，所述导螺杆52通过螺纹结合方式与所述移动型栅格结构物140的啮合部142组装在一起。结果，所述驱动侧旋转轴30的旋转经过所述齿轮箱40传递至所述从动侧旋转轴50，而所述从动侧旋转轴50的旋转引起所述导螺杆52的旋转，从而所述移动型栅格结构物140相对于所述固定型栅格结构物132向分离的位置移动或相反向组装位置移动。
因此所述结构的本发明的堆芯分离型混合反应堆100可将单一的反应堆选择为输出运行模式或临界实验模式中的一种模式运行。
这是因为所述栅格结构物130为由固定型栅格结构物132和移动型栅格结构物140构成的可分离的结构，而所述隔壁结构物170为由固定型隔壁结构172和移动型隔壁结构174构成的可分离的结构。另外，所述一系列运行模式转换可利用所述模式转换用驱动部20实现。
首先，在以输出运行模式运行时，分别如图2和图3所示，构成所述栅格结构物130的固定型栅格结构物132和移动型栅格结构物140在设置于不相互分离的位置的状态下，利用设置于分别形成的栅格结构的收纳空间的核燃料(NF)起到低输出的研究用目的的反应堆的作用。例如，混合反应堆100可利用在堆芯中产生的中子进行NAA(Neutron ActivationAnalysis，中子活化分析)、RI(Radio-Isotope，放射性同位素)生产等低输出反应堆可实现的实验和生产活动。若适用在以输出模式运行时，利用控制系统自动移动模式转换用驱动部20的设计，则其也可用于反应堆自动停止。
与此不同，在以临界实验模式运行时，各如图6和图7所示，根据所述模式转换用驱动部20的运行，构成所述栅格结构物130的固定型栅格结构物132和移动型栅格结构物140转换为移动至相互分离的位置的状态以在其间形成用于临界实验的一定的空间X，并利用所形成的用于临界实验的空间X进行可在临界状态下进行的各种堆芯栅格的特性实验。
即在模式转换用驱动部20中，因所述从动侧旋转轴50以根据所述驱动侧旋转轴30的旋转引起的所述蜗杆42和所述蜗轮44之间的联动作用产生的动力传递为媒介进行旋转，因此所述导螺杆52的旋转被动进行。
此时，因所述导螺杆52的旋转将所述移动型栅格结构物140从所述固定型栅格结构物132横向移动，因此所述移动型栅格结构物140和所述移动型反射体154及所述移动型隔壁结构物174一同横向移动。结果，在所述混合反应堆100的堆芯内部，在所述固定型栅格结构物132和所述移动型栅格结构物140之间，可形成用于临界实验的空间X。
另外，若向所述用于临界实验的空间X装填由新的反应堆构成物质构成的栅格，则现有的设置于固定型栅格结构物132和移动型栅格结构物140的核燃料(NF)将起到用于临界特性实验的中子的供应源的作用，因此无需另外建设可进行反应堆物理栅格实验的临界实验装置。
例如，如图6所示，本发明的混合反应堆100在将堆芯以8*10排列的栅格结构构成时，在最外围栅格结构的收纳空间分别设置固定型反射体152(用A表示)和移动型反射体154(用B表示)，以在将堆芯的全部周围部位用反射体结构物150围住的状态下，若在所述固定型反射体152的收纳空间设置3*6排列的核燃料(用a表示)，在所述移动型反射体154的收纳空间设置3*6排列的核燃料(用b表示)，则在其间形成2*6排列的栅格结构的用于临界实验的空间X，而若在所形成的空间装填新的反应堆构成物质的栅格，则可进行对相应物质的栅格特性实验，而所述对新的反应堆构成物质的栅格特性实验，可确认与现有技术下在利用核燃料构成临界堆芯的状态下进行的情况非常类似的中子束分布，从而可获得可将单一的反应堆选择为输出运行模式或临界实验模式中的一种运行的经济效果。
上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
工业实用性
本发明涉及堆芯分离型混合反应堆，可用于核能相关工业领域。
Claims (14)
1.一种堆芯分离型混合反应堆，其特征在于，包括：
分离型结构的栅格结构物(130)，其设置于混凝土水槽(10)的底面部；及
分离型结构的隔壁结构物(170)，其设置于所述栅格结构物(130)的上部，
所述栅格结构物(130)包括：
固定型栅格结构物(132)，其设置于所述混凝土水槽(10)的内部并具备栅格结构的收纳空间；及
移动型栅格结构物(140)，其组装成相对于所述固定型栅格结构物(132)可分离的结构，并具备栅格结构的收纳空间。
2.根据权利要求1所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
所述固定型栅格结构物(132)为了与所述移动型栅格结构物(140)组装而形成一面向外部开放的结构的开口部。
3.根据权利要求1所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
所述固定型栅格结构物(132)在与所述移动型栅格结构物(140)的组装部位形成导向槽(134)，而所述移动型栅格结构物(140)形成用于与所述导向槽(134)结合的导向凸起(144)。
4.根据权利要求1所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
所述固定型栅格结构物(132)在所述混凝土水槽(10)的内部形成用于固定支承的凸缘部(136)。
5.根据权利要求1所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于，所述隔壁结构物(170)包括：
固定型隔壁结构物(172)，其设置于所述固定型栅格结构物(132)并一侧开口；及
移动型隔壁结构物(174)，其设置于所述移动型栅格结构物(140)并通过与所述固定型隔壁结构物(172)结合来形成堆芯分离型反应堆。
6.根据权利要求5所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
所述固定型隔壁结构物(172)为了与所述固定型栅格结构物(132)结合而形成凸缘部(173)。
7.根据权利要求5所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
所述移动型隔壁结构物(174)为了与所述移动型栅格结构物(140)结合而形成凸缘部(175)。
8.根据权利要求7所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
所述移动型栅格结构物(140)为了与所述移动型隔壁结构物(174)的凸缘部(175)结合而形成凸缘部(146)。
9.根据权利要求1所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于，还包括用于调节运行模式的模式转换用驱动部(20)，所述模式转换用驱动部(20)包括：
驱动侧旋转轴(30)，其沿所述混凝土水槽(10)的内壁沿垂直向下设置；
从动侧旋转轴(50)，其与所述栅格结构物(130)的移动性栅格结构物(140)螺纹结合；及
齿轮箱(40)，其在所述驱动侧旋转轴(30)和所述从动侧旋转轴(50)之间传递动力。
10.根据权利要求9所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于，所述齿轮箱(40)包括：
蜗杆(42)，其设置于所述驱动侧旋转轴(30)；
蜗轮(44)，其与所述蜗杆(42)啮合并设置于所述从动侧旋转轴(50)；
主体(46)，其分别可旋转地设置所述蜗杆(42)和所述蜗轮(44)；及
盖子(48)，其对于所述主体(46)可开闭地结合。
11.根据权利要求9所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
所述驱动侧旋转轴(30)通过设置于所述混凝土水槽(10)的内壁部的安装架(32)被可旋转地支撑。
12.根据权利要求9所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
还包括与所述从动侧旋转轴(50)结合的导螺杆(52)；
所述移动型栅格结构物(140)形成用于与所述导螺杆(52)的螺纹结合的啮合部(142)。
13.根据权利要求1所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
还包括设置于所述混凝土水槽(10)的底面部的支撑结构物(110)；
所述栅格结构物(130)固定于所述支撑结构物(110)的上部。
14.根据权利要求13所述的堆芯分离型混合反应堆，其特征在于：
所述支撑结构物(110)分别形成用于与所述混凝土水槽(10)的底面部结合的凸缘部(112)及用于与所述栅格结构物(130)的底面部结合的凸缘部(114)。
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