CN109637689A - 小型核反应堆中子源的生产方法 - Google Patents

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张立东
苏耿华
赵均
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Abstract

本发明提供一种小型核反应堆中子源生产方法，依次包括：(1)将中子源组件放置于正常运行的大型核反应堆进行辐照，中子源组件包括至少两个芯块段；(2)将中子源组件运送至小型核反应堆进行停堆换料的基地；(3)当小型核反应堆需要换料时，选择适量的芯块段进行组合并装入小型核反应堆中作为启动中子源使用；(4)当小型核反应堆停堆时，将中子源组件再次放置于正常运行的大型核反应堆进行辐照；(5)重复步骤(1)到(4)，为小型核反应堆连续提供中子源组件。本发明提供的小型核反应堆中子源生产方法，可以为小型核反应堆持续不断的提供满足启动要求的中子源组件，安全系数高、使用方便，可以较大程度地提高小型核反应堆的经济效益。

Description

小型核反应堆中子源的生产方法
技术领域
本发明涉及一种核反应堆启动用中子源的生产方法，尤其涉及一种小型核反应堆中子源的生产方法。
背景技术
在核反应堆的装料和启动过程中，为了确保临界安全，整个过程应处于中子探测器的有效监督之下。核反应堆在装载全新燃料或长期停堆之后，堆芯内中子注量率很低，堆外核仪表系统无法探测到堆内的中子注量率水平。为此，在反应堆内装有中子源组件，提高堆芯中子注量率水平，使堆外核仪表系统能探测到反应堆内的中子注量率水平以克服测量盲区。
商用压水堆核电厂反应堆装料启动期间通常设置一次中子源组件或二次中子源组件。一次中子源Cf-252由于价格昂贵通常只在反应堆首循环中使用。二次中子源只有在堆内辐照后，才能激活成为中子源，因此首循环中放入二次中子源组件，以作为后续循环启动中子源，同时后续循环中的二次中子源经过辐照后继续作为下一循环的启动中子源，如此往复。
传统二次中子源通常采用锑(b)-铍(Be)源，其原理为：
从传统二次中子源的工作原理可以看出：
1.传统二次中子源的强度取决于Sb-124活度；
2.Sb-124的饱和活度与辐照的中子注量率水平有关；
3.Sb-124的活度随停堆时间增加，活度逐渐下降。
由于Sb-124的半衰期仅为60天，反应堆停堆后Sb-124的强度衰减较快，传统二次中子源源强也降低较快，因此很难达到长期停堆后的再起堆强度要求。以CPR1000机组为例，二次中子源在连续满功率运行辐照两个月条件下，其放射性强度大约可以允许停堆12个月后再启动使用。
国际原子能机构(IAEA)将小型核反应堆定义为发电功率小于300兆瓦的核反应堆动力装置，简称小型堆，发电功率在300-600兆瓦间的被定义为中型反应堆，两者可以统称为中小型核反应堆，发电功率大于600兆瓦的为大型核反应堆。如果小型压水堆的每个循环都使用Cf-252一次中子源，由于价格昂贵，不利于小型堆的经济性；而且目前的商业化生产能力弱，可能会影响供货的及时性和确定性。
如果在小型压水堆内设置传统二次中子源供下一个循环装料启动时使用，可能存在诸多问题。海上浮动式小型压水堆可能需要长期维持较低功率运行，导致堆芯中子注量率长期维持较低，不利于传统二次中子源得到较高的饱和强度；同时由于海上浮动式小型压水堆的长周期运行和整堆换料等设计特点，导致其换料大修时间通常较长，传统二次中子源在下一循环装料启动时，衰变损失较多活度；对于不使用可溶硼而仅使用控制棒的小型压水堆，堆芯内圈可以布置中子源的位置很少，而外圈组件相对功率较低，导致无法生产较高强度的传统二次中子源。传统压水堆使用的中子源棒在运行期间位于反应堆底部，由于堆芯底部的中子注量率较低，导致二次中子源的源强偏低，因此传统二次中子源生产和使用方法很可能无法满足小型压水堆中的使用要求。如果试图使用小型压水堆的卸料燃料棒作为后续循环的启动中子源，那么对于使用较低富集度组件的小型堆而言，中子源的强度很可能达不到要求。
因此，亟需一种能够满足小型核反应堆启动要求的中子源的生产方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够满足小型核反应堆中子源的生产方法，所得中子源组件安全系数高、使用方便，可以较大程度地提高小型核反应堆的经济效益。
为实现上述目的，本发明提供一种小型核反应堆中子源生产方法，包括：
(1)将中子源组件放置于正常运行的大型核反应堆进行辐照，所述中子源组件包括至少两个芯块段。
(2)将所述中子源组件运送至所述小型核反应堆进行停堆换料的基地；
(3)当所述小型核反应堆需要换料时，选择适量的芯块段进行组合并装入所述小型核反应堆中作为启动中子源使用；
(4)当所述小型核反应堆停堆时，将所述中子源组件再次放置于正常运行的大型核反应堆进行辐照；
(5)重复步骤(1)到(4)，为所述小型核反应堆连续提供中子源组件。
具体地，步骤(3)中所述换料包括首次循环换料和后续多次循环换料。
较佳地，步骤(1)之前还包括：(01)统筹国内所述大型核反应堆和所述小型核反应堆的装卸料时间窗口以确定所述辐照的条件。
较佳地，步骤(1)中，在所述小型核反应堆换料前12-18个月，将所述小型核反应堆的中子源组件放置于正常运行的所述大型核反应堆中进行辐照。
较佳地，步骤(1)中，所述中子源组件至少为两组，同时可以依据需要，适当的增加中子源组件的数目以供多个小型堆使用。
较佳地，所述中子源组件在所述大型核反应堆中呈对称布置。
较佳地，所述芯块段的长度为50～150cm。
较佳地，步骤(1)中，所述中子源组件在大型核反应堆中的辐照时间不低于6个月。
较佳地，步骤(3)中，选择位于所述中子源组件顶部或中部的芯块段组合装入所述小型核反应堆中作为启动中子源使用。由于位于底部的芯块段中子注量率较低，因此选择位于顶部或中部的芯块段作为小型核反应堆的启动中子源，可解决二次中子源偏低的问题。与现有技术相比，本发明提供的小型核反应堆中子源的生产方法中，选用大型的核反应堆进行辐照，使得辐照后的中子源组件能够满足小型核反应堆循环中的启动要求。本发明中提供的中子源组件不仅可用于小型核反应堆首次循环换料时的启动，也用于后续循环换料时的启动。这样避免了小型核反应堆在首次循环或后续每个循环中多次使用价格昂贵及供应受限的Cf-252中子源，降低了中子源使用成本，有利于提高小型核反应堆的经济性，而且，解决了现有小型核反应堆在后续循环中由于中子注量率长期维持较低，使得其自身产生的传统二次中子源无法满足后续循环启动要求的技术问题。此外，本发明提供的中子源组件至少包括两个芯块段，可供不同的小型核反应堆使用。本发明提供的小型核反应堆中子源的生产方法，可以为小型核反应堆持续不断的提供满足启动要求的中子源组件，安全系数高、使用方便，可以较大程度地提高小型核反应堆的经济效益。
附图说明
图1为本发明提供的小型核反应堆中子源生产方法的流程图；
图2为本发明实施例1中中子源组件S结构示意图；
图3为本发明实施例1中的CPR1000机组A的某循环示意图；
图4为本发明实施例1中的小型压水堆B某循环示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术方案、构造特征、所实现的技术效果，以下结合具体实施方式并配合附图详予说明。
参见图1，本发明提供的小型核反应堆中子源的生产方法包括：
01.统筹国内大型核反应堆和小型核反应堆的换料时间窗口以确定辐照的条件；
1.将中子源组件放置于正常运行的大型核反应堆进行辐照，中子源组件包括至少两个芯块段，芯块段的长度为50～150cm。辐照时间可根据实际需求进行设定，以保证辐照后的中子源组件的强度能够满足小型核反应堆的启动要求，具体需在小型核反应堆换料的12～18个月前，将小型核反应堆中的中子源组件放置于正常运行的大型核反应堆中进行辐照，以保证充足的辐照时间，一般辐照时间不低于6个月。
2.辐照结束后，将中子源组件运送至小型核反应堆进行停堆换料基地。具体中子源组件的取出时间是在大型核反应堆换料时取出。
3.当小型核反应堆需要换料时，选择适量的芯块段进行组合并装入需要换料的小型核反应堆中作为启动中子源使用。若小型核反应堆暂时还不需要换料，可将辐照好的中子源组件储存在燃料组件等专门的中子源组件储存容器中，待小型核反应堆需要换料时，再将中子源组件从储存容器中取出。
4.当小型核反应堆停堆时，将中子源组件再次放置于正常运行的大型核反应堆进行辐照，即重复步骤1。
重复上述步骤，以为小型核反应堆连续提供启动用中子源组件。
实施例1
请参见图2至图4，在此实施例中，中子源组件S包括三个芯块段，具体为位于中子源组件S顶部的第一芯块段1、位于中子源组件S中部的第二芯块段2和位于中子源组件S底部的第三芯块段3，各个芯块段之间采用螺纹连接。其中，第一芯块段1长度为150cm，第二芯块段2和第三芯块段3的长度为50cm。大型核反应堆为某CPR1000机组A，小型核反应堆为37组燃料组件的小型压水堆B。
参见图3及图4，小型压水堆B利用中子源启动的方法包括：
(1)先统筹好CPR1000机组A和小型压水堆B的停堆换料时间，
(2)在CPR1000机组A的某个循环起堆前，将适当数量的小型压水堆B堆芯的锑-铍中子源组件S放入CPR1000机组A堆芯中(如图3所示)，具体也可在图中Y位置处放置多组，以便后续可同时供多个小型核反应堆使用。
(3)在CPR1000机组A一个循环后正常换料时，将锑-铍中子源组件S取出并放置在专用的运输容器中，运输至小型压水堆B的换料基地。
(4)当小型压水堆堆芯B需启动换料时，选择锑-铍中子源组件S的第一芯块段1和第二芯块段2进行组合并装入小型压水堆B堆芯中作为启动中子源使用(如图4所示)。如果小型压水堆B堆芯无需换料时，将锑-铍中子源组件S储存在燃料组件等中子源专用的储存容器中备用。需要注意的是，经过长期储存后的锑-铍中子源组件S，使用时需要进行强度测试，以满足小型压水堆B利用中子源启动的要求。
(5)当小型压水堆B停堆后，将锑-铍中子源组件S取出，放入CPR1000机组A的下一个循环堆芯中再次进行辐照，以供小型压水堆B在后续循环中再次使用。
本发明提供的小型核反应堆中子源生产方法中，选用大型的核反应堆进行辐照，使得辐照后的中子源组件能够满足小型核反应堆循环中的启动要求。本发明中提供的中子源组件不仅可用于小型核反应堆首次循环换料时的启动，也用于后续循环换料时的启动。这样不仅避免了小型核反应堆在首次循环或后续每个循环中多次使用价格昂贵及供应受限的Cf-252中子源，降低了中子源使用成本，有利于提高小型核反应堆的经济性，也解决了现有小型核反应堆在后续循环中由于中子注量率长期维持较低，使得其自身产生的传统二次中子源无法满足后续循环启动要求的技术问题。此外，本发明提供的中子源组件至少包括两个芯块段，可供不同小型核反应堆使用。本发明提供的小型核反应堆中子源生产方法，可以为小型核反应堆持续不断的提供满足启动要求的中子源组件，安全系数高、使用方便，可以较大程度地提高小型核反应堆的经济效益。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种小型核反应堆中子源的生产方法，其特征在于，依次包括：
(1)将中子源组件放置于正常运行的大型核反应堆进行辐照，所述中子源组件包括至少两个芯块段；
(2)将所述中子源组件运送至所述小型核反应堆进行停堆换料的基地；
(3)当所述小型核反应堆需要换料时，选择适量的所述芯块段进行组合并装入所述小型核反应堆中作为启动中子源使用；
(4)当所述小型核反应堆停堆时，将所述中子源组件再次放置于正常运行的大型核反应堆进行辐照；
(5)重复步骤(1)到(4)，为所述小型核反应堆连续提供中子源组件。
2.如权利要求1所述的小型核反应堆中子源的生产方法，其特征在于，步骤(1)之前还包括：
(01)统筹所述大型核反应堆和所述小型核反应堆的换料时间窗口以确定所述辐照的条件。
3.如权利要求2所述的小型核反应堆中子源的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，在所述小型核反应堆换料前12～18个月，将所述小型核反应堆的中子源组件放置于正常运行的所述大型核反应堆中进行辐照。
4.如权利要求1所述的小型核反应堆中子源的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述中子源组件至少为两组。
5.如权利要求4所述的小型核反应堆中子源的生产方法，其特征在于，所述中子源组件在所述大型核反应堆中呈对称布置。
6.如权利要求1所述的小型核反应堆中子源的生产方法，其特征在于，所述芯块段的长度为50～150cm。
7.如权利要求1所述的小型核反应堆中子源的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述中子源组件在所述大型核反应堆中的辐照时间不低于6个月。
8.如权利要求1所述的小型核反应堆中子源的生产方法，其特征在于，步骤(3)中，选择位于所述中子源组件顶部或中部的芯块段组合装入所述小型核反应堆中作为启动中子源使用。
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