CN109887619A - 一种基于可变反射层的核反应堆控制装置 - Google Patents

一种基于可变反射层的核反应堆控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，属于核反应堆控制领域，特别是涉及一种基于可变反射层的核反应堆控制装置。解决了由于现有控制系统的存在，反应堆的尺寸很难减小，难以设计、制造可适用于多种场景的小型核反应堆，控制棒对功率控制不均匀，以及现有驱动机构会发生掉棒、卡棒之类的故障，给反应堆的运行造成隐患的问题。它包括反应堆堆芯、压力容器和反射层。它主要用于对核反应堆反应性的控制。

Description

一种基于可变反射层的核反应堆控制装置
技术领域
本发明属于核反应堆控制领域，特别是涉及一种基于可变反射层的核反应堆控制装置。
背景技术
现有核反应堆都具有控制棒系统用于调整反应堆的反应性，从空间上通过调整不同区域的控制棒的位置来调平反应堆的功率分布；从时间上在燃料循环初期通过插入控制棒抑制反应堆的反应性，在燃料循环末期通过拔出控制棒来补偿反应堆的反应性。但是在实践中发现，由于刚性直立式控制棒及其驱动机构的存在，核反应堆在径向方向的尺寸很难减小，因此难以设计、制造可适用于多种场景的小型核反应堆。与此同时，现有控制棒系统只能单向插入控制棒，增加了使反应堆内功率分布均匀的难度。其驱动机构也会发生诸如掉棒、卡棒之类的故障，给反应堆的运行造成隐患。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种基于可变反射层的核反应堆控制装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，它包括反应堆堆芯、压力容器和反射层，所述反应堆堆芯位于压力容器内部，所述反射层附着在压力容器的外表面上，所述反射层包括若干个反射叶片，所述若干个反射叶片沿压力容器圆周方向均匀分布，所述反射叶片通过旋转轴与压力容器转动连接。
更进一步的，所述反射叶片围绕旋转轴转动，所述反射叶片彼此合拢使反射层呈圆形为封闭反射层状态，所述反射叶片彼此分离使反射层呈放射状为展开反射层状态，通过该改变反射层状态实现核反应堆的工况变化。
更进一步的，所述反射叶片为扇形，所述扇形的锐角端通过旋转轴与压力容器转动连接。
更进一步的，所述反射叶片为逗号形，所述逗号形由呈圆形的头部和呈细长形的尾部相连组成，所述逗号形的圆形头部通过旋转轴与压力容器转动连接。
更进一步的，所述反射层为对称结构或非对称结构，所述对称结构反射层具有至少一条对称轴，所述对称结构反射层的反射叶片围绕旋转轴转动，并沿对称轴相对旋转。
更进一步的，所述若干个反射叶片通过机械牵拉机构实现各个反射叶片之间的联动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明比现有控制棒系统在轴向上占用更小空间，同时在径向上也尽可能的减少额外体积的占用，基于可变反射层的控制系统简化了控制方式，减少现有控制棒系统卡棒、掉棒的概率，提高反应堆的安全性。与传统的直立式控制棒系统相比，本发明充分利用现有的部件，移除了复杂的管道与控制系统，进而显著减小了核反应堆的整体体积，使其能够布置在更加复杂的场景中，大大增加了小型反应堆的空间环境适应能力。安全性方面，本发明具有结构简单、操作方便、故障率低等特点，对系统影响显著，能够有效控制反应堆内反应性的变化。与此同时，减少了现有反应堆压力容器上的管道接口，减小了反应堆压力容器的体积，增强了反应堆压力容器的强度，提高了核反应堆的可靠性，降低了生产和制造成本，减小了反应堆事故的发生概率。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置扇形反射叶片封闭反射层状态结构示意图
图2为本发明所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置扇形反射叶片展开反射层状态结构示意图
图3为本发明所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置逗号形反射叶片封闭反射层状态结构示意图
图4为本发明所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置逗号形反射叶片展开反射层状态结构示意图
图5为本发明所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置单对称轴反射层结构示意图
图6为本发明所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置双对称轴反射层结构示意图
1-反应堆堆芯，2-压力容器，3-反射叶片，4-旋转轴
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
参见图1-4说明本实施方式，一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，它包括反应堆堆芯1、压力容器2和反射层，所述反应堆堆芯1位于压力容器2内部，所述反射层附着在压力容器2的外表面上，所述反射层包括若干个反射叶片3，所述若干个反射叶片3沿压力容器2圆周方向均匀分布，所述反射叶片3通过旋转轴4与压力容器2转动连接。
本发明通过反射叶片3的旋转控制反应堆堆芯1裂变时产生的中子的泄露量，通过对反应堆内中子通量的控制，实现控制核反应堆反应性的目的，反射层的厚度可根据实际需求进行调整。所述反射叶片3围绕旋转轴4转动，所述反射叶片3彼此合拢使反射层呈圆形为封闭反射层状态，所述反射叶片3彼此分离使反射层呈放射状为展开反射层状态，通过该改变反射层状态实现核反应堆的工况变化。通过改变反应堆堆芯1外径向方向实际反射层的厚度来改变对反应堆泄漏中子的反射，当需要较高反应性时，反射层为封闭反射层状态，实现最大厚度，对应最强中子反射能力，如图1、3所示，裂变产生的中子大部分被反射回反应堆堆芯1参与核裂变，较少中子泄漏。当需要较低反应性时，反射层为展开反射层状态，实现最小厚度，对应最大中子泄漏量，几乎没有反射层，如图2、4所示，裂变产生的中子大部分无法被反射，造成较多中子泄漏，反应堆堆芯1无法获得足够数量的中子来支持核裂变，反应堆进入次临界状态。所述反射叶片3由对中子有较大吸收或散射截面的材料或复合材料制成，反射层在两种工况之间平滑变化，可以实现反射层对中子反射能力的持续变化，进而对反应堆加以持续控制。
如图1-2所示，所述反射叶片3为扇形，所述扇形的锐角端通过旋转轴4与压力容器2转动连接。扇形锐角端与压力容器2相连使反射层处于展开反射层状态时，反射叶片3与压力容器2的接触面积较少，增大中子的通量，使反应堆更快进入次临界状态。
如图3-4所示，所述反射叶片3为逗号形，所述逗号形由呈圆形的头部和呈细长形的尾部相连组成，所述逗号形的圆形头部通过旋转轴4与压力容器2转动连接。逗号形的圆形头部与压力容器2相连使反射层始终处于一定程度的展开反射层状态时，反射叶片3与压力容器2的接触面积较大，缓慢减小中子的通量，使反应堆缓慢进入次临界状态。与扇形反射叶片3相比，逗号形反射叶片3在处于展开反射层状态时，逗号形头部仍然保证了一定厚度的反射层。
如图5-6所示，所述反射层为对称结构或非对称结构，所述对称结构反射层具有至少一条对称轴，所述对称结构反射层的反射叶片3围绕旋转轴4转动，并沿对称轴相对旋转。为了获得一些对称性质，将反射层设计为对称结构，根据旋转轴数量的不同，反射叶片3沿对称轴相对旋转，使反射层呈对分结构、三分结构或四分结构等。
本发明所述若干个反射叶片3通过机械牵拉机构实现各个反射叶片3之间的联动，反射叶片3之间彼此联动，控制单一反射叶片3进行旋转即可实现所有反射叶片3围绕各自的旋转轴4转动，实现反射层状态的变化，减小了反射层状态变化时的难度。
以上对本发明所提供的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，其特征在于：它包括反应堆堆芯(1)、压力容器(2)和反射层，所述反应堆堆芯(1)位于压力容器(2)内部，所述反射层附着在压力容器(2)的外表面上，所述反射层包括若干个反射叶片(3)，所述若干个反射叶片(3)沿压力容器(2)圆周方向均匀分布，所述反射叶片(3)通过旋转轴(4)与压力容器(2)转动连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，其特征在于：所述反射叶片(3)围绕旋转轴(4)转动，所述反射叶片(3)彼此合拢使反射层呈圆形为封闭反射层状态，所述反射叶片(3)彼此分离使反射层呈放射状为展开反射层状态，通过该改变反射层状态实现核反应堆的工况变化。
3.根据权利要求1所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，其特征在于：所述反射叶片(3)为扇形，所述扇形的锐角端通过旋转轴(4)与压力容器(2)转动连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，其特征在于：所述反射叶片(3)为逗号形，所述逗号形由呈圆形的头部和呈细长形的尾部相连组成，所述逗号形的圆形头部通过旋转轴(4)与压力容器(2)转动连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，其特征在于：所述反射层为对称结构或非对称结构，所述对称结构反射层具有至少一条对称轴，所述对称结构反射层的反射叶片(3)围绕旋转轴(4)转动，并沿对称轴相对旋转。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种基于可变反射层的核反应堆控制装置，其特征在于：所述若干个反射叶片(3)通过机械牵拉机构实现各个反射叶片(3)之间的联动。
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