CN110136848B - 非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯，所述堆芯包括若干燃料球和导管；所述若干燃料球布置于堆芯活性区内，堆芯活性区内还填充有熔盐冷却剂；所述导管的轴向一端与堆芯活性区连通、轴向另一端与外部连通。本发明提供了一种利用熔盐热胀冷缩原理排出燃料球作为第二套停堆系统的先进高温堆堆芯，通过事故工况下，熔盐温度升高，体积膨胀，引起堆芯压力升高，非能动打开单向减压阀，排出堆芯冷却剂和燃料球，减少堆芯燃料装量的方式，降低堆芯反应性，维持长期停堆，保障堆芯安全性。

Description

非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯。
背景技术
反应堆相关安全法规中要求，停堆手段必须由两个不同的系统组成。第二套停堆系统是防止反应堆保护系统停堆失效的纵深防御手段。两个系统中，至少有一个系统能在单一故障情况下独立行使反应堆从运行工况和事故工况迅速进入有足够深度的次临界的功能。即使在堆芯具有最大后备反应性情况下，两个系统中至少有一个系统能独立使反应堆从正常运行工况进入次临界，并以足够的深度和高的可靠度保持次临界状态，维持安全停堆，保障堆芯安全。第二套停堆系统的设计目标为：在临界运行、第一套停堆系统拒绝动作时，能够快速将堆芯带至次临界状态；在反应堆重返临界前，可以补偿氙毒消耗等所引入的正反应性，使反应堆长期维持冷停堆状态。
球床先进高温堆是近年来美国和法国等国提出的一种先进反应堆概念，其核心特点主要有两个：1)采用以石墨为基体、含有TRISO包覆颗粒的燃料元件；2)使用氟盐作为冷却剂。球床先进高温堆活性区具有燃料球和TRISO颗粒的双重不均匀性，没有可供控制棒插入的通道，因此控制棒只能布置在堆芯活性区外围反射层中。为获得大的控制棒价值，一般控制棒通道会布置在离活性区较近的反射层位置处，考虑机械应力的要求和控制棒间的空间自屏效应，满足要求的控制棒位置较有限，即控制棒总价值有限。目前为了满足相关安全法规的要求，球床先进高温堆第二套停堆系统也采用控制棒控制，必须占用一些反射层中的控制棒位置，这使得第一套停堆系统可利用的控制棒根数减小，即总价值变小，严重影响了球床先进高温堆功率和寿期的设计，进而限制了球床先进高温堆的经济性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的球床先进高温堆第二套停堆系统采用控制棒控制，会占用一些反射层中的控制棒位置，这使得第一套停堆系统可利用的控制棒根数减小，即总价值变小，严重影响了球床先进高温堆功率和寿期的设计，本发明提供了解决上述问题的非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯。
本发明通过下述技术方案实现：
非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯，所述堆芯包括若干燃料球和导管；所述若干燃料球布置于堆芯活性区内，堆芯活性区内还填充有熔盐冷却剂；所述导管的轴向一端与堆芯活性区连通、轴向另一端与外部连通。
进一步地，所述堆芯还包括若干石墨球；若干燃料球布置于堆芯活性区上部，若干石墨球布置于堆芯活性区下部。
进一步地，所述导管上设有单向减压阀。
进一步地，在正常工况下，导管和单向减压阀中的压力与堆芯活性区的压力一致，均为常压；单向减压阀处于关闭状态。
进一步地，在事故工况下，单向减压阀非能动打开，将堆芯活性区的部分燃料球和熔盐冷却剂经导管排出。
进一步地，所述导管的内径大于燃料球的直径。
进一步地，所述导管的自由端与燃料贮存罐连通。
进一步地，所述堆芯还包括石墨反射层和若干控制棒；所述石墨反射层沿周向包裹堆芯活性区；若干根控制棒布置于靠近堆芯活性区外围的石墨反射层中；所述石墨反射层上开设有通孔，所述导管穿过通孔布置。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供了一种利用熔盐热胀冷缩原理排出燃料球作为第二套停堆系统的先进高温堆堆芯，通过事故工况下，作为冷却剂的熔盐温度升高，体积膨胀，引起堆芯压力升高，非能动打开单向减压阀，排出堆芯冷却剂和燃料球，以减少堆芯燃料装填量的方式，降低堆芯反应性，维持长期停堆，保障堆芯安全性；
2、本发明提出的堆芯设计中，为了保证球床先进高温堆拥有两套独立的停堆系统，第一套停堆系统采用控制棒的方式，第二套是利用熔盐热胀冷缩原理排出燃料球的方式，两套停堆系统的原理不同，以满足两套停堆系统的相互独立性；
3、本发明针对球床先进高温堆堆芯设计、运行特点，提出更先进的第二套停堆系统设计方案，减少甚至避免第二套停堆系统对控制棒的使用，在控制棒位置总数一定的情况下，相应增加第一套停堆系统的控制棒数量，进而增大第一套停堆系统的控制能力，提高球床先进高温堆的经济性和安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的堆芯径向截面结构示意图。
图2为本发明的堆芯轴向截面结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：1-燃料球，2-石墨球，3-熔盐冷却剂，4-石墨反射层，5-控制棒，6-导管，7-单向减压阀，8-燃料储存器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1和图2所示，本实施例提供了一种所述利用熔盐热胀冷缩原理排出燃料球作为第二套停堆系统的先进高温堆堆芯，包括燃料球1、石墨球2、熔盐冷却剂3、石墨反射层4、控制棒5、导管6、单向减压阀7、燃料贮存罐8。多个燃料球1布置在堆芯活性区上部；多个石墨球2挨着燃料球1布置在堆芯活性区下部，起到固定和填充作用；除燃料球1、石墨球2外，堆芯活性区剩余空间被熔盐冷却剂3填充；堆芯活性区被石墨反射层4包裹；多根控制棒5布置在靠近堆芯活性区外围石墨反射层4中；在石墨反射层4轴向上部位置开设有通孔用布置导管6，导管6的轴向一端与堆芯活性区连通，导管6的轴向另一端与燃料贮存罐8连接，在燃料贮存罐8与导管6之间，布置一个单向减压阀7。
第一套停堆系统采用控制棒5控制的方式，导管6、单向减压阀7、燃料贮存罐8组成第二套停堆系统，两套停堆系统的工作原理不同，满足两套停堆系统的相互独立性，能够保证反应堆拥有两套独立的停堆系统以保障堆芯安全。
第二套停堆系统的工作过程如下：正常工况时，第二套停堆系统导管6、单向减压阀7、燃料贮存罐8中的压力与堆芯活性区的压力一致，均为常压，单向减压阀7关闭；事故工况时，当控制棒5卡在临界棒位无法实现停堆动作时，反应堆超临界，堆芯功率升高，使得熔盐冷却剂3温度升高、体积膨胀，进而引起堆芯活性区压力升高，当堆芯活性区压力升高到一定阈值时，连接堆芯活性区和燃料贮存罐8的单向减压阀7打开，将堆芯活性区的部分燃料球1和熔盐冷却剂3排放到燃料贮存罐8中，此时，堆芯活性区的燃料装量减少，堆芯反应性降低，可维持长期冷停堆，保障堆芯安全性。本发明适用于冷却剂为7LiF-BeF2、NaBF4-NaF、LiF-NaF-BeF2等的熔盐冷却高温堆堆芯。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯，其特征在于，所述堆芯包括若干燃料球(1)和导管(6)；所述若干燃料球(1)布置于堆芯活性区内，堆芯活性区内还填充有熔盐冷却剂(3)；所述导管(6)的轴向一端与堆芯活性区连通、轴向另一端与外部连通；
所述导管(6)上设有单向减压阀(7)，所述导管(6)的内径大于燃料球(1)的直径；
在正常工况下，导管(6)和单向减压阀(7)中的压力与堆芯活性区的压力一致，均为常压；单向减压阀(7)处于关闭状态；
在事故工况下，单向减压阀(7)非能动打开，将堆芯活性区的部分燃料球(1)和熔盐冷却剂(3)经导管(6)排出。
2.根据权利要求1所述的非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯，其特征在于，所述堆芯还包括若干石墨球(2)；若干燃料球(1)布置于堆芯活性区上部，若干石墨球(2)布置于堆芯活性区下部。
3.根据权利要求1所述的非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯，其特征在于，所述导管(6)的自由端与燃料贮存罐(8)连通。
4.根据权利要求1所述的非能动排出燃料球作为第二套停堆系统的高温堆堆芯，其特征在于，所述堆芯还包括石墨反射层(4)和若干控制棒(5)；所述石墨反射层(4)沿周向包裹堆芯活性区；若干根控制棒(5)布置于靠近堆芯活性区外围的石墨反射层(4)中；所述石墨反射层(4)上开设有通孔，所述导管(6)穿过通孔布置。
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