CN111986823B - 中子反射结构和堆芯组件 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种中子反射结构和堆芯组件，包括：设置在所述堆芯周向外侧的第一反射层；设置在所述第一反射层周向外侧的第二反射层；所述第一反射层包括多个第一反射件和/或所述第二反射层包括多个第二反射件，并且所述第一反射层和所述第二反射层限定出多个容置空间，每个所述容置空间内可枢转地设置一个第三反射件，所述第三反射件在周向上使用多种具有不同的中子反射能力的材料，从而控制反射到所述堆芯的中子的数量。根据本发明实施例的中子反射结构和堆芯组件结构简单且安装方便。

Description

中子反射结构和堆芯组件

技术领域

本发明属于核反应堆控制领域，特别是涉及一种中子反射结构和堆芯组件。

背景技术

在堆芯逐渐向小型化、轻便化发展的背景下，对于中子反射结构的设计也提出了更高的要求。

具有转动式反射组件的中子反射结构是一种能够有效提高中子利用率的中子反射结构，现有技术中带有转动式反射组件的中子结构通常结构较为复杂，使得安装和拆卸较为困难，难以作为小型堆芯的中子反射结构来使用。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的中子反射结构和堆芯组件。

根据本发明的一个方面，提供一种中子反射结构，用于反射堆芯裂变反应产生的中子，所述中子反射结构包括：设置在所述堆芯周向外侧的第一反射层；设置在所述第一反射层周向外侧的第二反射层；所述第一反射层包括多个第一反射件和/或所述第二反射层包括多个第二反射件，并且所述第一反射层和所述第二反射层限定出多个容置空间，每个所述容置空间内可枢转地设置一个第三反射件，所述第三反射件在周向上使用多种具有不同的中子反射能力的材料，从而控制反射到所述堆芯的中子的数量。

可选地，每个所述第一反射件和所述第二反射件设置成包括：本体，所述本体的周向上形成有相对的两个弧形面，每个所述弧形面用于形成一个所述容置空间的部分边界。

可选地，所述第三反射件设置成圆柱状，所述弧形面设置成圆弧形并且设置成与相邻的一个所述第三反射件同心。

可选地，所述堆芯的轴向两端分别设置有第一固定板和第二固定板，每个所述本体还包括：分别形成在所述本体轴向的两个侧面的多个第一连接部，每个所述第一连接部用于与所述第一固定板或所述第二固定板可拆卸的连接。

可选地，每个所述本体还包括：设置成在径向上贯通或部分贯通所述本体的多个第二连接部，每个所述第二连接部用于所述第一反射件和所述第二反射件之间的固定连接。

可选地，所述第二反射件的所述第二连接部设置成贯通对应的所述本体。

可选地，所述第二反射件的所述第二连接部设置有止松件，所述止松件用于使所述第一连接件和所述第二连接件的固定连接保持稳定。

可选地，所述堆芯的轴向两端分别设置有第一固定板和第二固定板，所述中子反射结构还包括：第三反射层和第四反射层，其中所述第三反射层设置在所述第一固定板内侧，所述第四反射层设置在所述第二固定板内侧。

可选地，所述第三反射层和所述第四反射层设置有多个贯通孔，每个所述贯通孔允许所述堆芯的至少部分结构通过。

可选地，所述第三反射层的至少一个所述贯通孔内设置有第一限位结构，所述第一限位结构与所述第一固定板相配合以限制所述第三反射层在至少部分方向上的运动。

可选地，所述第四反射层设置有至少一个第二限位结构，每个所述第二限位结构与所述第二固定板相配合以限制所述第四反射层在至少部分方向上的运动。

根据本发明实施例的另一方面，提供一种堆芯组件，包括：堆芯；如上任一所述的中子反射结构，用于反射所述堆芯裂变反应产生的中子。

根据本发明实施例的中子反射结构和堆芯组件结构简单，将中子反射结构进行了模块化的结构划分，安装方便。

附图说明

图1为根据本发明实施例的中子反射结构示意图；

图2为根据本发明实施例的中子反射结构A-A截面图；

图3为根据本发明实施例的第一反射件和第二反射件示意图。

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，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

根据本发明的实施例首先提供一种中子反射结构100，参照图1至图2，其中图2为图1中示出的实施例的A-A截面图，中子反射结构100用于反射堆芯200裂变产生的中子，包括：设置在所述堆芯200周向外侧的第一反射层11；设置在所述第一反射层11周向外侧的第二反射层12；所述第一反射层包括多个第一反射件110和/或所述第二反射层包括多个第二反射件120，并且所述第一反射层11和所述第二反射层12限定出多个容置空间13，每个所述容置空间13内可枢转地设置一个第三反射件14，所述第三反射件14在周向上使用多种具有不同的中子反射能力的材料，从而控制反射到所述堆芯200的中子的数量。

如图1所示，第一反射层11设置在堆芯200的周向外侧，第二反射层12设置在第一反射层11的周向外侧，从而第一反射层11和第二反射层12能够将堆芯200在周向上逃逸的中子进行反射。在一些实施方式中，堆芯200通常包括堆芯容器，则优选地将第一反射层11设置在堆芯容器的周向外侧，以方便第一反射层11和第二反射层12的拆卸，当然本领域技术人员也可以根据实际情况选择将第一反射层11和第二反射层12设置在堆芯容器的内侧、堆芯200的活性区的周向外侧的位置。第一反射层11和第二反射层12的材料可以是常用的中子反射材料，例如金属铍、氧化铍或者石墨等，第一反射层11和第二反射层12的材料可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际情况自行选择。

第一反射层11和第二反射层12限定出多个容置空间13，每个容置空间13内可枢转地设置一个第三反射件14。图1中示出的容置空间13的截面呈大致圆形，实际上本领域技术人员还可以根据实际情况使容置空间13呈现出其他与第三反射件14的形状相适应的形状。

在这样的实施例中，在进行中子反射结构安装时，可以先完成第一反射层11的安装，然后完成第三反射件14的安装，最后再完成第二反射层12的安装，实现了中子反射结构安装时的模块化作业，同时这样的结构设计在完成了第二反射层的安装后才真正限定出了容置空间，使得在安装第三反射件14的时候并没有容置空间的限制，无需将其进行吊装并从堆芯顶部放入容置空间中，可以直接从堆芯的周向进行安装，更加方便且安全。

进一步的，第一反射层11包括多个第一反射件110和/或第二反射层12包括多个第二反射件120，即，可以选择将第一反射层11设置成包括多个第一反射件110，第二反射层12可以设置成一体成型、焊接成型等一体化结构；也可以选择将第二反射层12设置成包括多个第二反射件120；还可以选择将第一反射层11设置成包括第一反射件110，并且将第二反射层12设置成包括多个第二反射件120，可以理解的，将反射层设置成包括多个反射件是为了进一步的方便中子反射结构200的安装。

第三反射件14在周向上使用多种具有不同的中子反射能力的材料，从而当第三反射件14设置在容置空间13以后，通过转动第三反射件14能够改变面向堆芯活性区的中子反射材料，从而能够控制反射回堆芯活性区的中子的数量，进而调节堆芯反应性，实现对反应堆功率的调节和停堆保护。

第三反射件14的形状可以根据实际需求由本领域技术人员自行选择，为了方便转动同时使得中子反射结构更为紧凑，优选地可以设置成圆柱形。第三反射件14周向上的材料也可以根据实际需求进行选择，例如可以设置成包括中子反射材料和中子吸收材料，从而对于反射回堆芯活性区的中子量有更大的调控范围。第三反射件14可以通过例如电机、转轴等驱动机构来实现枢转，本领域技术人员可以根据实际需求自行选择。

在一些实施方式中，参照图1-图3，每一个第一反射件110和第二反射件120都设置成包括本体111，本体111的周向上形成有相对的两个弧形面112，每个弧形面112用于形成一个容置空间13的部分边界。在图1至图3示出的实施例中，容置空间13呈圆柱形，每个弧形面112形成一个容置空间13的大致1/4个边界，在一些实施方式中，本领域技术人员可以根据实际情况对第一反射件110和/或第二反射件120的弧形面112进行调整和/或改变弧形面112设置的方向、角度等，以获得其他形状的容置空间13。

在一些实施方式中，参照图2至图3，第三反射件14设置成圆柱状，弧形面112设置成圆弧形并设置成与相邻的一个第三反射件14同心，本领域技术人员可以理解，这样的设置使得中子反射结构200的结构更为紧凑，更加适应小型化堆芯的要求，同时，弧形的轮廓结构也能够避免种子的直射，减少堆芯200的裂变中子的泄漏逃逸。需要注意的是，考虑到安装偏差以及热膨胀补偿等因素，容置空间13和第三反射件14之间可以留有合适的间隙。

在一些实施方式中，参照图2堆芯200的轴向两端分别设置有第一固定板22和第二固定板23，第一固定板22和第二固定板23可以是堆芯200的上栅格板和下栅格板，也可以是专门设计的用于固定中子反射结构的固定板。第一反射件110和第二反射件120的本体111还包括分别形成在本体111轴向的两个侧面的多个第一连接部113，每个第一连接部113用于与第一固定板22或第二固定板23固定连接。可以理解的，第一连接部113可以是螺纹孔，通过螺钉等结构与第一固定板22或第二固定板23进行可拆卸的连接，第一连接部113还可以是例如卡扣等结构，本领域技术人员可以根据实际需求自行选择第一连接部113与第一固定板22或第二固定板23的连接方式。进一步的，本体111还包括在径向上贯通或部分贯通本体111的多个第二连接部114，每个第二连接部114用于第一反射件和第二反射件120之间的固定连接。第二连接部114同样可以是螺纹孔或其他形式的连接部。

在一些实施方式中，当第一反射层11或第二反射层12为一体化设计时，也可以采用上述的固定连接方式进行固定，在第一反射层11和第二反射层12的轴向两端以及径向上设置连接部，来进行固定连接。在一些实施方式中，第一反射层11和第二反射层12还可以与堆芯200的周向上的部件进行可拆卸的连接。从而不再需要第一固定板22和第二固定板23。

在一些实施方式中，由于第一反射层11和第二反射层12由反射材料支撑，其热膨胀系数通常会小于堆芯200的结构材料，由于堆芯200在运行时必然会产生大量的热量，导致堆芯200的结构发生热膨胀，为避免第一反射层11和第二反射层12在热膨胀过程中因其变形量小而被挤压破损，在进行中子反射结构100的安装时，可以首先使第一反射件110通过连接件与第一固定板22和第二固定板23进行固定连接，完成第一反射层11的安装，然后进行第三反射件14和第二反射层12的安装，在第三反射件14和第二反射层12安装完成后，将连接件拆卸，也就是说该连接件仅在第一反射件110进行安装时起到定位作用，在中子反射结构100整体安装完成后，将其拆卸，从而第一反射层11和第二反射层12在反应堆正常运行时可以在径向范围内有由自由活动的空间，避免其热膨胀系数小而被挤压。

在一些实施方式中，当第一反射层11为一体化设计时，或者第一反射层11与堆芯200周向上的部件固定连接时，也可以采用类似的方式，在中子反射结构100整体安装完成后解除第一反射层11与堆芯200的轴向或周向上的部件的固定连接，以避免第一反射层11和第二反射层12被挤压。

在一些实施方式中，部分第二反射件120的第二连接部114设置有止松件115，用于使第一连接件110和第二连接件120的固定连接保持稳定。具体而言，止松件可以是例如止动垫圈、弹簧等装置，防止振动、地震等特殊工况下第一连接件110和第二连接件120的固定连接被断开。

在一些实施方式中，中子反射结构100还包括第三反射层15和第四反射层16，其中第三反射层设置在第一固定板22的内侧，第四反射层设置在第二固定板23的内侧。可以理解的，第三反射层15和第四反射层16用于反射堆芯200的轴向上的中子。第三反射层15和第四反射层16的材料选择可以参照第一反射层11和第二反射层12，在此不再赘述。

在一些实施方式中，在第三反射层15和第四反射层16设置有多个贯通孔24，贯通孔24允许堆芯200的至少部分结构通过。可以理解的，在一些实施方式中，第一固定板22和第二固定板23是堆芯200的上栅格板和下栅格板，则贯通孔24允许堆芯200的燃料组件通过。

在一些实施方式中，参照图2，第三反射层15的至少一个贯通孔24内设置有第一限位结构17，第一限位结构17与第一固定板22相配合以限制第三反射层15在至少部分方向上的运动。在图2中示出的第三反射层15是位于堆芯200的轴向上方的反射层，第一限位结构17可以是压紧弹簧，从而当第三反射层15与第一固定板22进行连接后，压紧弹簧将被压紧，从而第三反射层15在寿期内处于预紧受压状态，避免振动、地震等特殊工况下的意外旋转或上下跳动等情况。可以理解的，本领域技术人员也可以在贯通孔24中设置其他合适的限位结构来实现相同的功能。

在一些实施方式中，仍然参照图2，第四反射层16设置有至少一个第二限位结构26，每个第二限位结构26与第二固定板23相配合以限制第四反射层16在至少部分方向上的运动。第二限位结构26并非设置在贯通孔24中，而是设置在第四反射层16上，第二限位结构可以是例如凹槽，与第二固定板23上的凸起相配合，来限制第四反射层的活动，第二限位结构26也可以是例如卡扣等结构，本领域技术人员可以自行选择。在一些实施方式中，第二限位结构26还可以设置成与第一反射层11或堆芯200上的其他部件相配合以限制第四反射层16的活动。

需要注意的是，尽管图2示出的实施例中第三反射层15位于堆芯200的轴向上方，第四反射层16位于堆芯200的轴向下方，实际上第三反射层15和第四反射层16的位置可以进行交换。同样的，第一限位结构17和第二限位结构26也仅为了表示限位结构可以是设置在贯通孔24中的，也可以是设置在反射层本体上的，本领域技术人员还可以选择在第四反射层16的贯通孔24中也设置第一限位结构17，或者在第三反射层15上也设置第二限位结构26，也就是说上述技术特征可以由本领域技术人员根据实际需求自行组合。

根据本发明的实施例还提供一种堆芯组件，包括堆芯200，以及根据如上任一所述的中子反射结构100。堆芯200可以是任何种类的堆芯，本领域技术人员可以根据堆芯的实际结构对上述的中子反射结构100进行适应性的调整，具体的实施方式参照前述内容，在此不再赘述。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种中子反射结构，用于反射堆芯裂变反应产生的中子，所述中子反射结构包括：

设置在所述堆芯周向外侧的第一反射层；

设置在所述第一反射层周向外侧的第二反射层；所述第一反射层包括多个第一反射件和/或所述第二反射层包括多个第二反射件，其中，每个所述第一反射件和所述第二反射件设置成包括：

本体，所述本体的周向上形成有相对的两个弧形面，每个所述弧形面用于形成一个所述容置空间的部分边界，并且

所述第一反射层和所述第二反射层限定出多个容置空间，每个所述容置空间内可枢转地设置一个第三反射件，其中，所述第三反射件设置成圆柱状，所述弧形面设置成圆弧形并且设置成与相邻的一个所述第三反射件同心，所述第三反射件在周向上使用多种具有不同的中子反射能力的材料，从而控制反射到所述堆芯的中子的数量。

2.根据权利要求1的中子反射结构，其中，所述堆芯的轴向两端分别设置有第一固定板和第二固定板，每个所述本体还包括：

分别形成在所述本体轴向的两个侧面的多个第一连接部，每个所述第一连接部用于与所述第一固定板或所述第二固定板可拆卸的连接。

3.根据权利要求1所述的中子反射结构，其中，每个所述本体还包括：

设置成在径向上贯通或部分贯通所述本体的多个第二连接部，每个所述第二连接部用于所述第一反射件和所述第二反射件之间的固定连接。

4.根据权利要求3的中子反射结构，其中，所述第二反射件的所述第二连接部设置成贯通对应的所述本体。

5.根据权利要求3的中子反射结构，其中，所述第二反射件的所述第二连接部设置有止松件，所述止松件用于使所述第一连接件和所述第二连接件的固定连接保持稳定。

6.根据权利要求1的中子反射结构，其中，所述堆芯的轴向两端分别设置有第一固定板和第二固定板，所述中子反射结构还包括：

第三反射层和第四反射层，其中

所述第三反射层设置在所述第一固定板内侧，所述第四反射层设置在所述第二固定板内侧。

7.根据权利要求6的中子反射结构，其中，所述第三反射层和所述第四反射层设置有多个贯通孔，每个所述贯通孔允许所述堆芯的至少部分结构通过。

8.根据权利要求7的中子反射结构，其中，所述第三反射层的至少一个所述贯通孔内设置有第一限位结构，所述第一限位结构与所述第一固定板相配合以限制所述第三反射层在至少部分方向上的运动。

9.根据权利要求6的中子反射结构，其中，所述第四反射层设置有至少一个第二限位结构，每个所述第二限位结构与所述第二固定板相配合以限制所述第四反射层在至少部分方向上的运动。

10.一种堆芯组件，包括：

堆芯；

如权利要求1-9中任意一项所述的中子反射结构，用于反射所述堆芯裂变反应产生的中子。

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