CN112002441B - 一种具有固有安全特征的转动控制鼓 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有固有安全特征的转动控制鼓，所述转动控制鼓包括中子吸收体、反射层、支撑结构、热管、燃料棒、密封外套和传动系统组成，转动控制鼓的转动由传动系统控制完成。所述转动控制鼓实施方法包括：在反应堆正常运行工况下利用电能使转动控制鼓转动，转动控制鼓中的燃料棒和热管朝向堆芯活性区，反射层和中子吸收体位于活性区外围，形成一个紧凑的堆芯；在事故工况下转动控制鼓失去电能自动回复到平衡位置，转动控制鼓中的燃料棒和热管朝向堆芯外部，反射层和中子吸收体紧邻活性区，通过将中子吸收体移入堆芯和移出转动控制鼓中的燃料棒两种方式使反应堆停堆；转动控制鼓中的燃料棒发热由相邻的热管导出，确保转动控制鼓的正常冷却。利用该转动控制鼓能够在所有转动控制鼓都失效的条件下使反应堆停堆达到次临界状态，确保反应堆及系统的安全。

Description

一种具有固有安全特征的转动控制鼓
技术领域
本发明涉及微型核反应堆的安全控制领域，特别涉及一种通过将中子吸收体移入堆芯和移出燃料棒两种方式使反应堆停堆的转动控制鼓，对于微型核反应堆的自动控制与紧急停堆有极其重要的作用。
背景技术
转动控制鼓是微型核反应堆，特别是空间核反应堆的关键部件之一。转动控制鼓的功能是在正常运行工况下调节核反应堆的反应性和功率，在事故工况下转动控制鼓可以使核反应堆紧急停堆。相比于传统核反应堆的控制棒系统，转动控制鼓不需要占据其他的空间位置，也不需要在堆芯中进行平行移动，对堆芯造成较大的扰动，非常适合于体积小、结构紧凑的微型核反应堆系统。
目前，转动控制鼓都是均匀布置在堆芯活性区外围，由密封外套、反射层和中子吸收体组成，中子吸收体占据转动控制鼓表面三分之一的面积，扇面角约为120°。在正常运行工况下，转动控制鼓的反射层位于内侧，中子吸收体位于外侧，进而实现对核反应堆反应性及功率的调节。在事故工况下，通过传动系统使转动控制鼓的反射层转到外侧，中子吸收体转到内侧，实现对核反应堆的紧急停堆。为了保证事故工况下的紧急停堆，通常的设计方法是假定部分转动控制鼓失效的条件下剩余的转动控制鼓依然能够使核反应堆达到次临界状态。但是如果有超过一定数量的转动控制鼓失效则核反应堆无法实现紧急停堆，这会给系统的安全带来致命的威胁。
发明内容
本发明提供了一种具有固有安全特征的转动控制鼓，所述转动控制鼓包括中子吸收体、反射层、支撑结构、热管、燃料棒和密封外套。通过将中子吸收体移入堆芯和移出转动控制鼓中的燃料棒两种方式使反应堆停堆；通过转动控制鼓中的热管导出燃料棒释热。
优选的，所述转动控制鼓中的热管及燃料棒与堆芯活性区的热管与燃料棒在反应堆正常运行工况下构成一个较规则的圆形横截面。
优选的，所述转动控制鼓中的热管及燃料棒与堆芯活性区的热管与燃料棒在反应堆正常运行工况下构成一个较规则的多边形横截面。
优选的，所述转动控制鼓中的热管与燃料棒交替排列。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.增强了微型核反应堆系统的固有安全性；
2.在全部转动控制鼓失效时能够确保核反应堆的紧急停堆；
3.利用热管导出转动控制鼓的释热，确保了转动控制鼓的有效冷却；
5.能够广泛地应用于各种形式的微型核反应堆中；
6.结构简单，没有增加额外的设备，控制了成本，便于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是转动控制鼓的横截面；
图2是正常运行工况下堆芯的横截面；
图3是正常运行工况下堆芯的纵剖面；
图4是事故工况下堆芯的横截面；
图5是事故工况下堆芯的纵剖面。
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除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。本发明是通过将中子吸收体移入堆芯和移出转动控制鼓中的燃料棒两种方式达到反应堆停堆的目的。转动控制鼓主要由三部分区域组成，中子吸收体1区域、反射层2区域、热管3、燃料棒4以及支撑结构5所在的区域，热管3和燃料棒4由支撑结构5定位，整个转动控制鼓放置在密封外套6中，如图1。转动控制鼓的转动由传动系统控制完成。
在正常运行工况下，传动系统在通电条件下驱动转动控制鼓转动。转动控制鼓的热管3及燃料棒4所在区域与堆芯活性区7构成一个较规则的圆形，堆芯横截面如图2，纵剖面如图3。优选的，转动控制鼓的热管3及燃料棒4与堆芯活性区7构成一个多边形。此时堆芯的燃料棒有效装载量较高，反射层也能够有效地提高堆芯的中子通量，加上屏蔽层8的防护作用，反应堆进入临界状态，进而维持链式反应，持续地释放出裂变能。
在事故工况下，传动系统在失电条件下无法工作，转动控制鼓回复到平衡位置。此时转动控制鼓的热管3及燃料棒4所在区域朝向堆外侧，而中子吸收体1区域与反射层2区域朝向堆内侧，堆芯横截面如图4，纵剖面如图5。此时转动控制鼓的燃料棒4被隔离出堆芯活性区7，堆芯的燃料棒有效装载量减少；同时由于中子吸收体1能够有效地吸收堆芯活性区7中的裂变中子，致使堆芯的中子通量降低；燃料棒装载量与中子通量的降低都降低了堆芯的反应性，使反应堆进入次临界状态，堆芯功率持续降低，最终使得反应堆能够在所有转动控制鼓都失效的条件下实现紧急停堆。
本发明可以方便地应用于各种类型的微型核反应堆系统中，并显著地增强系统的固有安全性。
本发明主要针对转动控制鼓进行改进，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，根据本发明的思想，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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种通过将中子吸收体移入堆芯和移出转动控制鼓中的燃料棒两种方式使反应堆停堆的转动控制鼓，包括中子吸收体、反射层、支撑结构、热管、燃料棒、密封外套和传动系统，其特征在于：
在反应堆正常运行工况下，传动系统在通电条件下驱动转动控制鼓转动，所述转动控制鼓中的燃料棒和热管位于堆芯内部，中子吸收体和反射层位于堆芯外部；在事故工况下，传动系统在失电条件下无法工作，转动控制鼓回复到平衡位置，所述转动控制鼓中的燃料棒和热管位于堆芯外部，中子吸收体和反射层位于堆芯内部；转动控制鼓中的燃料棒发热由相邻的热管导出。
2.根据权利要求1所述通过将中子吸收体移入堆芯和移出转动控制鼓中的燃料棒两种方式使反应堆停堆的转动控制鼓，其特征在于：所述转动控制鼓的热管及燃料棒在正常运行工况下与堆芯活性区构成一个较规则的圆形。
3.根据权利要求1所述通过将中子吸收体移入堆芯和移出转动控制鼓中的燃料棒两种方式使反应堆停堆的转动控制鼓，其特征在于：所述转动控制鼓的热管及燃料棒在正常运行工况下与堆芯活性区构成一个多边形。
4.根据权利要求1所述通过将中子吸收体移入堆芯和移出转动控制鼓中的燃料棒两种方式使反应堆停堆的转动控制鼓，其特征在于：所述转动控制鼓中的热管与燃料棒交替排列。
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