CN117637196A - 反应堆及其反应性控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种反应堆及其反应性控制方法，反应堆包括容纳有冷却介质的冷却介质池、设置于冷却介质池内的燃料组件、反射层以及注硼管路。反射层设置于冷却介质池内，且位于燃料组件的径向外侧，用于反射中子，反射层形成有至少一个封闭的注硼孔道。注硼管路与每个注硼孔道连通，用于在反应堆发生事故停堆时受控地向注硼孔道中供应浓硼水。本申请实施例提供的反应堆，通过在反射层内形成注硼孔道，能够充分利用反应堆堆芯原本的构造，无需对反应堆堆芯的燃料组件进行改造，安全性高。

Description

反应堆及其反应性控制方法

技术领域

本申请的实施例涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种反应堆及其反应性控制方法。

背景技术

实现反应堆应急停堆是保障反应堆安全、减轻事故带来的后果的重要操作。在泳池式低温供热堆中，由于反应堆的冷却介质池中冷却介质的量很大，所以很难采用化学方法实现反应堆的反应性控制，目前常用的反应性控制方法是控制棒或可燃毒物，通过将控制棒或可燃毒物插入反应堆的燃料组件并在反应堆的燃料组件内移动，吸收中子降低反应性，实现停堆。但当反应堆发生事故时，上述方法难以在较短时间内实现反应堆安全停堆，较长时间的事故进程中所产生的堆芯热量很大，可能会导致厂房超压或者冷却介质池中冷却介质液位下降较快，对反应堆安全不利。

发明内容

为了解决上述问题的至少一个方面，本申请提供一种反应堆及其反应性控制方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种反应堆。反应堆包括容纳有冷却介质的冷却介质池和设置于冷却介质池内的燃料组件，反应堆还包括：反射层，设置于冷却介质池内，且位于燃料组件的径向外侧，用于反射中子，反射层形成有至少一个封闭的注硼孔道；和注硼管路，与每个注硼孔道连通，用于在反应堆发生事故停堆时受控地向注硼孔道中供应浓硼水。

第二方面，本申请实施例提供了一种反应堆的反应性控制方法，反应堆为本申请第一方面的反应堆，方法包括：在反应堆发生事故停堆时，向反应堆的反射层的注硼孔道中供应浓硼水。

根据本申请实施例提供的反应堆，通过在反射层内形成注硼孔道，能够充分利用反应堆原本的结构，无需对反应堆堆芯的燃料组件进行改造，安全性高；当反应堆发生事故时，通过向注硼管路注入浓硼水，浓硼水能够沿注硼管路进入位于反射层内的注硼孔道中，从而吸收燃料组件的中子，向堆芯引入一定负反应性，使得反应堆可以在较短时间内实现安全停堆，使事故后果大大减轻。

附图说明

通过下文中参照附图对本申请的实施例所作的描述，本申请的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本申请有全面的理解。

图1是根据本申请实施例的反应堆的示意性原理图；

图2是根据本申请实施例的反应堆堆芯的横截面示意图；

图3是图2所示堆芯的局部放大示意图；

图4是根据本申请实施例的注硼孔道与注硼管路的连接示意图；

图5是根据本申请实施例的辐照孔道与注硼循环管路的连接示意图。

附图标记说明：

1、反应堆；11、冷却介质池；12、燃料组件；

21、浓硼水容器；22、排气管道；23、注硼管路；24、隔离阀；25、泵；26、反射层；261、注硼孔道；262、辐照孔道；2621、冷却介质入口；263、注硼循环管路；264、外包壳；265、内包壳；266、石墨。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请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申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

为了在事故工况下实现反应堆停堆，相关技术在反应堆堆芯周围布置注硼管路，将浓硼水通过注硼管路注入堆芯内。在安装过程中需要对反应堆的燃料组件进行改造，这种改造可能会影响燃料组件的稳定性，带来安全隐患。

针对上述技术问题，本申请实施例提供了一种反应堆，能够充分利用反应堆原本的结构，无需对燃料组件进行改造。

参见图1，本申请实施例的反应堆1包括容纳有冷却介质的冷却介质池11和设置于冷却介质池11内的燃料组件12。反应堆1还包括：反射层26和注硼管路23。反射层26设置于冷却介质池11内，且位于燃料组件12的径向外侧，用于反射中子。反射层26形成有至少一个封闭的注硼孔道261。注硼管路23与每个注硼孔道261连通，用于受控地向注硼孔道261中供应浓硼水。

根据本申请提供的反应堆1，在反射层26内形成注硼孔道261，能够充分利用反应堆1原本的结构，不需要对燃料组件12进行改造，也无需在冷却介质池11内增设其他用于形成注硼孔道的结构件，安全性高。当反应堆1发生事故时，通过向注硼管路23注入浓硼水，浓硼水能够沿注硼管路23进入位于反射层26内的注硼孔道261中，吸收燃料组件12的中子，向堆芯引入一定负反应性，使得反应堆1在较短时间内实现安全停堆，使事故后果大大减轻。

在本申请实施例中，注硼孔道261为封闭结构，不与冷却介质池11连通，从而冷却介质不会进入注硼孔道261内，这样，当向注硼孔道261通入浓硼水时，浓硼水不会流入冷却介质池内，污染整个冷却介质池11内的冷却介质。在事故处理后，反应堆1重新运行时，可以将浓硼水从注硼孔道261中抽离，从而使得反应堆1的冷却介质池11内的冷却介质能够继续使用，无需更换。

反应堆1发生事故例如可以为发生全厂断电ATWS和满功率失控提棒ATWS等事故。

通过向注硼孔道261注入浓硼水，向反应堆1提供事故缓解所需的负反应性，使得堆芯的事故进程大大缩短，能在较大程度上抑制堆芯功率震荡，大大减少堆芯事故后的发热量，降低反应堆池水的蒸发量，从而保证堆芯始终处于淹没状态。同时，降低了反应堆池冷却介质的蒸发量可以使得反应堆厂房不发生超压失效等事故。

在一些实施例中，注硼孔道261的顶端封闭，底端形成与注硼管路23连通的通孔。

参见图4，本申请实施例提供的反应堆1还可以包括至少一个排气管道22，每个排气管道22与一个相应的个注硼孔道261连通，其中，当通过注硼管路23向注硼孔道261中供应浓硼水时，注硼孔道261中的气体经由排气管道22向外排出。在这样的实施例中，当反应堆1正常运行时，空气经由排气管道22充满注硼管路23和注硼孔道261；当反应堆1发生事故时，需要向注硼管路23中注入浓硼水时，与注硼孔道261连通的排气管道22可以将注硼管路23和注硼孔道261内的空气顺利排出，不会造成因为气体存在而出现浓硼水无法进入注硼管路23和注硼孔道261的情况。

排气管道22的一端与注硼孔道261连通，另一端自注硼孔道261向上延伸至位于冷却介质液面上方，以使冷却介质液面上方的空气能够进入排气管道22。参见图4，排气管道22的一端可以进入注硼孔道261，并在注硼孔道261内向上延伸至注硼孔道261的顶部，以使在通过注硼管路23向注硼孔道261中注入浓硼水时，浓硼水压迫注硼孔道261内的空气从排气管道22向外排出。

当反应堆1在事故后重新恢复正常运行时，可以通过注硼管路23将注硼孔道261中的浓硼水抽离，此时外部的气体可以经排气管道22重新进入注硼孔道261和注硼管路23内，使注硼孔道261和注硼管路23内保持充满空气的状态。由此可见，本申请实施例在反应堆1发生事故时，能够向注硼孔道261中注入浓硼水进行化学堆停，而在事故处理后，反应堆重新运行时，能够将浓硼水从注硼孔道261中抽离，从而使得反应堆1的冷却介质池11内的冷却介质能够继续使用，无需更换，同时，注硼孔道261也能够再次被利用。

在一些实施例中，冷却介质池11里的冷却介质可以是水。

注硼管路23的数量可以为1个，注硼孔道261的数量可以为多个，每个注硼孔道261均与注硼管路23连通。

在一些实施例中，注硼孔道261可以邻近燃料组件12布置。此处的“邻近”可以理解为注硼孔道261在反射层26内更靠近燃料组件12的一侧。容易理解，注硼孔道261与燃料组件12越近，越有利于注硼孔道261中的浓硼水吸收中子，从而更有利于在事故工况下快速停堆。具体地，注硼孔道261与燃料组件12之间的间距可以小于等于5cm。

反射层26可以由多个石墨反射层组件组成。设置注硼孔道的石墨反射层组件的结构尺寸可以与燃料组件12的外形尺寸一致，使得石墨反射层组件能够自然地匹配堆芯组件布置。石墨反射层组件的抓具接口可以与燃料组件12的抓具接口一致，以便可以使用燃料组件抓具实现对反射层26的抓取。

注硼孔道261的截面可以为长方体。注硼孔道261既可以在单个石墨反射层组件内单独设计，也可以通过横跨多个反射层组件实现贯通的长方体注硼孔道。

在一些实施例中，注硼孔道261的高度可以与燃料组件12的高度相同，或者大于燃料组件12的高度。注硼孔道261的上下两端可以分别与燃料组件12的上下两端平齐，或者注硼孔道261的上端向上凸出于燃料组件12的上端，和/或注硼孔道261的下端向下凸出于燃料组件12的下端。这样，能够使注硼孔道261中的浓硼水尽量多地吸收中子，减少从注硼孔道261上下两端向外逸出的中子数量。

参见图2和图3，在一些实施例中，反射层26可以包括外包壳264、内包壳265以及形成在内包壳265和外包壳264之间的石墨266，内包壳265限定形成注硼孔道261。

反射层26的外包壳264、内包壳265可以均采用不吸收中子的材料制成，以保证向注硼孔道261注入浓硼水时，外包壳264和内包壳265不会因为吸收中子而对浓硼水的反应性引入量造成影响。

参见图2，在一些实施例中，反射层26内部还形成多个辐照孔道262，用于容纳辐照测试用样品。参见图5，辐照孔道262的顶端形成开口，用于供辐照测试用样品进入辐照孔道262，辐照孔道262的底端设有冷却介质入口2621，用于供冷却介质进入辐照孔道262，以对辐照孔道262内的辐照测试用样品进行冷却。冷却介质入口2621的直径较小，防止冷却介质较多地流入辐照孔道262内，影响对燃料组件12的冷却。

辐照孔道262与注硼孔道261沿反射层26的周向错开布置。即，辐照孔道262与注硼孔道261均面对燃料组件12地布置于反射层26的径向内侧，辐照孔道262与燃料组件12之间不布置注硼孔道261或其他辐照孔道262，注硼孔道261与燃料组件12之间不布置辐照孔道262或其他注硼孔道261。在这样的实施例中，使得辐照孔道262与注硼孔道261能够尽量接近燃料组件12布置。

参见图2，反射层26可以由多层石墨棒组成，辐照孔道262与注硼孔道261可以布置于最内层的石墨棒中。可以将反射层26沿周向划分为偶数个分段，其中相邻的两个分段中，一个分段布置一组辐照孔道262，另一个分段布置一组注硼孔道261。这样设置，便于辐照测试用样品的取放操作。

在图2所示的实施例中，将反射层26沿周向划分为8个分段，四个分段分别布置四组辐照孔道262，另四个分段分别布置四组注硼孔道261。

继续参见图2，燃料组件12的周向边缘形成两两相对的四个直边，以及分别用于连接相邻两个直边的四个台阶边，布置辐照孔道262的分段与台阶边相面对，以便于增大辐照孔道262中注入的中子量；布置注硼孔道261的分段与直边相面对，以便于能够利用横截面积较小的注硼孔道261将燃料组件12包围在内。

参见图1，本申请实施例提供的反应堆1还可以包括浓硼水容器21，浓硼水容器21设置于冷却介质池11的外部，用于容纳浓硼水。注硼管路23与浓硼水容器21连接。可以利用加热件对浓硼水容器21进行加热，防止浓硼水结晶。

在本申请的实施例中，注硼管路23设有隔离阀24，既可以防止在向注硼管路23中注入浓硼水时，发生浓硼水回流的情况；又可以在反应堆1正常运行时，阻止浓硼水进入注硼管路23，避免浓硼水影响反应堆1的正常运行。

在一些实施例中，浓硼水容器21与泵25相连，泵25用于推动浓硼水的流动，便于浓硼水流入注硼管路23和注硼孔道261。在另一些实施例中，浓硼水容器21上方形成蓄压气空间，用于为浓硼水的流动提供动力。

参见图1和图5，本申请实施例提供的反应堆1还可以包括注硼循环管路263，注硼循环管路263的部分设置于辐照孔道262内，注硼循环管路263的两端均与浓硼水容器21连通，以使浓硼水容器21中的浓硼水能够在注硼循环管路263和浓硼水容器21中循环流动。容易理解，由于反射层26需要布置试验或测试用的辐照孔道262，使得注硼孔道261的数量减少。在上述实施例中，除了能够利用注硼孔道261内的浓硼水吸收燃料组件12的中子外，还能够通过注硼循环管路263内的浓硼水吸收燃料组件的中子，大大提高负反应性，有利于反应堆1在较短时间内实现安全停堆。并且，上述布置方式不会使硼进入整个冷却介质池11从而污染整个水池。

在一些实施例中，注硼孔道261和辐照孔道262布满反射层26的周向。也就是说，注硼孔道261和辐照孔道262在周向上围成一圈，将燃料组件12包围在内。从而，进一步提高负反应性。

注硼管路23和注硼循环管路263均采用不吸收中子的材料制成。

注硼循环管路263的数量可以为1个或多个。在一些实施例中，每个注硼循环管路263可以仅经过一个辐照孔道262；在一些实施例中，单个注硼循环管路263可以依次穿过多个辐照孔道262。

本申请实施例还提供了一种反应堆的反应性控制方法，其中反应堆为本申请任一实施例的反应堆1，反应性控制方法包括：在反应堆1发生事故停堆时，向反应堆1的反射层26的注硼管路23中供应浓硼水。注入后的浓硼水沿注硼管路23流至注硼孔道261，吸收燃料组件12中的中子，引入一定负反应性，以实现减缓反应堆1内反应速率的目的。

根据本申请提供的反应性控制方法，在反射层26内形成注硼孔道261，利用反应堆1原本的结构，不需要对燃料组件12进行改造，也无需在冷却介质池11内增设其他用于形成注硼孔道的结构件，安全性高。当反应堆1发生事故时，通过注硼管路23注入浓硼水，浓硼水能够沿注硼管路23进入位于反射层26内的注硼孔道261中，吸收燃料组件12的中子，向堆芯引入一定负反应性，使得反应堆1在较短时间内实现安全停堆，使事故后果大大减轻。

由于注硼孔道261为封闭结构，不与冷却介质池11连通，从而冷却介质不会进入注硼孔道261内，这样，当向注硼孔道261通入浓硼水时，浓硼水不会流入冷却介质池内，污染整个冷却介质池11内的冷却介质。在事故处理后，反应堆1重新运行时，可以将浓硼水从注硼孔道261中抽离，从而使得反应堆1的冷却介质池11内的冷却介质能够继续使用，无需更换。

在一些实施例中，当反应堆1还包括注硼循环管路263时，本申请实施例提供的反应性控制方法还包括：在反应堆1发生事故停堆时，向反射层26的辐照孔道262的注硼循环管路263供应浓硼水。流入注硼循环管路263的浓硼水可以通过注硼循环管路263，回到与注硼循环管路263连接的浓硼水容器21内。在这样的实施例中，除了能够利用注硼孔道261内的浓硼水吸收燃料组件12的中子外，还能够通过注硼循环管路263内的浓硼水吸收燃料组件的中子，大大提高负反应性，有利于反应堆1在较短时间内实现安全停堆。并且，上述布置方式不会使硼进入整个冷却介质池11从而污染整个水池。

在一些实施例中，本申请实施例提供的反应性控制方法还包括：在反应堆1发生事故停堆之后、重新启用反应堆1之前，将注硼孔道261和注硼循环管路263中的浓硼水抽离。由此可见，由于本申请实施例的反应性控制方法不会使硼进入整个冷却介质池11从而污染整个水池，从而在重新启用反应堆1时，只需将注硼孔道261和注硼循环管路263中的浓硼水抽离即可，操作十分简单。

将注硼孔道261中的浓硼水抽离后，注硼孔道261内充入空气。

下面结合图1详细说明反应堆1的反应性控制方法。

在反应堆1发生事故停堆时，打开隔离阀24和泵25，将浓硼水容器21中的浓硼水注入注硼管路23中；随着浓硼水的不断注入，注硼孔道261内的空气沿排气管道22排出；待注硼管路23中的浓硼水珠满后，向注硼循环管路263中注入浓硼水，使得浓硼水在注硼循环管路263中持续循环流动。

对于本申请的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种反应堆，所述反应堆包括容纳有冷却介质的冷却介质池和设置于所述冷却介质池内的燃料组件，其特征在于，所述反应堆还包括：

反射层，设置于所述冷却介质池内，且位于所述燃料组件的径向外侧，用于反射中子，所述反射层形成有至少一个封闭的注硼孔道；和

注硼管路，与每个所述注硼孔道连通，用于在所述反应堆发生事故停堆时受控地向所述注硼孔道中供应浓硼水。

2.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，所述注硼孔道的顶端封闭，底端形成与所述注硼管路连通的通孔。

3.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，还包括：

至少一个排气管道，每个所述排气管道与一个相应的所述注硼孔道连通，其中，当所述注硼管路向所述注硼孔道中供应浓硼水时，所述注硼孔道中的气体经由所述排气管道向外排出。

4.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，还包括：

浓硼水容器，设置于所述冷却介质池的外部，用于容纳浓硼水，其中，所述注硼管路与所述容器连接。

5.根据权利要求4所述的反应堆，其特征在于，所述反射层内部还形成多个辐照孔道，用于容纳辐照测试用样品；

所述辐照孔道的顶端形成开口，用于供所述辐照测试用样品进入所述辐照孔道，所述辐照孔道的底端设有冷却介质入口，用于供所述冷却介质进入所述辐照孔道；

其中，所述辐照孔道与所述注硼孔道沿所述反射层的周向错开布置。

6.根据权利要求5所述的反应堆，其特征在于，还包括：

注硼循环管路，所述注硼循环管路的部分设置于所述辐照孔道内，所述注硼循环管路的两端均与所述浓硼水容器连通，在所述反应堆发生事故停堆时，所述浓硼水容器中的浓硼水能够在所述注硼循环管路和所述浓硼水容器中循环流动。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的反应堆，其特征在于，所述反射层包括外包壳、内包壳以及形成在所述内包壳和所述外包壳之间的石墨，所述内包壳限定形成所述注硼孔道。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的反应堆，其特征在于，所述注硼孔道邻近所述燃料组件布置。

9.一种反应堆的反应性控制方法，所述反应堆为权利要求1-8中任一项所述的反应堆，其特征在于，所述方法包括：

在所述反应堆发生事故停堆时，向所述反应堆的反射层的注硼孔道中供应浓硼水。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述反应堆发生事故停堆时，向所述反应堆的注硼循环管路供应浓硼水。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述反应堆发生事故停堆之后、重新启用所述反应堆之前，将所述注硼孔道和所述注硼循环管路中的浓硼水抽离。