CN207337935U - 芯体组件和芯体约束系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种芯体组件。该芯体组件包括具有屏蔽模块的喷嘴、操纵管座和位于喷嘴与操纵管座之间的加载垫。该芯体组件还包括在喷嘴与操纵管座之间轴向地延伸的细长结构，其中细长结构的至少一部分在第一连接部处联接到喷嘴，在第二连接部处联接到操纵管座，并且在第三连接部处联接到加载垫，并且其中细长结构构造成在经受预定热变化时膨胀。本实用新型还提供一种用于包括多个芯体组件的反应堆芯体的芯体约束系统。

Description

芯体组件和芯体约束系统

技术领域

本实用新型涉及核反应领域，尤其涉及一种芯体组件以及包括这种芯体组件的芯体约束系统。

背景技术

核裂变反应堆包括增殖-燃烧快速反应堆(也被称为行波反应堆，或 TWR)。TWR指将被设计成在起动之后使用天然铀、贫铀、乏轻水反应堆燃料或钍作为重载燃料无限期地运转并且其中增殖且随后燃烧的波将相对于燃料行进的反应堆。因此，在一些方面，TWR是依赖于增殖至可用状态并现场燃烧的亚临界重载燃料运行的直通式快速反应堆。在TWR中，增殖和裂变波(“增殖-燃烧波”)起源于反应堆的中央芯体中并且相对于燃料移动。在燃料静止的情况下，增殖和燃烧波从燃点向外扩展。在一些情况下，燃料可移动以使得增殖和燃烧波相对于芯体静止(例如，驻波) 但相对于燃料移动；驻波应被视为一种TWR。燃料组件的移动称为“燃料倒换(fuel shuffling)”并且可完成驻波，这是对反应堆特性(热、通量、功率、燃料燃烧等)的调节。其中燃料组件被倒换的中央芯体配置在反应堆容器中。燃料组件包括裂变核燃料组件和能产生裂变物质的核燃料组件。在中央芯体中还可配置有用于调节反应堆特性的反应控制组件。

通过驻波限定的裂变能量形成热能，所述热能经一个或多个主冷却剂环路和中间冷却剂环路连续地传递到蒸汽发生器以发电，并且低温热通过一组水冷式真空冷凝器排除。冷却剂系统分离成主冷却剂环路和中间冷却剂环路有助于维持芯体和主冷却剂环路的完整性。在TWR中，主冷却剂环路和中间冷却剂环路两者都采用液态钠作为冷却剂。

实用新型内容

在一个方面，该技术涉及一种芯体组件，该芯体组件包括：喷嘴，该喷嘴包括屏蔽模块；操纵管座；位于喷嘴与操纵管座之间的加载垫；和在喷嘴与操纵管座之间轴向地延伸的细长结构，其中细长结构的至少一部分在第一连接部处联接到喷嘴，在第二连接部联接到操纵管座，并且在第三连接部联接到加载垫，并且其中细长结构构造成在经受预定热变化时膨胀。

在一个例子中，芯体组件还包括在喷嘴与操纵管座之间延伸的管道，其中细长结构配置在该管道内。在另一例子中，第一连接部、第二连接部和第三连接部是销式连接部。在又一例子中，细长结构构造成在膨胀时径向地挠曲。在再另一例子中，细长结构的径向挠曲的最大范围靠近加载垫配置。在一个例子中，加载垫具有正六边形截面，该截面包括第一顶点、相对的第二顶点、边和从第一顶点至第二顶点跨该截面的中心线，并且其中细长结构沿中心线配置以使得径向挠曲沿朝向该边的方向。

在另一例子中，加载垫具有正六边形截面，该截面包括第一顶点、具有第一中点的第一边、具有第二中点的相对的第二边、和从第一中点至第二中点跨该截面的中心线，并且其中细长结构沿中心线配置以使得径向挠曲在朝向顶点的方向上。在又一例子中，细长结构包括：具有热膨胀系数的第一材料；和具有与第一材料的热膨胀系数不同的热膨胀系数的第二材料。在再另一例子中，细长结构还包括：包含第一材料的至少一个拉杆，其中该至少一个拉杆经由销式连接部联接到喷嘴和联接到操纵管座；和包含第二材料的至少一个压杆，其中该至少一个压杆经由销式连接部联接到屏蔽模块、操纵管座和加载垫。在一个例子中，该至少一个拉杆包括两个拉杆，并且其中该至少一个压杆包括三个压杆。在另一例子中，第一材料的热膨胀系数比第二材料的热膨胀系数低。

在又一例子中，细长结构包括在喷嘴与操纵管座之间延伸的管道，并且其中加载垫配置在该管道内。在再另一例子中，细长结构包括：具有热膨胀系数的第一材料；和具有与第一材料的热膨胀系数不同的热膨胀系数的第二材料，其中第一材料和第二材料两者都从喷嘴延伸到操纵管座。在一个例子中，第一材料通过焊接、钎焊和螺栓连接中的至少一者与第二材料联接。

在另一方面，该技术涉及一种用于包括多个芯体组件的反应堆芯体的芯体约束系统，其中每个芯体组件包括：喷嘴；操纵管座；位于喷嘴与操纵管座之间的加载垫；和细长加载结构，其中该细长加载结构构造成在加载垫处产生载荷，其中由多个加载垫产生的载荷引起具有指向芯体的内部的力矢量的组合载荷。

在一个例子中，多个芯体组件中的每个芯体组件都配置在芯体的外延伸范围中。在另一例子中，加载垫包括正六边形截面。在又一例子中，多个第一载荷被引导通过多个第一加载垫的边。在再另一例子中，多个第二载荷被引导通过多个第二加载垫的顶点。

在另一方面，该技术涉及一种向反应堆的芯体施加约束载荷的方法，该方法包括：组装包括多个芯体组件的芯体；将多个芯体加载组件配置在多个芯体组件周围，其中多个芯体加载组件中的每个芯体加载组件都包括：喷嘴；操纵管座；位于喷嘴与操纵管座之间的加载垫；和细长加载结构；以及经由加载结构在加载垫处产生载荷，其中由多个加载垫产生的载荷引起具有指向芯体的内部的力矢量的组合载荷。

在一个例子中，产生载荷包括对加载结构诱发热变化。在另一例子中，配置多个芯体加载组件包括将多个芯体加载组件配置在芯体的外延伸范围中。在又一例子中，加载垫包括正六边形截面，并且产生载荷包括引导多个第一载荷通过多个芯体加载组件的多个第一加载垫的一条边。在再另一例子中，产生载荷还包括引导多个第二载荷通过多个芯体加载组件的多个第二加载垫的顶点。

在另一方面，该技术涉及一种芯体组件，该芯体组件包括：喷嘴；操纵管座；位于喷嘴与操纵管座之间的加载垫；和在喷嘴与操纵管座之间轴向地延伸的细长结构，其中该细长结构包括具有锯齿面的内管道和具有对应的锯齿面的外管道，并且其中外管道构造成在经受预定热变化时在加载垫处径向地挠曲。

在另一方面，该技术涉及一种芯体组件，该芯体组件包括：喷嘴；操纵管座；在喷嘴与操纵管座之间延伸的管道，该管道包含具有热膨胀系数的第一材料；和联接到管道的加载垫，该加载垫包含具有与第二材料的热膨胀系数不同的热膨胀系数的第二材料。在一个例子中，加载垫通过磁脉冲焊接到管道上。

附图说明

以下构成本申请的一部分的附图对所描述的技术而言是说明性的且并非意在以任何方式限制要求专利权的技术的范围，该范围应当基于在此所附的权利要求。

图1以框图形式示出行波反应堆的一些基本构件。

图2是包括中央芯体区域和芯体约束系统的行波反应堆的芯体和芯体支承结构的示意性剖视图。

图3是中央芯体区域的透视图。

图4是中央芯体区域的俯视图。

图5是芯体约束系统的一部分的平面图。

图6A是屏蔽组件的透视图。

图6B和6C是图6A的屏蔽组件的侧视图。

图6D是沿着线6D-6D截取的屏蔽组件的截面图。

图6E是沿着x轴的处于挠曲位置的屏蔽组件的示意图。

图6F是沿着y轴的处于挠曲位置的屏蔽组件的示意图。

图7是屏蔽组件的另一取向的截面图。

图8是屏蔽组件的另一例子的截面图。

图9是屏蔽组件的另一例子的透视图。

图10是向反应堆的芯体施加约束载荷的方法的流程图。

图11A和图11B是屏蔽组件的另一例子的放大截面侧视图。

图12是屏蔽组件的另一例子的透视图。

具体实施方式

图1以框图形式示出行波反应堆(TWR)100的一些基本构件。一般而言，TRW100包括容纳多个燃料组件(未示出)的反应堆芯体102。芯体102配置在保持一定体积的热液态钠冷却剂106的池104内。池104被称为热池并且具有比也容纳液态钠冷却剂107的周围冷池108高的钠温度 (归因于通过反应堆芯体102中的燃料组件产生的能量)。热池104通过凸角部110与冷池108分开。钠冷却剂106、107的液面上方的顶部空间 112充填有诸如氩气的惰性保护气体。反应堆容器114包围反应堆芯体102、热池104和冷池108，并且利用反应堆顶盖116密封。反应堆顶盖116提供通向反应堆容器114的内部中的多个检修点。

反应堆芯体102的尺寸基于多个因素来选择，包括燃料的特性、期望的发电量、可获得的反应堆空间等等。TWR的各种例子可根据需要或期望用于低功率(约300MW_e-约500MW_e)、中功率(约500MW_e-约1000MW_e) 和高功率(约1000MW_e以上)应用中。可通过在芯体102周围设置未示出的一个或多个反射体以中子反射回到芯体102中来改善反应堆100的性能。另外，能产生裂变物质和可裂变的核组件在芯体102内和其周围移动 (或倒换)以控制其中发生的核反应。

钠冷却剂106、107经由主钠冷却剂泵118在容器114内循环。主冷却剂泵118从冷池108抽吸钠冷却剂107并且在反应堆芯体102下方将它喷射到增压室(plenum)中。冷却剂107强制向上通过芯体并且由于反应堆芯体102内发生的反应而被加热。加热的冷却剂106从热池104进入中间热交换器(多个)120，并且离开中间热交换器120并重新进入冷池108。这种主冷却剂环路122因而使钠冷却剂106、107完全在反应堆容器114 内循环。

中间热交换器120结合了始终与主钠池104和108物理地分开(即，中间钠和主钠永远不会混合)的液态钠闭环的一段。中间热交换器120将热从主冷却剂环路122(完全容纳在容器114内)传递到中间冷却剂环路124(仅部分地位于容器114内)。中间热交换器120穿过凸角部110，从而桥接热池104和冷池108(以便允许主冷却剂环路122中的钠106、107 在其间流动)。在一个例子中，四个中间热交换器120分布在容器114内。或者，两个或六个中间热交换器120分布在容器114内。

中间冷却剂环路124使经管道进出容器114的钠冷却剂126经由反应堆顶盖116循环。位于反应堆容器114的外部的中间钠泵128使钠冷却剂 126循环。热从主冷却剂环路122的钠冷却剂106传递到中间热交换器120 中的中间冷却剂环路124的钠冷却剂126。中间冷却剂环路124的钠冷却剂126穿过中间热交换器120内的多个管130。这些管130保持主冷却剂环路122的钠冷却剂106与中间冷却剂环路124的钠冷却剂126分隔开，同时在其间传递热能。

直接热交换器132延伸入热池104内并且通常在紧急情况下向主冷却剂环路122内的钠冷却剂106提供冷却。直接热交换器132构造成允许钠冷却剂106从热池104进入热交换器132和离开热交换器132。直接热交换器132具有与中间热交换器120相似的结构，其中所述管134保持主冷却剂环路122的NaK(钠-钾)与直接反应堆冷却剂环路138的直接热交换器冷却剂NaK 136分隔开，同时在其间传递热能。

其它辅助反应堆构件(位于反应堆容器114内的和位于反应堆容器114 外的)包括但不限于未示出但对本领域的技术人员而言将显而易见的泵、止回阀、截止阀、凸缘、排泄槽等。穿过反应堆顶盖116的另外的贯通孔 (例如，用于主致冷剂泵118的端口、惰性覆盖气体和检查端口、钠处理端口和报复气体端口等)未示出。控制系统140用于控制和监测组成反应堆100的多种构件和系统。

宽泛而言，本公开描述了改善图1所述的反应堆100的性能的构型。具体地，用于芯体102中的芯体约束系统的例子、构型和布置结构被示出并且以下参考下图更详细地描述。本文中描述的芯体约束系统提高了性能并且通过在产生核能之前锁止芯体而简化了芯体的起动程序。当对芯体再添加燃料时，芯体构件在上方芯体加载高度处通过一间隙分隔开以使得各构件可被撤回和/或插入。然而，在芯体起动期间，由于该间隙还要形成穿过芯体构件的加载路径。因此，芯体构件可能由于芯体和间隙中的热变化而不希望地在径向上紧凑。在施加核热之前，芯体约束系统对芯体预加载荷并且在起动期间在上方芯体载衬垫高度处产生载荷以向内推动芯体，以使得芯体只能径向向外膨胀。

图2是包括中央芯体区域202和芯体约束系统的行波反应堆100(在图1中示出)的芯体200和芯体支承结构的示意性剖视图。图3是中央芯体区域202的透视图。图4是中央芯体区域202的俯视图。一并参照图2-4，中央芯体区域202包括以大致圆形阵列布置的多个芯体组件204。芯体组件204可包括任何数量和布置结构的进给燃料组件206、驱动器燃料组件208、活性燃料组件210、屏蔽组件212、反射器组件214、控制组件216、待机关停组件218和/或材料测试组件220。一般而言，组件204的内容物 (例如，燃料、屏障、控制材料等)确定这种特定组件。然而，保持这种材料组件204的组成部分通常是相同的。

在该例子中，每个芯体组件204都包括具有六边形截面的细长管道222。具有内部流动通路的操纵管座224固定到管道222的第一端226并且具有允许其通过反应堆容器内的机构抓握以提升、降下和以其它方式将组件 204移动到芯体200内、从芯体200移出或在芯体200内移动的内部或外部特征结构。入口喷嘴228固定到管道222的第二端230上。另外，上方芯体加载垫232位于操纵管座224与入口喷嘴228之间。

外周芯体区域234包括容器内储罐236。组件204由芯体支承结构240 的上板238支承。钠冷却剂被泵送到配置在上板238下方的增压室242中并向上流到芯体组件204，在此它通过芯体200内发生的核反应加热。芯体组件204可配置在芯体框架环244内。在芯体200的整个寿命中，燃料组件206、208和/或210(以及某些其它组件)在中央芯体区域202与外周芯体区域234之间倒换。这按需或按要求在芯体寿命的各个阶段执行以启动、维持、加速或终止核反应或发电和/或出于安全考虑。

芯体200的起动可诱发燃料组件206、208和/或210的径向膨胀，直至芯体200被“锁止”。当加载路径在芯体约束系统中发展并且穿过芯体框架环244、操纵管座224和管道222到达加载垫232时发生芯体锁止，以约束燃料组件的径向膨胀。通常，该加载路径位于放射性环境上方。为了减小例如燃料添加温度(180℃)与热关停温度(305℃)之间的芯体锁止之前的径向膨胀，芯体约束系统构造成在核热增加之前锁止芯体200。芯体约束系统在下文中描述并且通常包括屏蔽组件212的外环，其构造和定位成向屏蔽组件212的外环内的芯体组件204施加负载和约束力。

图5是芯体约束系统的平面图。该芯体约束系统包括位于中央芯体区域202的外周周围的多个屏蔽组件212。至少一些屏蔽组件212包括构造成在加载垫232处提供径向压缩载荷248以使得组合载荷具有沿朝向中央芯体区域202的内部的方向的力矢量的细长加载结构302(在图6A-6E中示出)。在替换例子中，芯体约束系统可以处于内芯体组件环中。

在该例子中，中央芯体区域202的外周包括邻近反射器组件214的一些屏蔽组件212a以使得径向压缩载荷248a被引向屏蔽组件212a的六边形截面的一条边。其它屏蔽组件212b邻近反射器组件214以使得径向压缩载荷248b被引向屏蔽组件212b的六边形截面的顶点。因此，来自屏蔽组件212的压缩载荷248的取向指向中央芯体区域202的内部以在加载垫232 高度处锁止中央芯体区域202并且减小其中的中央芯体区域202的径向膨胀。在该例子中，屏蔽组件212可邻近一个或多个反射器组件214。

屏蔽组件212通常屏蔽并保护芯体区域202外部的构件。在所示的芯体区域202中，屏蔽组件212也构造成在中央芯体区域202上诱发压缩载荷248。然而，任何其它芯体组件(例如，燃料、反射器、控制材料等) 可包括产生如本文中所述的压缩载荷所需的构件。例如，反射器组件可在仍包含中子反射材料的同时包括这些构件。然而，为了使说明清楚，以下更详细地描述示例性屏蔽组件212的构型。

图6A是屏蔽组件300的透视图。图6B和6C是屏蔽组件300的侧视图。图6D是沿着线6D-6D截取的屏蔽组件300的截面图。在某些视图中，为了清楚起见，未绘出该组件的外部管道。一并参照图6A-6D，屏蔽组件300包括具有轴线A并且在操纵管座304与喷嘴306之间延伸的细长加载结构302。喷嘴306包括沿轴线A延伸的屏蔽模块308。加载垫310位于屏蔽模块308与操纵管座304之间。管道311(在图6D中示出)在屏蔽模块308与操纵管座304之间轴向地延伸，并且细长加载结构302和加载垫 310配置在管道311内。在一些例子中，屏蔽模块308可轴向地延伸到操纵管座304。

细长加载结构302包括压杆312和拉杆314组件，其构造成在在热负荷下相对于轴线A径向地挠曲并且向如上所述的中央芯体区域施加压缩载荷。在该例子中，屏蔽组件300包括跨操纵管座304与屏蔽模块308的两个压杆312。每个压杆312都经由销式连接部与操纵管座304和屏蔽模块 308联接。另外，每个压杆312都经由销式连接部与加载垫310联接。压杆312可由具有比拉杆314的热膨胀系数高的热膨胀系数的材料如316不锈钢或D9钢制成。细长加载结构302还包括跨操纵管座304与屏蔽模块 308的三个拉杆314。每个拉杆314都经由销式连接部与操纵管座304和屏蔽模块308联接。拉杆314由具有比较低热膨胀系数的材料如HT9钢或 T91/T92钢制成。在替代例子中，可以对压杆和拉杆使用具有不同热膨胀系数的任何其它材料。材料可包括但不限于316不锈钢、D9钢、HT9钢、 T91/T92钢、SS304不锈钢、铬镍铁合金、碳钢和钒合金。

在该例子中，包括操纵管座304、屏蔽模块308、加载垫310和管道 311的屏蔽组件300具有如图6D所示的正六边形截面。该六边形包括6 个顶点316和6个等边318，其中第一中心线320跨两个顶点316。通常，屏蔽组件300的六边形截面可通过具有设定在六边形的中心点并且大致与轴线A一致的原点的x-y坐标系来取向。细长加载结构302配置在管道311内并且围绕沿中心线320的原点定心。另外，压杆312和拉杆314沿x轴交替地布置。在该例子中，压杆312具有与拉杆314不同的截面轮廓。例如，压杆312和拉杆314的截面均为矩形，然而，压杆312在y方向上较长。在替代例子中，屏蔽组件可具有大致圆形截面，以使得操纵管座、屏蔽模块、加载垫和管道全都呈圆形。在又一些例子中，屏蔽组件可具有大致十二边形(12边)截面，或按需具有任何其它截面形状。

图6E是沿着x轴的处于挠曲位置的屏蔽组件300的示意图。图6F是沿着y轴的处于挠曲位置的屏蔽组件300的示意图。一并参照图6E和6F，当细长加载结构302的温度升高时，由于两种材料之间的不同热膨胀系数并且如自由体受力图中所示压杆312比拉杆314热膨胀得多。由于压杆和拉杆312、314两者都在它们的长度的顶部和底部处联接在共有构件之间，所以不同热膨胀系数引起压杆312比拉杆314膨胀得多并且因此相对于轴线A径向地挠曲322并向外弓曲，如图6F所示。压杆312的这种径向挠曲322诱发施加至相邻芯体组件的载荷324。压杆312与加载垫310之间的销式连接部326的位置控制径向挠曲322的最大延伸范围的取向和位置并进而控制载荷324的方向。在该例子中，销式连接部326沿着压杆312 的外缘并且围绕y轴偏离以使得挠曲322围绕y轴并且在朝向边318的方向上发生，其中沿x轴不发生径向挠曲。在替代例子中，销式连接部可配置在任何其它取向上以使得径向挠曲沿不同方向发生。

在该例子中，细长加载结构302包括沿中心线320交替地布置并且围绕六边形截面的中心点定心的两个矩形压杆312和三个矩形拉杆314。然而，可以按需使用细长加载结构302的任何其它构型以控制挠曲并由此控制力的大小。细长加载结构302的挠曲至少取决于结构的材料特性(例如，杨氏模量和热膨胀系数)、结构的长度、结构的端部连接类型以及结构的尺寸和形状(例如，面积惯性矩)。因此，可以使用使得芯体组件能够如文中所述起作用的压杆和拉杆的任何其它构型。例如，支柱和拉杆可以呈圆形，可围绕x或y轴互相偏置地布置，可具有或大或小数量的杆，可比对方短或长，可以是单个不均匀部件，和/或可以具有与下述不同的连接类型。

此外，在该例子中，销式连接通常理解为抵抗任何横向力但不抵抗力矩的任何连接。这允许细长加载结构旋转，但不沿x或y轴平移。然而，应理解，在操作中，销式连接可抵抗少量力矩。在替换例子中，将细长加载结构302与操纵管座304、屏蔽模块308和/或加载垫310联接可属于使得芯体组件能够如文中所述起作用的任何其它连接类型。例如，一个或多个连接可以是抵抗力矩的固定式连接。

此外，在该例子中，细长加载结构302的挠曲曲线由二阶方程限定以使得挠曲曲线大致呈U形，其中最大挠曲距离发生在加载垫310处。然而，在替代实施例中，细长加载结构的挠曲曲线可按需以任何其它方式限定。例如，细长加载结构可构造成具有由三阶方程限定的挠曲曲线，以使得该挠曲曲线大致呈S形，其中最大挠曲距离发生在加载垫上方和下方。同样，在另一些实施例中，细长加载结构可构造成具有在不同方向(例如，相反的方向)上挠曲的压杆，以使得产生多于一个的径向载荷。

图7是屏蔽组件400的另一取向的截面图。在本例中，屏蔽组件400 包括操纵管座(未示出)、屏蔽模块402、加载垫(未示出)和具有如上所述的正六边形截面的管道403。另外，屏蔽组件400包括具有压杆406 和拉杆408组件的细长加载结构404，该细长加载结构404构造成在热负荷下径向地挠曲并且向如上所述的中央芯体区域施加压缩载荷。该六边形包括六个顶点410和六个等边412，其中第二中心线414跨两边412的中点并与x-y坐标系成角度α，所述坐标系的原点在大致与轴线A一致的六边形的中心点。细长加载结构404配置在管道403内并且围绕原点并沿第二中心线414定心。因此，细长加载结构404的径向挠曲以与x-y坐标系成角度α并在朝向顶点410的方向上发生。

图8是另一示例性屏蔽组件500的截面图。在本例中，屏蔽组件500 包括操纵管座(未示出)、屏蔽模块502、加载垫(未示出)和具有如上所述的正六边形截面的管道503。另外，屏蔽组件500包括具有压杆506 和拉杆508组件的细长加载结构504，该细长加载结构504构造成在热负荷下径向地挠曲并且向如上所述的中央芯体区域施加压缩载荷。在本例中，压杆506具有圆形截面并沿x-y坐标系的x轴对齐并且拉杆508具有圆形截面并从压杆506偏置。因此，细长加载结构504的径向挠曲围绕y轴并在朝向边510的方向上发生。在替代例子中，细长加载结构504可通过跨两条边510的中心线取向以使得径向挠曲如以上参考图7所述发生在顶点512的方向上。

图9是另一示例性屏蔽组件600的透视图。在本例中，屏蔽组件600 包括操纵管座602、屏蔽模块(未示出)、加载垫604和具有如上所述的正六边形截面的管道606。然而，在本实施例中，管道606包括细长加载结构608。细长加载结构608包括形成管道606的外周的纵长部分的第一区段610，该第一区段610可由具有比细长加载结构608的第二区段608 高的热膨胀系数的第一材料制成。形成管道606的外周的另一纵长部分(例如，与第一区段610相对的区段)的第二区段612可由具有较低热膨胀系数的第二材料制成。第一区段610和第二区段612沿纵向接头614联接在一起，所述纵向接头614可通过焊接、钎焊和/或螺栓连接固定。例如，可使用磁脉冲焊接来将两个区段610、612结合在一起并形成整体的管道606。通过使用磁脉冲焊接，保留了两种材料的机械特性和颗粒结构以提高耐辐射性。如上所述，第一区段610和第二区段612构造成在热负荷下径向地挠曲并且向相邻芯体组件施加压缩载荷。在另一例子中，第一区段610不必与第二区段612结合。在又一些例子中，细长加载结构608可被分割成上部区段和下部区段以使得管道606在热负荷下径向地挠曲。例如，上部区段在加载垫604与操纵管座602之间延伸并且下部区段在加载垫604与屏蔽模块之间延伸。

图10是向反应堆的芯体施加约束载荷的方法700的流程图。方法700 包括组装包括多个芯体组件的芯体(操作步骤702)。将多个芯体加载组件配置在多个芯体组件周围(操作步骤704)。每个芯体加载组件都包括喷嘴、操纵管座、加载垫和细长加载结构。通过加载结构在加载垫上产生载荷(操作步骤706)。由加载垫产生的载荷引起具有指向芯体的内部的力矢量的组合载荷。例如，芯体组件的取向使得载荷能够沿芯体的方向施加。

在一些例子中，配置多个芯体加载组件可包括将多个芯体加载组件配置在芯体的外延伸范围中(操作步骤708)。在另一些例子中，产生载荷可包括对加载结构诱发热变化(操作步骤710)。在又一些例子中，产生载荷可包括引导多个第一载荷通过多个芯体加载组件的多个第一加载垫的一条边(操作步骤712)和/或引导多个第二载荷通过多个芯体加载组件的多个第二加载垫的顶点(操作步骤714)。

图11A和11B是屏蔽组件800的另一例子的放大截面侧视图。在本例中，屏蔽组件800包括操纵管座802、屏蔽模块(未示出)、加载垫804 和具有如上所述的正六边形截面的管道806。然而，在本实施例中，管道 806包括诱发驱动至少一个楔形部以使加载垫804径向向外膨胀的加载垫 804的净轴向位移的上部区段808。

首先参照图11A，示出了管道806的上部区段808的放大截面。上部区段808从加载垫804延伸到操纵管座802并且包括两个同心管道，即内管道810和外管道812。内管道810可由具有比外管道812的第二材料(例如HT9不锈钢)高的热膨胀系数的第一材料(例如D9不锈钢)制成。由于内管道810具有较高的热膨胀系数，所以它在热负荷下将比外管道挠曲 816多地轴向挠曲814。

现在参照图11B，上部区段808的轴向挠曲用于驱动加载垫804的径向挠曲。在该例子中，加载垫804与内管道810一体化并且包括限定至少一个径向地延伸的楔形部820的锯齿外表面818。外管道810包围加载垫 804并且包括与锯齿外表面818对应且限定至少一个径向地延伸的楔形部 824的内表面822。在两个楔形部820、824之间限定有间隙825。内管道810和加载垫804比外管道挠曲816多地轴向挠曲814，并且因此还，内管道810的楔形部820相对于外管道812的楔形部824的移动使外管道812 径向地膨胀826以向相邻芯体组件施加压缩载荷。楔形部820、824的锥度控制对热变化的径向响应的比例。在一些例子中，外管道812可在加载垫 804高度处包括径向地延伸的轮廓区段以减小通过楔形部动作产生的应力和疲劳。在另一些例子中，楔形部820、824可包括倒圆边缘以减小通过楔形部作用产生的应力和疲劳。

图12是另一示例性屏蔽组件900的透视图。在本例中，屏蔽组件900 包括操纵管座902、屏蔽模块(未示出)、加载垫904和具有如上所述的正六边形截面的管道906。然而，在本实施例中，细长加载结构908由加载垫904和管道906形成。加载垫904可由具有比管道906高的热膨胀系数的第一材料制成。管道906可由具有较低热膨胀系数的第二材料制成。例如，第一材料可以是诸如D9的奥氏体钢且第二材料可以是诸如HT9的马氏体钢。可使用磁脉冲焊接来将加载垫904和管道906结合在一起。如上所述，加载垫904相对于管道906的热膨胀配置成向相邻芯体组件施加压缩载荷。

本文中描述的例子有利于在起动期间锁止芯体。另外，在反应堆的运行期间，如果由于钠密度随着温度升高而减小诱发正空泡系数，则本文中描述的例子也可以使得该正空泡系数能够偏离。运行期间的升温如上所述诱发芯体组件的挠曲以促进负空泡系数，从而在芯体运行期间维持稳定性。

应理解，本公开不限于在此公开的特定结构、处理步骤或材料，但扩展至相关领域的普通技术人员将认识到的它们的等同物。还应理解，这里使用的术语仅仅是出于描述具体例子的目的，且并非意图进行限制。必须指出的是，如在本说明书中所用，单数形式的“一”、“一个”和“所述的”包括复数的指代，除非在上下文中另有明确的说明。

将显而易见的是，这里描述的系统和方法很好地适合实现提到的目的和优点以及其中固有的目的和优点。本领域的技术人员将认识到，本说明书内的方法和系统可采用许多方式实施并且因此不应受前面例示的实施例和例子限制。在这方面，这里描述的不同例子的任意数量的特征可组合成一个例子并且具有比这里描述的全部特征多或少的特征的替代例子是可以的。

虽然已出于本公开的目的描述了各种例子，但可做出各种变更和修改，其很好地处于本公开所设想的范围内。可做出本领域的技术人员将任意地想到并且被涵盖在本公开的精神内的许多其它变更。

Claims (19)

1.一种芯体组件，其特征在于，包括：

具有屏蔽模块的喷嘴；

操纵管座；

设置在所述喷嘴与所述操纵管座之间的加载垫；和

在所述喷嘴与所述操纵管座之间轴向延伸的细长结构，其中所述细长结构的至少一部分在第一连接部处联接到所述喷嘴，在第二连接部处联接到所述操纵管座，并且在第三连接部处联接到所述加载垫，其中所述细长结构构造成在经受预定热变化时膨胀。

2.根据权利要求1所述的芯体组件，其特征在于，还包括在所述喷嘴与所述操纵管座之间延伸的管道，其中所述细长结构设置在所述管道内。

3.根据权利要求1所述的芯体组件，其特征在于，所述第一连接部、所述第二连接部和所述第三连接部是销式连接部。

4.根据权利要求1所述的芯体组件，其特征在于，所述细长结构构造成在膨胀时径向挠曲。

5.根据权利要求4所述的芯体组件，其特征在于，所述细长结构的径向挠曲的最大范围设置成靠近所述加载垫。

6.根据权利要求1所述的芯体组件，其特征在于，所述加载垫具有正六边形截面，所述正六边形截面包括第一顶点、相对的第二顶点、边和从所述第一顶点至所述第二顶点跨所述正六边形截面的中心线，并且其中所述细长结构沿所述中心线设置以使得径向挠曲沿朝向所述边的方向。

7.根据权利要求1所述的芯体组件，其特征在于，所述加载垫具有正六边形截面，所述正六边形截面包括顶点、具有第一中点的第一边、具有第二中点的相对的第二边、和从所述第一中点至所述第二中点跨所述正六边形截面的中心线，并且其中所述细长结构沿所述中心线配置以使得径向挠曲沿朝向所述顶点的方向。

8.根据权利要求1所述的芯体组件，其特征在于，所述细长结构包括：

具有热膨胀系数的第一材料；和

具有与所述第一材料的热膨胀系数不同的热膨胀系数的第二材料。

9.根据权利要求8所述的芯体组件，其特征在于，所述细长结构还包括：

包含所述第一材料的至少一个拉杆，其中所述至少一个拉杆经由销式连接部联接到所述喷嘴和联接到所述操纵管座；和

包含所述第二材料的至少一个压杆，其中所述至少一个压杆经由销式连接部联接到所述屏蔽模块、联接到所述操纵管座和联接到所述加载垫。

10.根据权利要求9所述的芯体组件，其特征在于，所述至少一个拉杆包括两个拉杆，并且其中所述至少一个压杆包括三个压杆。

11.根据权利要求9所述的芯体组件，其特征在于，所述第一材料的热膨胀系数比所述第二材料的热膨胀系数低。

12.根据权利要求9所述的芯体组件，其特征在于，所述细长结构包括在所述喷嘴与所述操纵管座之间延伸的管道，并且其中所述加载垫设置在所述管道内。

13.根据权利要求12所述的芯体组件，其特征在于，所述细长结构包括：

具有热膨胀系数的第一材料；和

具有与所述第一材料的热膨胀系数不同的热膨胀系数的第二材料，其中所述第一材料和所述第二材料两者都从所述喷嘴延伸到所述操纵管座。

14.根据权利要求13所述的芯体组件，其特征在于，所述第一材料通过焊接、钎焊和螺栓连接中的至少一者联接到所述第二材料。

15.一种用于包括多个芯体组件的反应堆芯体的芯体约束系统，其特征在于，每个芯体组件包括：

喷嘴；

操纵管座；

位于所述喷嘴与所述操纵管座之间的加载垫；和

细长加载结构，其中所述细长加载结构构造成在所述加载垫处产生载荷，其中由多个加载垫产生的载荷导致具有指向所述芯体的内部的力矢量的组合载荷。

16.根据权利要求15所述的芯体约束系统，其特征在于，所述多个芯体组件中的每个芯体组件都配置在所述芯体的外延伸范围中。

17.根据权利要求15所述的芯体约束系统，其特征在于，所述加载垫具有正六边形截面。

18.根据权利要求17所述的芯体约束系统，其特征在于，多个第一载荷被引导通过多个第一加载垫的边。

19.根据权利要求18所述的芯体约束系统，其特征在于，多个第二载荷被引导通过多个第二加载垫的顶点。