557448 五、 發明說明 ( 1； 本 發 明 涉 及 一 種 具 有 反 應 器 核 心 之 核 子 反 應 器 5 反 應 器 核 心 配 置 在 一 由 反 射 槽 所 圍 繞 之 用 於 冷 卻 劑 之 流 體 通 道 中 其 中 許 多 試 驗 室 整 合在 反 射 槽 中 〇 此 種 核 子 反 應 器 特 別 可 用 作 硏 究 用 之 反 應 器 〇 功 率 反 應 器 在 持 續 操 作 時 用 來 產 生 大 量 之 電 功 率 ， 此 種 硏 究 用 之 反 應 器 是 與 功 率 反 應 器 不 同 的 ， 其 是 用 來 進 行 其 它 之 主 題 例 如 輻 射 實 驗 ， 產 生 — 車虽 射 同 位 素 或 進 行 其 它 實 驗 上 之 的 〇 相 較 於 功 率 反 應 器 而 Η ， 硏 究 用 之 反 應 器 之 額 定 功 率 小 很 多 y 其 空 間 之 尺 寸 因 此亦 較 小 〇 此 外 其 以 較 低 之 壓 力 及 溫 度 來 操 作 0 硏 究 用 之 反 應 器 通 常 含 有 —* 種 所 謂 反 應 器 核 心 ， 其 中 設 有 可 分 裂 之 材料 且 需 要 時 藉 由 受 控 制 之 鏈 式 反 應 而 進 行 分 裂 〇 由 於 可 分 裂 之 材 料 之 一 部 份 所 發 生 之 燃 耗 y 則 一 方 面 會 釋 出 能 量 (其藉由適當之冷卻而釋出） 〇 另- 方 面 在 分 裂 時 除 了 其 它 分 裂 產 物 之 外 又 會 產 生 中 子 y 這 itb 中 子 可 用 來 維 持 反 應 器 核 心 中 之 鏈 式 反 應 或亦 可 用 在 反 應 器 核 心 外 部 之 空 間 區 域 中 之 車虽 射 實 驗 中 0 爲 了 在 反 應 器 核 心 中 維 持 鏈 式 (c h a i η)反 應 則 提 供 足 夠 之 中 子 流 密 度 是 而 要 的 〇 硏 究 用 之 反 應 器 由 於 反 應 器 核 心 之 空 間 較 小 則 在 進 行 中 子 平 衡 時 須 在 較 大 之 範 圍 中 考 慮 這 些 經 由 反 R* 器 核 心 之 外 (outer) 邊 緣 之 中 子 損 耗 〇 反 應 器 核 心 之 邊 緣 區 域 中 之 中 子 損 耗 在 較 小 之 反 應 器 核 心 中 是 重 要 的 ， 因 此 在 此 種 較 小 之 反 應 器 核 心 中 其 — 般 之 埋 入 件 是 以 反 射 材料 製 成 3- 〇 反 應 器 核 心 (其爲了冷卻 557448 五、 發明說明 ( 2〕 通 常 配 置 在 冷 卻 劑 用 之 流 體 通 道 中 )例如定位在一圍繞此 流 體 通 道 所 用 之 反 射 槽 內 部 ? 反 射 槽 中 以反 射材料塡入 〇 反 射 材料 使 由 反 m 器 核 心 發 出 而 至 其 外部 區域之這些 中 子 之 一 部 份 被 反 射 而 回 到 反 應 器 核 心 之空 間區域中。 爲 了 此 一 g 的 通 常 CEE 取 對 中 子 之 反 射 具有 適當之有效 橫 切 面 之 材料作 爲 反 射 材 料 其 中 特 別 是重 水（D20)具 備 有 利 之 特性 〇 就 硏 究 用 之 輻 射 同 位 素 之 製 造 或 產 生 其它 核心反應以 及 以 反 應 器 核 心 所 發 出 之 中 子 來 進 行 其 它輻 射實驗而言 ， 在 硏 究 用 之 反 應 器 中 在 反 m 器 核 心 之 周圍 區域中通常 配 置 許 多 試 驗 室 〇 每 ---- 試 驗 室 設 有 一 個 或多 個輻射試樣 ， 其 在 預 設 之 硏 究 條 件 下 可 受 到 —. 種 輻 射（其具有由反應 器 核 心 所 發 出 之 中 子 )〇 在- -由反象 Η曹所圍繞之反應器核 心 中 在 試 樣 位 置 上 爲 了 確 保 一 種 足 夠 大 之中 子流密度（其 不 會 由 於 反 射 材 料 之 屏 蔽 作 用 而 衰 減 太 多）， 則試驗室通 常 直 接 整 合在 反 m 器 核 心 中 或 整 合在 反 射槽 中之適當位 置 上 0 藉 由 核 子 過 程 (其S 3於試樣之輻象 ί通常是在試驗室中進 行 )而放出熱量。 因此， — -方 5由於安全上之原因且另一 方 面 爲 了 遵 守 各 實 驗 上 或 硏 究 上 之 條 件 ，試 樣在試驗室 中 冷 卻 通 常 是 需 要 的 υ 該 試 驗 室 或 每 -一 試驗 室通常連接 至 冷 卻 劑 通 道 中 且 可 由 此 種 通 道 供 應 以 一種 冷卻劑。對 Iffi Λιι*、 於 各 別 試 驗 室 之 冷 卻 劑 通 道 通 常 以 強 制直 通方式來操 作 其 中 爲 了 使 冷 卻 劑 通 道 保 4- 持 流 通 5 須設 有適當之泵 557448 五、 發明說明 ( 3) 或 泵 站 (statio Μ 。但此種使丨 試樣在試丨 險： g丨 中; 令卻: 之i 槪: 念 較 昂 售· 且 易 受 干 擾 〇另一 種 藉 由 純 粹 之 白 然 之 傳 統 方 式 (con venti 〇 η)所達成之冷卻在許多情況中是不足夠的。 本 發 明 之 g 的 是 提供上 述 形 式 之 核 子 反 應 器 5 其 中 以 特 別少 之 耗 費 即 可 確保試 樣 在 試 驗 室 中 能 可 靠 且 安 全 地 被 冷 卻 0 本 發 明 中 上 述 S 的以下 述 方 式 達 成 ： 試 驗 室 可 分 別 經 由 一 種 相 對 應 之 分 支通道 而 被 供 應 以 冷 卻 劑 其 中 每 一 個 分 支 通 道 在 輸 入 側是與 圍 繞 此 反 應 器 核 心 所 用 之 導 流 通 道 之 流 入 區 相 接 通且在 輸 出 側 是 與 流 出 區 相 接 通 〇 本 發 明 由 以 下 之 考慮作 爲 起 始 點 : 利 用 — 種 簡 易 之 方 式 可 使 試 樣 在 試 驗 室中安 全 且 可 靠 地 冷 卻 j 試 驗 室 之 冷 卻 可 以 被 動 系 統 之 形式來 達 成 因 此 可 儘 可 能 不 需 主 動 (active)組件。 此種被動系統可藉由試驗室之冷卻劑側耦 合 至 反 應 器 核 心 之 冷卻用 之 流 通 系 統 來 達 成 0 爲 了 調 整 或 保 持 各 試 驗 室 中 冷卻劑 之 流 通 ， 則 須 使 用 冷卻 劑 流 中 所 存 在 之 相 對 於 反 應器核 心 之 壓 力 差 〇 各 別 之 試 驗 室 中 爲 了 以 泵 效 應 之 方 式來使 用 此 種 壓 力 差 > 則 試 驗 室 須 以 旁 通 (Byp as S)或導向之形式在冷卻劑側並聯至反應器核 心 〇 本 發 明 中 所 使 用之其 它 認 知 是 藉 由 此 種 鍋 合 可 在 核 子 反 應 器 之 整 個 操作狀 態 中 確 保 各 試 驗 室 在 需 要 時 可 被 供 應 該 冷 卻 劑 只有當 反 1¾ hiXis 器 核 心 是 在 操 作 中 而 必 須 確 保 該 冷 卻 劑 須 被 供應時 5 試 樣 才 在 試 驗 室 中 受 到 輻 射 這 樣 會 在 試 驗 室 中釋放 熱 量 5- 而 需 要 冷 卻 〇 在 此 種 情 況 557448 五、 發明說明 ( 4： 下 各 試 驗 室 亦 並 聯 至 反 應 器 核心 而被供應該冷卻劑。另 —* 方 面 若 反 應 器 核 心 未在 操 作狀 態中時，則例如由於其 衰 變 後 之 熱 量 而 需 要 冷 卻 〇 因此 需調整反應器核心之對 流 式 (C on vecti ve)冷卻而不必主動地施加冷卻劑，其在核 心 上 產 生 冷 卻 用 之 壓 力 降 可 供試 驗室中發出較小熱量之 試 樣 所使 用 〇 反 之 y 若 反 應 器核 心可保持完全未被冷卻 則 由 於 輻 射 很 少使 試 驗 室 中之 試樣不需冷卻。 此 種 形 式 之 核 子 反 應 器ί 則適合作爲硏究用之反應器。 在 反 應 器 核 心 及 提 供 試 樣 材料 之試驗室區域中爲了確 保 有 足 夠 高 之 中 子 流 密 度 則反 射槽中較佳是以反射材 料 塡 入 〇 反 射 材料 對 中 子 之 有效 橫切面須確保由反應器 核 心 所 發 出 之 中 子 可 被 停 止 且充 份地反射至反應器核心 中 〇 特 別 是 石 墨 鈹 (Be)或 輕水 (Η 2 0)可用作反射材料， 但 較 佳 是 以 重 水 (D 2〇)(特 別 是流 體形式）作爲反射材料。 配 屬 於 試 驗 室 之 分 支 通 道 在冷 卻劑側並聯至此配屬於 反 應 器 核 心 之 導 流 通 道 則 冷卻 劑流可分佈在這些通道 之 整 體 上 〇 分 佈 比 例 (ratio)是由: 各別通道之尺寸或幾何 比 例 來 決 定 特 別 是 由 通 道 橫切 面來決定。在此種情況 下 在 試 驗 室 中 爲 了 使 試 樣 在 需要 時可充份地冷卻，則配 屬 於 各 試 驗 室 之 分 支 通 道 之 大小 (特別是流阻）較佳是相 對 於 導 流 通 道 之 比 例 及 配 屬 於此 通道之冷卻劑泵之泵功 率 之 比 例 依 據 各 試 驗 室 中 所 期望 之最大之冷卻劑需求來 調 整 〇 在 其 它 有 利 之 實 施 形 式 中 ， -- 6 - 可調之節流件分別配屬 557448 五、 發明說明 ( 5 : ) 於 該 分 支 通 道 〇 藉 由 節 流 件 可依 據 需 求 使 冷 卻 劑 施 加 至 各 別 之 試 樣 其 中 在 進 行 硏 究或 實 驗 時 可 供 使 用 之 冷 卻 功 率 可 用 作 另 —— 種 白 由 度 〇 節流 件 可 固 定 地 設 置 著 或 亦 可 更 換 〇 爲 了 能 以 特 別 簡 易 之 方 式 提供各 硏 究 用 之 試 樣 至 各 別 之 試 驗 室 中 且 另 一 方 面 可 比 例於 導 流 通 道 來 對 各 別 之 分 支 通 道 之 大 小作特 別 弓早 性（f: lexible)之 =田 6周 整 則 每 一 個 分 支 通 道 可 以 特 別 有 利 之 形 式 以二 部 份來 構 成 〇 第 一 部 份 中 此分 支 通 道 包含 該 試 驗 室 ，其 大 小 是 依 據 即 將 接 納 之 試 樣 之 所 期 望 之 大 小 來 調 整 。此 一 包含 該 試 驗 室 之 部 份 可 以 盆 形 之 形 式 構 成 而保 持 一般 較 大 之 橫 切 面 ， 盆 形 之 底 部 用 來 容 納 試 樣 1 盆 形 之 邊緣 在 保 持 一 種 裝 料 □ 之 情 況 下 與 反 射 槽 之 上 蓋 相 連 0 第二 部 份 在 冷 卻 劑 側 連 接 於 分 支 通 道 之 第 一 部 份 之 後 第二 部 份 包 含 一 種 橫 切 面 較 各 別 之 試 驗 室 還 狹 窄 之 冷 卻 劑管 線 0 藉 由 第 一 部 份 可 確 保 試 樣 能 可 靠 地 被 載 入 ， 其 中就 流 體 技 術 而 言 藉 由 第 二 部 份 中 所 設 置 之 冷 卻 劑 管 線 之橫 切 面 之 適 當 之 公BB 取 (藉由 冷 卻 劑 管 線 之 流 阻 來 達 成 )可決定尺寸之大小。 在 其 它 有 利 之 形 式 中, 、每 —' 冷卻 劑 管 線 以 彎 曲 之 形 式 構 成 1 這 樣 可 消 除 熱 學 上 及 機 械上 之 應 力 y 此 種 彎 曲 之 冷 卻 劑 管 線 使 原 來 之 試 樣 在 機 械上 由 連 接 於 其 後 之 管 線 區 去 親 合 (de-( :p( >upled) 〇 因 此 能特 別 可: 靠: 地 防. 止 熱. 應 力 彎 曲 之 冷 卻 劑 管 線 特 別 是 可 補償 熱 膨 脹 而 不 會 影 響 其 它 組 件 〇 - 7-
557448 五、發明說明（6) 以本發明所可達成之優點特別是：藉由配屬於反應器 核心之導流通道，則在冷卻劑側所倂聯之分支通道可對 以被動系統所形成之試驗室進行可靠之供料。因此可藉 由超越反應器核心而保持著的壓力落差來確保試驗室之 流通。此外，在此種槪念中藉由使用冷卻劑側連接於試 驗室之後之冷卻劑管線，則可確保一種特別高之機械上 及熱學上之可負載性。分支通道之以二部份構成之形式（ 其由盆形之試驗室及連接於其後之較薄之冷卻劑管線所 組成）可在反射槽中只需很小之空間需求即能可靠地安置 各試樣，因此有較多之體積可用來容納該反射器。 本發明之實施例以下將依據圖式來詳述。圖式簡單說 明： 第1圖核子反應器之垂直切面之一部份。 第1圖之核子反應器1作爲硏究用之反應器，其包含 反應器核心2，其中設有可分裂之材料作爲核心燃料。 反應器核心2中保持一種受控制之鏈式反應以產生自由 中子及釋放能量。由於其構造係用作硏究用之反應器， 則核心反應器1設計成只具有較小之額定熱功率1-1 OOMW。在此種情況下就此種額定功率而言，反應器核 心2在空間上較小。爲了藉由反應器核心2之表面來限 制大量之中子損耗，則反應器核心2須由反射槽4所圍 繞。反射槽4中以重水（D20)塡入以作爲反射材料，其 使反應器核心2中所發出之中子之至少一部份反射回至 反應器核心2中。
557448 五、發明說明（7) 就可控制之可靠之操作而言，反應器核心2以可冷卻 之方式構成，其因此配置在冷卻劑用之導流通道6中’ 此導流通道6在中央貫穿此反射槽4且因此在本實施例 中具有圓形之橫切面；但其亦可具有其它形式之橫切面 ，例如，正方形或長方形之橫切面。 反射槽4(其在上側是以外罩凸緣8來封閉）以其槽底 1 〇置放在載體凸緣1 2上。載體凸緣1 2又經由承載支架 14而支撐在水槽18之底部16上，水槽18完全圍繞該 反射槽4。水槽18中以輕水（H20)塡入。 核子反應器1另外可藉由試樣以中子來照射以進行硏 究或實驗或進行核心反應。許多試驗室20，22，24因 此配屬於反應器核心2，試樣26，28，3 0可供應至各別 之試驗室。試樣26，28，30可以是所謂之靶或殻或錠 或其它之輻射試樣。試驗室20，22，24在空間中配置 在一種區域（其中存在著足以進行輻射之高的中子流密度） 中。各試驗室20，22，24在適當之位置上整合在反射 槽4中。 暴 在各試樣26，28，30以反應器核心2所發出之中子 來進行照射時，在各試樣2 6，2 8，3 0中激發各種硏究 用之活化-，轉換-分裂-或衰變過程。此種照射會使 各別之試樣26，28，30放出熱量。由於安全上之原因 - ’但亦爲了可靠地遵守各預設之硏究條件，則各試驗室 · 20，22，24須設計成可使試樣26，28，30照射時所釋 放之熱量被排出，因此各試驗室可被冷卻。爲了使各試 557448 五、發明說明（8) 驗室20，22，24冷卻，須設有一種被動系統而不需主 動元件，因此不需一些待監視之易受干擾之元件。每一 試驗室20，22，24分別設有一種分支通道32，34或36 ，藉此可使冷卻劑供應至各別之試驗室20，22，24。
就被動式冷卻槪念而言，分支通道32，34，36在輸 入側是與配屬於反應器核心2之導流通道6之流入區3 8 相連且在輸出側是與流出區40相連。流入區3 8及流出 區4 0是由冷卻劑之流動方向所決定；在流動方向相反 時，則它們之功能互換。每一個分支通道32，34，36 在輸入側是與導流通道6之流入區3 8相連通且在輸出 側是與流出區40相連通。藉由此種構造，則導流通道6 中維持該反應器核心2之充份冷卻所需之壓力落差亦超 越反應器核心2之範圍以用來保持各試驗室20 ’ 22，24 之流通。其它保持此種流通所需之主動元件因此不需要。
就分支通道32，34’ 36之構造而言’本實施例中分 別設有不同之實施形式以作進一步之說明。當然全部（或 多個）分支通道3 2，3 4 ’ 3 6亦可以統一之形式依據相同 之槪念來構成。 分支通道34之長度依據貫通管42而包含整個反射槽 4，此貫通管42在其內部空間中形成該試驗室22。反之 ，分支通道3 2，3 6分別以二個部份構成。分支通道3 2 ，36在第一部份中分別包含管件44或46 ’其在內部空 間中分別形成其試驗室20或24。管件44，46以及貫通 管42分別在其內部橫切面中依據其佈局之大小來調整 0 557448 五、發明說明（9) 以便可輕易地輸送各別之試樣26，28或30且以其上邊 緣而與外罩凸緣8相連接。但管件44，46以盆形構成 且以下部之底板48或50作爲邊界。各別之試樣26或 30置放在底板48或50上。管件44，46以可懸掛之方 式固定在外罩凸緣8上。 導流通道3 2，3 6分別包含第二部份，即’第二部份 由冷卻劑側連接於各別之試驗室20或24之後之冷卻劑 管線52或54所構成。冷卻劑管線52，54之橫切面較 各別之試驗室20，24還狹窄，使各別之分支通道32或 3 6之導流橫切面是由冷卻劑管線5 2或5 4之橫切面所決 定。藉由冷卻劑管線5 2或5 4之橫切面之適當之選取， 則各別之分支通道3 2或3 6之大小可特別有利地依據各 別之冷卻劑需求來調整。全部之分支通道32 ’ 34，36 之大小因此可依據設計時所期望之冷卻劑之最大需求來 調整。 冷卻劑管線52，54以彎曲形式構成。冷卻劑管線52 設計成可使冷卻劑垂直地輸入或送出，但在其中央區中 成波形方式而具有一種彎曲面。反之，冷卻劑管線54 設計成可使冷卻劑垂直地輸入但水平地送出’因此亦須 彎曲。由於冷卻劑管線52，54之彎曲之造形，則可使 各別之試驗室2 0或2 4在熱性上及機械上由反射槽4之 底部1 〇去耦I合（d e - c 〇 u p 1 e d)。相對應之元件之機械上之 偏移或熱膨脹因此不會造成機械應力或熱應力，使核子 反應器1可特別穩定地操作。 -11- 557448 五、發明說明（1〇) 分支通道3 2 ’ 3 4 ’ 3 ό在輸出側（流動方向相反時是輸 入側）匯入一種介於槽底1 0和載體凸緣1 2之間而延伸之 通道系統5 6中’此通道系統5 6在冷卻劑側是與導流通 道6之流出區4 0相連。此通道系統5 6可包含多個例如 是槽形之徑向通道及/或包含圓形（或形成圓形區段）之 中間空間。 可調之節流件6 0，6 2或6 4分別配屬於每一個分支通 道3 2，3 4。藉由節流件6 0，6 2，6 4可調整此種流經各 別之分支通道3 2，3 4或3 6中之冷卻劑流且特別是可依 據各別試樣2 6，2 8，3 0之各別之冷卻需求來調整。 參考符號之說明 1 .....核子反應器 2 .....反應器核心 4.....反射槽 6.....導流通道 8.....外罩凸緣 10.....槽底 12.....載體凸緣 1 4.....承載支架 16.....底部 18.....水槽 2 0，2 2，2 4 · ·試驗室 2 6，2 8，3 0 · ·試樣 3 2,3 4,3 6 · · 分支通道 -12- 557448 五、發明說明（1〇 38 · · · · • A 40 · · · · •流出區 42 · · · · •貫通管 44,46 · · · •管件 4 8,5 0 · · · •底板 5 2,5 4 ·.. •冷卻劑管線 56 · · · · •通道系統 6 0，6 2，6 4 · •節流件
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