[發(fā)明專利]反應(yīng)堆系統(tǒng)、控制方法和裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00807969.2
• 申請(qǐng)日: 2000-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN1367928A
• 公開（公告）日: 2002-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·斯特魯思;M·庫爾曼恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 于利奇研究中心有限公司
• 主分類號(hào): G21C7/107
• 分類號(hào): G21C7/107;G21C7/08;G21C9/027
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 鄭立柱,張志醒

本發(fā)明涉及到用于調(diào)節(jié)和有選擇地切斷核反應(yīng)堆功率的方法和控制系統(tǒng)，涉及到包括這種系統(tǒng)的核反應(yīng)堆和涉及到用于這種調(diào)節(jié)和有選擇地切斷核反應(yīng)堆功率的中子吸收物體。

目前的核裂變反應(yīng)堆包括反應(yīng)堆活化區(qū)，反應(yīng)堆活化區(qū)包括核燃料元素。核燃料元素包括核燃料(鈾同位素，釷同位素和/或钚同位素)以及一種緩和劑。核裂變放出快速中子，經(jīng)過緩和劑將快速中子抑制，以達(dá)到一個(gè)能量水平，這適合于促使另外的燃料核裂變。這又導(dǎo)致放出快速中子和利用在產(chǎn)生能量的熱量。

現(xiàn)在對(duì)于核反應(yīng)堆一般來說已經(jīng)很普遍至少使用兩個(gè)獨(dú)立的切斷系統(tǒng)。將它們使用在結(jié)束核子鏈反應(yīng)上。此外可以將至少這些系統(tǒng)中的一個(gè)利用在調(diào)節(jié)運(yùn)行上，也就是說調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的功能和功能特征上。傳統(tǒng)的切斷系統(tǒng)的工作是通過將吸收中子的材料放在活化區(qū)或活化區(qū)的周圍(例如周圍的反射器)。放入的吸收劑的數(shù)量必須充分，以保證足夠快的調(diào)節(jié)效應(yīng)和切斷效應(yīng)，例如在所有運(yùn)行狀態(tài)和故障情況狀態(tài)時(shí)當(dāng)溫度改變和/或Xe¹³⁵衰變之后。

如果將切斷系統(tǒng)也使用在調(diào)節(jié)上，在正常運(yùn)行時(shí)將這些吸收劑不是整個(gè)地從其有效位置上離開，則當(dāng)繼續(xù)離開時(shí)可以提高恢復(fù)放射性，也就是說可以提高裂變率。通過將其他吸收劑移動(dòng)到有效位置達(dá)到切斷功能，因此停止鏈反應(yīng)。

所謂的高溫反應(yīng)堆(HTR)近來得到重要意義。其名字是從事實(shí)得出的，由于其石墨結(jié)構(gòu)有能力產(chǎn)生高溫?zé)?。HTR的特殊類型是球堆反應(yīng)堆或者球堆積反應(yīng)堆。對(duì)這種反應(yīng)堆進(jìn)行了一系列連續(xù)開發(fā)階段，作為AVR(試驗(yàn)性反應(yīng)堆工作協(xié)會(huì)地點(diǎn)在Jülich，德國，試驗(yàn)性反應(yīng)堆的熱功率為46MW和對(duì)氦初始溫度為850℃設(shè)計(jì)的，但是試驗(yàn)性地運(yùn)行到1000℃)；THTR(釷-高溫反應(yīng)堆；熱功率為750MW地點(diǎn)在Uentrop，德國)；或者M(jìn)ODUL-HTR(在德國開發(fā)的模塊化的球堆反應(yīng)堆方案具有熱功率為200MW)是已知的。球堆反應(yīng)堆的特征在于，當(dāng)其運(yùn)行期間可以將新的球形燃料元素放入其活化區(qū)和在必要情況下可以將老的從活化區(qū)中取出。這些特征使調(diào)節(jié)系統(tǒng)減輕其任務(wù)負(fù)荷，通過取出吸收劑材料補(bǔ)償了核燃料的消耗。在這些系統(tǒng)中調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須只平衡由于溫度改變，Xe¹³⁵濃度變化和類似很小的反應(yīng)波動(dòng)。

一般來說在切斷系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中使用棒，在其中將吸收材料封閉在金屬管中。如果相應(yīng)地設(shè)計(jì)球堆活化區(qū)，將這些棒裝入為此安排的棒開口處的側(cè)反射器中就夠了。此外為了切斷目的也有可能將吸收劑用小的球代替用棒封閉，如同這在MODUL-HTR-方案的第二個(gè)切斷系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的。這種球作為“小的吸收劑小球”(KLAKs)是已知的。這些KLAKs是由包括硼或者碳化硼的石墨構(gòu)成的。將KLAKs放入垂直的所謂的KLAK-開口或者KLAK-孔中。一般來說為了將KLAKs從其有效位置取出是將這些通過重力在這種KLAK-開口或者KLAK-孔的底部取出。然后用氣動(dòng)將它們送回到KLAK-孔的容器中。棒和球的特征之間的重要區(qū)別在于：

1.KLAKs比棒的溫度敏感性小。

2.棒不僅從下邊而且也可以從上邊放入和當(dāng)結(jié)構(gòu)形式為短棒時(shí)也可以在不同的位置放入，而通過重力KLAKs是集中在每個(gè)KLAKs-通道的底部和為了達(dá)到比較高的水平必須通過重力填充或者從那里向下取出，以減小吸收水平。

直到目前為止在很多反應(yīng)堆中吸收劑材料主要是使用上述棒的形式，以便用所希望的方法檢查影響功率特征和特別是檢查影響熱功率特征，一般來說為了將這種特征平正。這也出現(xiàn)在HTR中主要是為了在石墨反應(yīng)堆中避免局域的高放射性負(fù)荷。在球堆-HTR中提高燃燒過的燃料向下的濃度。相應(yīng)的功率最大值一般位于活化區(qū)的上半部分。如果在正常運(yùn)行條件下用于功率調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的吸收劑物體部分是位于上邊部分最大作用位置的附近時(shí)，可以將上邊部分的功率最大值的這種變化和因此將所產(chǎn)生的特征或者快速中子的生產(chǎn)進(jìn)行平正。從最大作用位置離開時(shí)釋放恢復(fù)放射性，而放入更多的吸收劑材料降低這種放射性和最后導(dǎo)致切斷。為了可以完全利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)的這種特征，但是也為了將這種控制過程的成本最小化，一般來說將調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為用棒運(yùn)行。目前將KLAKs只用于第二個(gè)切斷系統(tǒng)，也就是說只用于完全切斷。