[發明專利]一種能展平堆芯軸向功率分布的控制棒及控制棒組件

有效

• 申請號: 201410246885.3
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN103985420A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 劉成
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G21C7/10
• 分類號: G21C7/10;G21C7/117
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 林輝輪;王蕓

?

技術領域

本發明涉及一種核電站安全與控制機械領域，特別涉及一種能展平堆芯軸向功率分布的控制棒及控制棒組件。

背景技術

核電站的安全和控制非常重要，為了控制核電站堆芯的鏈式反應速率在一個預定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，稱之為控制棒。其主要功能是用來補償燃料消耗和調節反應速率以及快速停止鏈式反應。控制棒主要是由硼、碳化硼、鉿、銀、銦和鎘等易于吸收中子的材料制成的。核反應壓力容器外有一套機械裝置可以操縱控制棒。控制棒的工作原理是：當控制棒完全插入反應堆堆芯時，能夠吸收大量中子，以減緩或阻、止裂變鏈式反應的進行；反之，則加速裂變鏈式反應的進行。

目前，壓水堆的傳統控制棒1都是由均勻分布的中子吸收材料構成，通過傳統控制棒1的提升和下插來改變堆芯功率，如圖1所示，模擬傳統控制棒1正往堆芯下插過程，虛線為控制棒的下落軌跡2，圖2為傳統控制棒1下落某時刻的堆芯功率P隨堆芯高度H的分布圖，P₁為堆芯上部功率，?P₂為堆芯下部最大功率，?P₁<?P₂。因此，在沒有其他補償裝置的條件下，堆芯內不可避免地會出現一個軸向功率畸變峰。它主要是傳統控制棒1下插和中子在堆芯下半部分中子泄露兩個因素引起的。

因此，由均勻中子吸收體材料構成的傳統控制棒1，在對堆芯功率進行調節時會產生一個功率畸變峰，使得堆芯軸向功率分布更加不均勻。該功率畸變峰的存在對于提升反應堆堆芯平均功率和消除氙振蕩是不利的，帶來經濟和安全上的問題。為了減小堆芯軸向功率畸變峰值，早期的方法（例如：張建民，姜晶.核反應堆控制[M].北京：原子能出版社，2009:129-137.；以及，廖業宏,肖岷,李現鋒,朱閩宏.大亞灣核電站延伸運行及降功率期間反應堆軸向功率偏差的控制及其計算機模擬分析.?核動力工程[J],?2004,v25(4):297-300.）通過設計部分長度控制棒在功率調節過程中以削弱堆功率畸變峰，這種方法是通過附加輔助的控制棒來實現對軸向功率的畸變峰的抑制，但是短棒長期放在堆芯會影響燃耗，抽出時會形成一個大的功率峰，所以在上個世紀七十年代就停止使用了短棒。目前壓水反應堆最常用的是采用“常軸向偏移控制”法來控制軸向功率分布，以滿足安全運行的要求，并提高運行性能。這種方法是通過對控制棒進行分組并布置在堆芯的不同位置，在不同的工況下設計不同的提棒或插棒的程序來實現，所以有較為復雜的運行程序和對應控制棒的操作（例如：Rose?Mary?G.P.?Souza,?Jo??o?M.L.?Moreira.?Power?peak?factor?for?protection?systems?–?Experimental?data?for?developing?a?correlation??Original?Research?Article.?Annals?of?Nuclear?Energy,?May?2006,?33(7):?609-621.）。目前較為先進的方法是設計專門的軸向功率分布控制棒，比如AP1000的軸向功率偏移控制棒設計（例如：解輝.?AP1000核電廠運行方式的分析和研究.核工程研究與設計[J],?2010,(79):17-19.；以及，孫敬東.AP1000機械補償控制策略.?能源技術[J],?2010,31(3):17-19.），這種設計雖然能夠使軸向功率得到有效的展平，但是，其不足之處是在堆芯內必須留出足夠多的空間給軸向功率偏移控制棒，不然，若控制棒數量得到保證了，相應體積增加，隨之帶來的是堆芯內燃料棒就必須減少，因此堆芯功率密度反而會受到影響。

因此，在不影響堆芯其他結構、體積和功率密度的情況下，有必要設計一種既具有堆芯功率調節功能，也具有改善堆芯軸向功率分布的功能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中所存在的：由均勻分布的中子吸收體構成的控制棒容易造成堆芯軸向功率分布畸變，對提升反應堆堆芯平均功率是不利的不足，以及為了削弱堆軸向功率畸變峰而設計不同的提棒或插棒程序的復雜的不足，以及AP1000的軸向功率偏移控制棒設計需要足夠多的空間給軸向功率偏移控制棒而造成燃料棒的減少的上述不足，提供一種能展平堆芯軸向功率分布的控制棒，同時還提供一種控制棒組件。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：