[發明專利]非貫穿式散裂靶與反應堆耦合系統

有效

• 申請號: 201611263810.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106601309B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 吳宜燦;何梅生;柏云清;宋勇;趙柱民
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G21B1/01
• 分類號: G21B1/01;G21C15/02;G21C15/18
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙)34125
• 代理人: 王偉

技術領域

本發明涉及加速器驅動次臨界系統，尤其涉及一種非貫穿式散裂靶與反應堆耦合系統。

背景技術

核電作為一種清潔、高效、優質的能源，是解決溫室氣體排放等環境問題的優先選擇，然而核能的長期持續發展必須實現核廢料的安全處置。ADS系統以其優良的中子特性和固有安全性，成為嬗變放射性核廢料的最有潛力的技術途徑。世界主要核工業國家均制定了ADS中長期發展計劃。

加速器驅動次臨界系統(ADS)由質子加速器、重金屬散裂靶與次臨界反應堆三大系統組成。首先，利用加速器產生的質子束流轟擊重金屬原子核引起散裂反應；然后以散裂反應過程中產生大量的外源中子維持反應堆內的核嬗變反應以及鏈式裂變反應。

與傳統的核能系統不同，三大系統之間的耦合是ADS面臨的新挑戰。散裂靶與反應堆的耦合存在結構上的存在諸多限制。堆靶耦合為達到較高的反應堆中子經濟性，要求散裂靶的設計盡可能的緊湊。因此，散裂靶內小體積內高密度沉積核熱的排出成為最具挑戰性的問題。

液態重金屬有窗靶以其良好的工程技術可達性，是現階段散裂靶的主要設計形式。液態金屬有窗靶的球形靶窗，靶窗底部中心位置產生滯流點，極易導致靶窗溫度過高產生結構破壞。目前的方案主要采用擾動的方式對靶窗的換熱進行加強。但是擾動的方案，流動不穩定，產生的不均勻流場增加結構的流致振動，同時導致結構冷卻不均勻，在結構壁面內產生較高的熱應力。

在臨界快堆中，反應堆堆芯由六邊形組件構成蜂窩狀。組件與組件之間上部通過凸臺互相緊靠，由堆芯圍筒從外圍限制組件頂部的振動和位移。在ADS中，反應堆堆芯須抽出2～3圈組件的位置，提供給散裂靶安裝。因此，堆芯最靠散裂靶的組件，相鄰的空組件位不能提供徑向的支撐。在運行過程中，最內層組件會產生振動，破壞組件結構，造成反應性變化，影響反應堆安全性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構合理緊湊、能夠加強靶窗換熱的非貫穿式散裂靶與反應堆耦合系統，保證反應堆結構安全，防止放射性邊界破壞。

本發明的目的還在于提供一種結構合理緊湊、能夠限制堆芯組件運行中的振動的非貫穿式散裂靶與反應堆耦合系統，保證反應堆結構安全，防止放射性邊界破壞。

為此，本發明一方面提供了一種非貫穿式散裂靶與反應堆耦合系統，包括質子束管、靶件外管、堆芯、容器、頂蓋和堆內構件，所述容器與所述頂蓋二者共同構成反應堆主要放射性邊界，用于將所述質子束管、所述靶件外管、所述堆芯和堆內構件包容在內；所述質子束管同軸安裝在所述靶件外管內，作為整體同軸吊裝于所述頂蓋的中心并且向下穿過所述堆芯，所述靶件外管的底部具有插入堆內構件的柵板聯箱內的管腳，所述柵板聯箱提供的冷卻劑經過所述管腳分區冷卻以加強所述質子束管換熱。

進一步地，上述管腳對進入所述散裂靶的冷卻劑提供分區，中心為高冷卻劑流速區，外周為低冷卻劑流速區。

進一步地，上述管腳伸入所述靶件外管的圓柱管道，所述管道的管口用于形成高冷卻劑流速區，所述管腳的側壁上開設有孔，用于形成低冷卻劑流速區。

進一步地，上述靶件外管的主體部分由通過變徑部位連接的入口管和出口管組成。

進一步地，上述質子束管為帶有靶窗的圓柱形管道，所述靶窗為薄壁結構的球形封頭，所述靶窗由所述靶件外管的變徑部位提供徑向約束。

進一步地，上述堆內構件為階梯筒狀，堆內構件吊裝于容器的法蘭上沿。

進一步地，上述靶件外管的外壁面設置有堆芯支撐結構，用于向所述堆芯提供徑向支撐。

進一步地，上述堆芯支撐結構位于所述堆芯活性區以上的位置，所述堆芯支撐結構貼合所述堆芯中心空出的部分組件的輪廓，與所述組件凸臺同一水平位置，向所述堆芯提供徑向支撐。

進一步地，上述堆芯支撐結構包括幅板和肋板，其中，所述幅板用于貼合堆芯中心空出組件部分的外形，所述的肋板用于支撐所述幅板，以防止所述幅板的變形。

根據本發明的另一方面，提供了一種非貫穿式散裂靶與反應堆耦合系統，包括質子束管、靶件外管、堆芯、容器、頂蓋和堆內構件，所述容器與所述頂蓋二者共同構成反應堆主要放射性邊界，用于將所述質子束管、所述靶件外管、所述堆芯和堆內構件包容在內；所述質子束管同軸安裝在所述靶件外管內，作為整體同軸吊裝于所述頂蓋的中心并且向下穿過所述堆芯，所述靶件外管的底部具有插入堆內構件的柵板聯箱內的管腳，其中，所述柵板聯箱用于向所述管腳提供冷卻劑；靶件外管的外壁面設置有堆芯支撐結構，用于向所述堆芯提供徑向支撐。