[發明專利]熱中子反應堆用核燃料組件

在審

• 申請號: 201711482494.1
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108269623A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 金容喜;金治亨;李廷翊
• 申請（專利權）人: 韓國科學技術院
• 主分類號: G21C3/02
• 分類號: G21C3/02;G21C3/16
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發明涉及熱中子反應堆用核燃料組件。本發明涉及核反應堆，更確切地，涉及可應用于熱中子反應堆的被動安全裝置和配備有其的核燃料組件。本發明的熱中子反應堆用核燃料組件包括多個燃料棒；配置在燃料棒之間的多個導向套管；和插在一個或多個導向套管中的包括中子吸收劑部的被動安全裝置。

技術領域

本發明涉及核反應堆，更確切地，涉及適用于熱中子反應堆的被動安全裝置和配備有其的核燃料組件。

背景技術

核反應堆基本上是使用由中子裂變產生的能量的裝置。根據能量將中子分為低能量熱中子和高能量快中子。因此，核反應堆也分為使用熱中子的熱中子反應堆和使用快中子的快反應堆。一般地，快中子主要由核裂變產生。

在熱中子反應堆中，快中子通過使用慢化劑來減速以用于核裂變。同時在快反應堆中，快中子在不減速的情況下用于核裂變，并且此時如鈉(Na)等具有非常低的慢化能力的液體金屬用作冷卻劑。

反應堆由于如慢化劑溫度、核燃料溫度和冷卻劑溫度等各種溫度而具有反應性反饋效應(reactivity feedback effects)。這些反饋效應使反應堆本身能夠將各種與溫度有關的事故減輕和穩定化。核燃料在常規溫度下具有負反應性反饋效應，這是由于多普勒譜線增寬效應(Doppler broadening effect)，其中在所謂的共振區域中的中子吸收隨著溫度升高而增加。

在通常的熱中子反應堆中，水用作慢化劑或冷卻劑。因此，中子的大多數能量轉移至水，從而快中子變成熱中子。當冷卻劑或慢化劑的溫度在熱中子反應堆中由于任何原因而升高時，發生各種現象。特別是，引起中子的平均能量變得更高的中子能譜硬化。這是因為慢化劑的密度隨著核反應堆的溫度升高而降低并且慢化能力降低，從而中子能量比溫度升高之前高。由于快中子通常具有比熱中子小的裂變截面。因此，能譜硬化導致熱中子反應堆的反應性降低。通過該現象，熱中子反應堆中慢化劑的反應性溫度系數通常為負值。

如果在核反應堆運行期間存在問題，則冷卻劑泵或蒸汽發生器可能發生故障，因此核反應堆的溫度會過度升高。此時，負反饋效應可以減輕反應堆功率的升高并且緩解引起的問題。然而，核反應堆材料和核燃料完整性由于過度的溫度升高而導致的劣化是不可避免的。

作為繼續研究的結果，本發明人開發了一種被動安全裝置，當由于冷卻劑溫度升高而發生事故時，除了核反應堆的固有負反應性反饋效應之外，其還可以實現被動插入的額外的負反應性，并且進一步開發了包括上述被動安全裝置的核燃料組件。

發明內容

實現反應堆穩定性的重要問題在于，除了與冷卻劑的溫度有關的反應堆固有的反應性反饋效應之外還具有負反應性反饋效應，從而在發生事故的情況下使反應堆本身穩定化。因此，本發明的目的是提供配備有新型被動安全裝置的核燃料組件，所述被動安全裝置可以實現核反應堆的穩定且安全的運行并且可以配備至核反應堆的設計沒有大的變化的任何常規的核反應堆。

本發明的熱中子反應堆用核燃料組件包括多個燃料棒；配置在燃料棒之間的多個導向套管；和插在一個或多個導向套管中的包括中子吸收劑部的被動安全裝置。熱中子反應堆用核燃料組件可以進一步包括插在一個或多個導向套管中的控制棒。

根據本發明的實施方案，被動安全裝置包括：形成有貫通內部和外部空間的一個或多個冷卻劑流入/流出孔的被動安全裝置導管；和設置在被動安全裝置導管的內部空間中使得在其中可上下移動并且包括中子吸收劑的浮力提供部。

根據本發明的實施方案，被動安全裝置可以進一步包括使多個被動安全裝置導管彼此連接的被動安全裝置導管連接部。

根據本發明的實施方案，上述被動安全裝置導管連接部可以形成于上述多個被動安全裝置導管上方。

根據本發明的實施方案，包含中子吸收劑的浮力提供部的密度在熱中子反應堆的正常運行期間小于冷卻劑的密度并且在熱中子反應堆的瞬態運行期間高于冷卻劑的密度。