[實用新型]燃料和強中子吸收材料一體化的緊湊型反應堆堆芯結構

有效

• 申請號: 201921819284.1
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN211294641U
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 曾勤;史瑩;李志峰;楊逸;楊錦琛;李承昊
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G21C7/103
• 分類號: G21C7/103;G21C5/06
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黃國亮

本實用新型公開了燃料和強中子吸收材料一體化的緊湊型反應堆堆芯結構，包括具有堆芯燃料元件組的堆芯活性區、包圍在堆芯活性區外圍的反射層以及布置在反射層中的控制轉鼓，控制轉鼓能繞著安裝軸轉動，控制轉鼓內具有第一區域和第二區域，所述第一區域設有強中子吸收體，第二區域設有轉鼓燃料元件組。在控制轉鼓中同時布置了轉鼓燃料元件組和強中子吸收體，可以轉動控制轉鼓，調整轉鼓燃料元件組與堆芯活性區的相對位置，來滿足反應堆功率調節的需求；可以增加反應堆堆芯的運行壽期。當控制轉鼓中的轉鼓燃料元件組部分都面向堆芯活性區時，反應堆具有最大的反應性，當控制轉鼓中的強中子吸收體都面向堆芯活性區時，反應堆具有最大的停堆深度。

技術領域

本實用新型涉及核反應堆工程領域，特別是涉及一種燃料和強中子吸收材料一體化的緊湊型反應堆堆芯結構。

背景技術

隨著人類對太空、深海、遠洋等領域探索技術的不斷發展成熟和探索應用需求的擴大，人類希望建立太空基地、深海基地等進行科學研究。比如，未來人類其他星球表面(如月亮、火星等)建立空間基地、在深海海底建立深海基地、在遠離大陸的孤島上建立科研基地，都將具有十分重大的科學、軍事和政治價值。這些基地的建設都面臨著復雜、嚴峻的環境，能源的穩定供應與管理是基地能夠正常運行的重要保障。太陽能電源無法在深海應用，在太空和遠洋領域也有其自身的固有缺陷，如無法克服晝夜變化。化學能電源則受限于燃料儲量與補給，無法做到長時間大功率運行。而核反應堆電源不受環境影響、功率大、壽命長、安全可靠、能源供應可持續性強，因此被認為是空間基地、深海基地、遠洋等基地探測任務中理想可靠的能源供應方案。

由于核反應堆在上訴基地建設與其他探測任務中具有許多無法替代的優勢，美國、俄羅斯、日本、法國等國對核反應堆在小型化、輕量化、降噪等方面進行了諸多深入的研究，并提出了數十種核反應堆方案，其冷卻方式包括氣體冷卻、液態金屬冷卻、熱管冷卻等。考慮到基地環境的復雜性，具有非能動冷卻技術的核反應堆是最主要的方案之一，而熱管冷卻技術是具有高熱導率、高瞬態反饋性能、高可靠性、低保養需求等優點的非能動冷卻技術，因此目前基地核反應堆設計大都采用熱管冷卻。

在現有緊湊型熱管核反應堆堆芯設計中，主要的控制方式如圖7至圖10所示，將強中子吸收體13或反射材料基體14布置在堆芯活性區1外圍，通過控制強中子吸收體13吸收中子的數目或者反射材料基體14反射中子的數目來達到控制反應堆的目的。圖7是控制轉鼓控制方式，將強中子吸收體13和反射材料基體14鑲嵌在控制轉鼓主體上，通過轉動來改變強中子吸收體13、反射材料基體14與堆芯活性區1的相對位置，從而達到對反應性進行控制的目的，控制轉鼓布置在堆芯的反射層2內。控制轉鼓的布置方式在事故情況下不易發生變形和脫落，但是會增加堆外反射層2尺寸和質量，從而增加堆芯重量。

圖8和圖9將反射層2布置在堆芯活性區1外，通過控制反射層2來控制堆芯活性區1的中子泄露率，從而實現對堆芯的反應性控制。圖8中通過反射層2上下滑移來控制，圖9則通過開合式方式來控制反射層2。由于反射層2布置在外側，材料的輻照損傷較小，工作溫度也較低，但在事故情況下，反射層2變形和脫落可能性較大，同時反射層2在滑移或者開合過程中，對軸向功率密度分布的擾動較大。

圖10也是將反射層2布置在堆芯活性區1外，并在反射層2和堆芯活性區1之間布置一層強中子吸收體13，通過上下滑移該強中子吸收體13來控制吸收體、反射體與堆芯活性區1的相對位置，從而達到對反應性進行控制的目的。該方式與圖8所示的反射層2控制方式類似，將反射層2變為滑移的強中子吸收體13，在事故情況下，吸收體變形和脫落可能性較大，同時在滑移過程中，對軸向功率密度分布的擾動較大。

實用新型內容

本實用新型的目的在于至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提供一種燃料和強中子吸收材料一體化的緊湊型反應堆堆芯結構。