[發明專利]一種新型反應堆控制棒及控制棒組件

有效

• 申請號: 202010917212.1
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN111933311B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 周濤;丁錫嘉;張家磊;朱亮宇;陳娟;周藍宇
• 申請（專利權）人: 東南大學;華北電力大學
• 主分類號: G21C7/10
• 分類號: G21C7/10;G21C7/117
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 范國鋒;劉冬梅

本發明公開了一種核反應堆控制棒及核反應堆控制棒組件，該控制棒包括I型控制棒和II型控制棒，其中，I型控制棒為非均勻控制棒，放置在核反應堆的中央，II型控制棒為均勻控制棒，放置在核反應堆的邊緣。本發明在核電廠反應堆的反應性控制領域有較高的工程應用價值，不僅能使核反應堆堆芯徑向功率與軸向功率的畸變峰分解并展平，而且能夠削弱溫度場震蕩對反應性控制的影響，提升了核反應堆的安全性。

技術領域

本發明屬于核能發電與機械制造領域，適用于核動力廠堆芯反應性控制領域，尤其適用于第三代與第四代核反應堆堆芯反應性控制領域，具體涉及一種核反應堆控制棒及控制棒組件。

背景技術

在現有反應堆反應性控制系統中，控制棒分為功率調節棒，溫度調節棒與停堆棒。以上三種控制棒均由均勻分布的中子吸收材料構成，所以可定義為均勻功率控制棒。均勻控制棒插入堆芯調節反應堆反應性時，會對反應堆的功率分布畸變、溫度場造成震蕩，增加了反應堆功率控制難度。同時強烈的溫度場震蕩不僅影響反應堆堆內組件的熱疲勞與熱老化，而且影響堆芯出口溫度的測量精度，對反應性控制極具破壞性。

專利CN201720511668.3的公開了一種能展平堆芯軸向功率分布的控制棒及控制棒組件，并沒有解決因為中子泄露而引起的堆芯軸向功率畸變的問題，僅僅達到部分展平軸向功率分布的目的，仍使得反應堆運行的安全性和經濟性都會受到影響。

專利CN201810643965.0公開了一種新型反應堆控制棒及棒組件，該專利雖然在理論上能消除由控制棒移動和中子泄漏引起的軸向功率畸變峰的控制棒，達到完全展平軸向功率分布的目的，但是其無法展平徑向功率，也忽略了溫度場畸變對反應堆反應性控制的影響，只能適用于壓水堆領域，應用面較為狹窄，并不能完全解決堆芯反應性控制的問題。

因此，亟需開發一種結構簡單、模塊化設計、針對性強、適用范圍廣的控制棒及控制棒組件，用于展平反應堆堆芯功率分布畸變和削弱溫度場震蕩對反應性控制的影響。

發明內容

為了解決上述問題，本發明人進行了銳意研究，設計出一種新型核反應堆控制棒及控制棒組件，該控制棒包括由黑體和灰體組成的I型控制棒和由灰體和燃料芯塊組成的II型控制棒。其中，I型控制棒放置在核反應堆的中央，II型控制棒放置在核反應堆的邊緣。該控制棒能使核反應堆堆芯徑向功率與軸向功率的畸變峰分解并展平，消除核反應堆總功率在徑向與軸向功率上的耦合，削弱溫度場震蕩對反應性控制的影響，從而完成了本發明。

具體來說，本發明的目的在于提供以下方面：

本發明一方面提供了一種核反應堆控制棒，所述控制棒包括I型控制棒和II型控制棒，其中，I型控制棒為非均勻控制棒，II型控制棒為均勻控制棒；優選地，所述I型控制棒包括內層棒11和外層棒12，所述內層棒11和外層棒12均由間隔排布的黑體6和灰體7構成。

本發明另一方面提供了一種核反應堆控制棒組件，所述組件包括本發明第一方面所述的控制棒、導熱肋片2、星型架3和驅動桿4。

本發明所具有的有益效果包括：

1)本發明提供的控制棒，在黑體的質量分布方程中引入零階貝塞爾函數，可以展平核反應在軸向上的功率，在黑體質量分布方程中引入的余弦函數，可以展平核反應在軸向上的功率，對核反應堆的控制效果好，提升了核反應堆的安全性；

2)本發明提供的控制棒，包括I型控制棒和II型控制棒，I型控制棒放置在核反應堆的中央，II型控制棒放置在核反應堆的邊緣，I型控制棒和II型控制棒共同作用，可展平反應堆中子通量密度，進而減小功率分布畸變；

3)本發明提供的控制棒組件，在控制棒包殼外設置有導熱肋片，能夠起到增大熱傳導截面，改善堆芯內對流換熱速率的作用，并能進一步減小堆芯內溫度場的畸形分布；