[發明專利]一種具有非均勻反射層的非均勻控制棒

有效

• 申請號: 202110475992.3
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113241201B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 劉成;聶小琴
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G21C7/10
• 分類號: G21C7/10
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 張忠慶

本發明公開了一種具有非均勻反射層的非均勻控制棒，包括：內層柱體，其上端和下端分別設置有多個反射層Ⅰ，內層柱體上端的反射層Ⅰ與下端的反射層Ⅰ之間設置有間隔分布的中子吸收體Ⅰ和非中子吸收體Ⅰ；外層圓環柱體，其滑動設置在內層柱體的外部，外層圓環柱體的結構包括：反射層Ⅱ，其分別設置在外層圓環柱體的上端和下端，外層圓環柱體上端的反射層Ⅱ與下端的反射層Ⅱ之間設置有間隔分布的中子吸收體Ⅱ和非中子吸收體Ⅱ；中子吸收體Ⅱ的外側設置有反射層Ⅲ，外層圓環柱體中部的中子吸收體Ⅱ外側未設置反射層Ⅲ。本發明通過在非均勻控制棒中增加非均勻分布的中子反射層實現了堆芯軸向的中子補償作用，改善了堆芯軸向功率分布。

技術領域

本發明屬于核電站安全與控制機械技術領域，更具體地說，本發明涉及一種具有非均勻反射層的非均勻控制棒。

背景技術

提高壓水堆軸向功率偏差的控制性能對壓水堆運行的經濟學和安全性具有重要意義。中子泄漏對軸向功率偏差控制有很大影響，減小軸向中子泄漏可以提高軸向功率偏差控制性能。

在現有的壓水堆功率控制棒系統中，中子泄漏加劇了軸向功率畸變。先進的反應堆使用中子補償來減少軸向中子泄漏。主要有：①改變堆芯軸向中子產生能力，以補償軸向中子泄漏，新燃料棒通過在軸向層中布置不同的裂變物質富集，改變堆芯軸向中子產生能力。在堆芯中部，燃料棒的富集很小，產生中子的能力很弱。燃料棒靠近上下底部的富集量大。產生中子的能力強，可以補償堆芯上、下底面的中子泄漏。當控制功率水平時，棒位的變化會改變堆芯的初始軸向功率分布，導致軸向不均勻燃燒(燃耗可視為燃料棒裂變物質富集程度降低的過程)。這會改變初始設計中燃料棒裂變材料的軸向富集分布，削弱了中子泄漏補償能力。②提高堆芯底部和頂部的中子泄漏補償能力，第四代先進反應堆IRIS通過在堆芯上、下端增加中子反射層，防止中子泄漏。壓水堆冷卻劑從堆芯下部進出，這給軸向中子層的布置帶來了挑戰。同時，控制棒位置變化引起的軸向功率畸變峰值仍然存在，削弱了補償中子泄漏的能力。因此，通過改變燃料棒的軸向富集度和增加軸向中子反射器的方式實現中子補償以改善軸向功率分布的作用有限，降低了軸向功率偏差控制性能。

基于解耦控制思想的非均勻控制棒具有獨立的軸向功率偏差和功率水平控制功能，構成的功率控制系統控制策略簡單。N＝8的AB型非均勻控制棒軸向截面結構如圖6和圖7所示。圖中：H是堆芯的高度，h是吸收體的長度(h＝H/2N)，Δh是控制棒棒位(0≤△h≤h)，R是控制棒外徑，r是內層柱體的直徑。

壓水堆功率控制系統采用非均勻控制棒控制堆芯功率時，由于其軸向上由2N+1(N為大于等于1的自然數)個等長、交錯排列的中子吸收體和非中子吸收體在整個堆芯高度吸收中子的能力一致，不具有阻擋堆芯軸向的種植泄漏作用。為達到中子補償作用，一種能夠展平軸向功率分布的梭型非均勻控制棒被提出了，它是通過改變非均勻控制棒外層圓環柱體的中子吸收體的厚度，以改變外層吸收體在堆芯軸向上的吸收能力。非均勻控制棒外層圓環柱體的中子吸收體，在堆芯中部時的厚度最大，吸收中子能力最強。在堆芯的上、下底面時厚度最小，吸收中子能力最弱。這樣就起到軸向的中子補償作用，從而達到展平堆芯軸向功率分布的功能。由于控制棒的外徑尺寸小，會限制外層圓環柱體的中子吸收體等厚度改變的范圍，大大限制了非均勻控制棒的中子補償作用。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種具有非均勻反射層的非均勻控制棒，包括：

內層柱體，其上端和下端分別設置有多個反射層Ⅰ，所述內層柱體上端的反射層Ⅰ與下端的反射層Ⅰ之間設置有間隔分布的中子吸收體Ⅰ和非中子吸收體Ⅰ；

外層圓環柱體，其滑動設置在所述內層柱體的外部，所述外層圓環柱體的結構包括：