[其他]液體慢化劑控制系統一重水D2O/輕水H2O

無效

• 申請號: 85105161
• 申請日: 1985-07-06
• 公開（公告）號: CN85105161A
• 公開（公告）日: 1986-12-31
• 發明（設計）人: 雷蒙德·安東尼·喬治;弗里斯特·托馬斯·約翰森
• 申請（專利權）人: 西屋電氣公司
• 主分類號: G21C7/26
• 分類號: G21C7/26
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 石小梅,王彥斌

本發明概括地論述了壓水核反應堆能譜偏移方面的問題，詳細論述了用來實現能譜偏移的低效中子慢化液體的控制系統。

在一般的現代化壓水核反應堆中，反應堆堆芯設計成具有剩余反應性。當反應堆運行時，剩余反應性逐漸消耗，直至反應堆堆芯不再能維持核反應，到那時反應堆必須換料。通常，這種情況一年內就會發生。使反應堆兩次換料之間的時間增加到最長（即延長堆芯壽命）是很有益的，因為換料需要使反應堆完全停閉，而且非常費時間。延長堆芯壽命通常是通過給堆芯提供大量的剩余反應性來實現的。

一般來說，對于裂變過程的控制，也就是反應性控制，包括剩余反應性需要的控制，是通過改變反應堆堆芯的中子吸收材料的數量來實現的。包含有中子吸收材料的、可插入和提出堆芯的控制棒提供了控制反應性的一種方法。溶解在反應堆冷卻劑中的可燃的和非可燃的毒物提供了控制反應性的另一種方法。當反應性由于反應堆運行而減少時，毒物通過反應堆運行期間的消耗而逐漸除去，或者通過為此目的而設計的一個獨立系統而除去。最經常的情況是，應用溶解毒物和控制棒相結合的方式，來控制反應堆和剩余反應性。

遺憾的是，用控制棒和毒物進行控制會吸收掉中子，這些中子在其它情況下可在生產中加以利用。例如，可以利用剩余反應性產生的中子將燃料組件中的增殖性材料轉換為钚或裂變鈾，這兩種材料可以再被裂變而有助于進一步延長堆芯壽命。所以，當應用控制棒和溶解毒物提供十分有效的反應堆控制的時候，這種應用卻也包含著高價格鈾的比較低效率的消耗。因此，為了進一步延長堆芯壽命或兩次換料之間的時間，為了降低燃料價格，如能控制剩余反應性，而又不抑制與剩余反應性有關的中子，那是很有利的。

大家知道，通過在燃料循環的第一階段中使用“硬化”（核能）能譜的方法，以降低剩余反應性、增加增殖性材料至裂變材料的轉換;然后在燃料循環的后期應用“軟化”（較低能量）中子能譜的方法，通過使以前產生的裂變物質進行裂變，來增加反應性、延長堆芯壽命，從而能降低燃料元件的濃縮度，提高生產裂變材料的轉換比。應用上述原理的這樣一種方法，稱之為能譜偏移控制，它可使反應堆的堆芯壽命得到延長，而又減少反應堆堆芯中中子吸收材料的數量。在應用這種控制方法的實例中，有一個用機械方法實現能譜偏移的反應堆，在堆芯的一些燃料組件中，裝有一些空心的置換棒（當然，這些棒會在燃料組件中排出相同體積的水），這些棒可以用機械方法提出或穿孔，以使可用的體積注滿水。在堆芯壽命的早期階段，用置換棒從堆芯中排除一部分水，使中子能譜硬化。而在后期，通過前面所說的置換棒提升或穿孔在堆芯中加進水，使中子能譜軟化。題目為“能譜偏移的反應堆控制方法”、轉讓給西屋電氣公司的美國4，432，930號專利，揭示了這樣一個用機械方法進行能譜偏移的反應堆。

實現能譜偏移的另一種方法，是在堆芯壽命的早期利用重水或氧化氘置換堆芯中等量體積的水，然后在堆芯壽命的后期逐漸地減少重水的體積并代之以平常的反應堆冷卻劑（輕水）。這種低效的慢化劑（重水）允許采用較低的燃料濃縮度，并得到將增殖性材料轉換為裂變材料的較高轉換比，這兩點結合起來就可以保證降低燃料的價格和延長堆芯的壽命。

可以很好地理解到，能譜偏移方法的成功部分地依靠這樣一個系統，該系統可以控制供給反應堆的慢化液體（包括混合液體）的數量，使之與任意給定時刻的反應堆的反應性要求相協調;該系統還用來從反應堆中排出液體，并使該液體濃集供以后使用。

因此，本發明的主要目的是提供一個壓力容器外部的控制系統，它用來為反應堆壓力容器供給低效的中子慢化液體和（或）低效的中子慢化液體與通常的反應堆冷卻劑的混合液體。

從這一目的出發，本發明存在于具有這樣一種堆芯結構的核反應堆中，在這種堆芯結構中裝有一些能容納用于能譜偏移的不同液體的管道、一個能對上述管道的液體供給進行控制的控制系統。這一控制系統的特點表現為它包括：使進出上述壓力容器的上述液體形成循環的裝置;為保持預定的液體壓力使上述循環裝置中液體進行穩壓的裝置;給上述循環裝置供應慢化劑液體的裝置;從上述循環裝置排出慢化劑液體的裝置;以及改變供給上述循環裝置的液體濃度的裝置。

通過對下面圖中對所選擇的實施例（僅作為例子）作下述說明，將會使本發明變得更加容易理解。其中：

圖1是反應堆冷卻劑中硼濃度對于反應堆燃料運行時間的曲線圖;

圖2是液體慢化劑濃度對于反應堆燃料運行時間的曲線圖;

圖3是本發明的一個具體的液體慢化劑控制系統的原理流程圖;

圖4是本發明的適用于保持堆芯排熱的控制系統原理流程圖;

圖5是本發明的另一個實施例的控制系統的原理流程圖。