[其他]煤球爐式核反應堆裝料法和適用于此法的煤球爐式核反應堆

無效

• 申請號: 85106250
• 申請日: 1985-08-19
• 公開（公告）號: CN85106250A
• 公開（公告）日: 1987-02-18
• 發明（設計）人: 埃伯哈特·托伊謝特;克勞斯-阿恩·哈斯;赫爾穆特·格溫
• 申請（專利權）人: 克恩科殊恩沙拉格祖利殊公司
• 主分類號: G21C1/06
• 分類號: G21C1/06;G21C3/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 曹永來

體發明是關于用裂變材料含量不同的球形燃料元件裝填煤球爐式核反應堆的方法和適用于此法的煤球爐式核反應堆。

煤球爐式核反應堆的特點是：能夠連續地從反應堆中卸出球形燃料元件，也就是說，從反應堆壓力容器中撤出球狀燃料元件。新的燃料元件則通過反應堆殼壁反射層內的裝料管而填入。裝料和卸料都是在反應堆全功率運行狀態下連續進行的，或者確切地說，是準連續進行的。兩次裝料之間的時間間隔是如此之短，以至基本不會出現反應性的波動，這種波動必須通過追加入的中子吸收材料予以調節補償。間隔時間的長短在幾秒鐘到幾天之間。在這種類型的反應堆中，可以實現有利的功率密度分布和較高的效率。當然，在全功率運行狀態下卸出燃料元件是需要較為昂貴的技術設備的。反應堆壓力容器的外廓高度須達1～2米，以便能夠包容漏斗狀的球形燃料元件排出口、球體隔開裝置和壓力閘門。這些設備在進行修理時，是難以接近的。此外，移出所卸下的高放射性元件的設備也是耗資很大，因為必須進行遙控處理和振蕩。卸料設備的運行和維護以及燃料元件的連續運出需要有固定的熟練工作人員。

眾所周知，還有另一種間歇式（非連續的）裝料的核反應堆。每隔一定時間，譬如一年中有幾天或幾周將停堆、冷卻和減壓，以便更換燃料元件。在兩次裝料過程之間的運行周期內，必須使用中子吸收劑，以調節補償受燃料元件燃耗影響的反應性變化。通常采用附加的控制棒，如冷卻材料中的硼酸或可燃的中子吸收材料。使用這些吸收材料可加重中子的耗費，從而降低轉換率和增殖率。這種中子吸收材料的使用中，有時會由于控制棒從反應堆中錯誤地抽出而產生一定的安全風險。

本發明的基本任務是：提供這樣一種反應堆裝料方法，采用它不僅消除了經濟上的缺點和所熟知的“間歇運行”的風險，而且也可避免運行狀態下的復雜的卸料操作。

上述目的按照本發明可通過下述操作達到：間歇式地卸出球形燃料元件;在向反應堆裝填燃料元件時，開始先用裂變材料含量相當高的燃料元件裝填部份空心區，以便達到臨界狀態和預定的功率。隨著燃料元件的燃耗增加，為補償堆芯中裂變材料含量的減少，要連續地或準連續地補加燃料元件，直至充滿空心區。為此要求有一個合適的煤球爐式的反應堆，其設計特點是：開始是部份裝料，以后視燃耗情況而再補加裝料。

從詳細的權項要求中還可進一步推知其他特點。

在這種裝料方式中，首次裝料這樣安排：若堆芯空心區開始是部分裝料，適當的比例是1/4～2/3，特別是用燃料元件填滿空心區的1/3時，則在反應堆的預定功率條件下可達到臨界狀態（有效增殖因數Ke＝1）。在隨后的反應堆運行期間，將連續或準連續地裝填新的燃料元件，而且需要適中地保持臨界狀態條件。當反應堆的堆芯空心區最后完全被填滿時，則使反應堆停止運行，實施冷卻和減壓，然后將所有的燃料元件同時全部卸出。這種方式的卸料約在運行2～5年后進行一次，而在低功率密度反應堆情況下（這種反應堆可設計成熱電廠），則可在運行15～30年后進行一次卸料。

對于這種一次全部卸出裝料的方式，使用堆芯底部的球形卸料裝置是有利的，但不是非要不可的。不用它，堆芯空白區也可借助于一種機械升降輸送裝置或按照吸塵器原理從上面被倒空。這種卸料裝置可逐步地用于按這種方式運行的各種反應堆的倒空。

它們的生產成本相應地由各種反應堆的能耗費所決定，同樣也取決于運行費和人員費，后兩種費用是由于使用這些裝置而需支付的。

在這種裝料方式中，燃料元件的卸出要比普通的裝料方式中的卸料操作大為簡化，因為核反應堆被停止運行，加以冷卻和減壓。但同時，煤球爐式反應堆與其他反應堆相比還保持有自己的優點，即：不需使用中子吸收材料來限制由燃料燃燒循環所產生的過剩的反應堆。

從經濟觀點所要力求達到的是：在這種新型裝料方式中，能夠提供與采用普通裝料方式的反應堆運轉情況下相同的熱功率。由于堆芯空心區開始只是部分裝料，因而初始狀態下的中等功率密度（與堆芯空心區完全充滿時相比）必將增大。在此為了避免超過每個燃料元件的許可功率（5.7千瓦/球），在充滿球形燃料元件的堆內容積中，應盡可能使功率密度呈現均勻的空間分布。這可通過下述的裝料方式實現：開始裝料時，至少要使用兩種裂變材料含量不同的燃料元件。“初次裝料”中，下面三分之二裝填裂變材料含量比平均值低約12%的燃料元件;而上面三分之一則裝填裂變材料含量高24%左右的燃料元件。