[其他]間歇運行的煤球爐式核反應堆

無效

• 申請號: 85106254
• 申請日: 1985-08-19
• 公開（公告）號: CN85106254A
• 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
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 曹永來

本發明是關于一種采用間歇方式裝料和卸料的煤球爐式核反應堆。

通常，煤球爐式反應堆是以連續方式運行，即通過殼蓋反射層里的裝料管輸入新的燃料元件時，從堆芯壓力容器里不斷地提出多少有些燃耗的球，裝料和卸料都是在反應堆處于全功率工作狀態下進行，在一定情況下可以說是準連續進行，此時，兩個裝料過程的時間間隔如此之短，以致根本不會出現反應性變化。

這種運行的缺點是：必須在結構上為在全功率工作狀態下卸出燃料元件準備許多輔助設備，這些設備不便維修，又需要定期檢查和由受過訓練的人員來操作，必要時還需要有熟練的技術人員進行維護。

因此，在要申請人同時遞交的一份專利申請中，描述了一種新的堆芯裝料方式，按照此種方式，開始，用裂變材料含量高的燃料元件，只是部分地裝填堆芯空心區，這部分裝料對在予定功率下的臨界狀態是足夠的，隨著核燃料燃耗增加，可再補充裝料，直到完全裝滿整個空心區。

對此，開始的部分裝料，首先只裝滿空心區的 1/4 到 2/3 ，最好裝滿 1/3 左右，同時，首批裝料中下面的 2/9 和上面的 1/9 裝料中裂變材料含量分別比初始裝料（使反應堆呈臨界狀態）中的平均裂變材料含量低12%和高24%。

補裝燃料元件中的裂變材料含量適當地比開始裝料的裂變材料平均含量高1.5到2.5倍，最好高約1.9倍。在這種裝料方式中，可在完全裝滿堆芯空心區之后，使反應堆停止運行并予冷卻，然后從上面開始進行卸料。

相比而言，一個這樣運行方式煤球爐式反應堆很少卸料（大約運行2-5年后，而在反應堆低功率密度情況下，可作為熱電站其運行周期則達15-30年），這就是說，核燃料球體經過很長時間在堆芯中都不變化，這可通過裝料過程得到合理安排。

在這些“基本上”靜止的球裝料中-它們不僅處于新的裝料方式中，而且還處在于反應堆的簡單的間歇運動中-予期會出現因熱和燃耗引起的球膨脹，這必然導致球裝料的變得更為致密，并給堆芯空心區的側壁造成巨大的壓力負荷。

因此，本發明的任務是，避免對堆芯空心區側壁產生不允許的高壓力負荷。

根據本發明，通過一個煤球爐式反應堆可以作到這一點，其特征是：從堆芯填充料起，通過自下向上逐漸增加堆芯空心區橫斷面，或通過帶有呈方格子狀排列的凹坑的空心區底板，來限制對作用于堆芯空心區表面的壓力。凹坑的最小（交叉點）間距約比球直徑大1-8%，尤以大到約5%為佳。

對附圖加以說明，圖中所示

圖1a-c????穿過堆芯空心區的垂直斷面

圖2和圖3????帶凹坑底板和側壁結構部分斷面。

由熱和輻射作用引起的膨脹所產生的力有一垂直的，與那里裝料的重量起反作用的垂直分力和一對側壁產生負荷的水平分力，通過使側壁呈傾斜狀（圖1a），就可以減少這種負荷，如果傾斜角α（偏斜于垂直線）足夠大，就會產生一個與壁平行的朝上的分力，傾角以選定15°～45°為好，最好則是25°。

在下面堆芯區域，比如在下面的三分之一，選擇傾斜角要比上面區域的大一些則更為有利（圖1b）

最好讓堆芯空心區的橫斷面這樣構成拱形，使得垂直的分力在任何高度位置上對容器壁的作用都相同。這些只有通過容器橫斷面的成型才能實現，這可近似地按公式R＝R_o-a（Z-Z_o）²進行，（R＝堆芯空心區中軸的距離，R_o＝球裝料表面的半徑，Z＝高度位置，Z_o＝球裝料表面的高度位置，a＝從對側壁所允許的負荷中計算得出。（圖1c）

把球從水平方向的間隙排列裝入，也可以阻止對空心區側壁產生過量的壓力，前面提到的帶有呈柵格狀的排列的凹坑的堆芯底板和球之間形成1-8%的間隙就是為此目的的，球與球之間初始存在的側面的間隙允許球膨脹，而不會出現側面的壓力（參見圖2）。

這種方格狀配置有令人驚異的優點，即在裝料中達到了最大可能的排列狀態，因為從復蓋帶凹坑底板的首批球層起，每一個隨后而來的球都進入明顯有利的位置，這些位置與為獲得有序的填料結構所要求的位置相符合，用這種方式，所形成的可能最好的有序的球填料裝載，一般在45°以下是呈現六角形的最致封的球填料迭層結構，在理論上，可求得的總填充系數為074。

這意味著，以這種方式還有另一優點，即在堆芯可達高功率密度，以及對所存在的球產生的壓力負荷分布均勻。

球直徑和堆芯空心區直徑之間的明顯差別使得圓柱形空心區壁附近出現一定的無序狀態是可以允許的。