[其他]輕水慢化型原子核反應堆

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85109302
• 申請日: 1985-11-28
• 公開（公告）號: CN85109302B
• 公開（公告）日: 1988-06-08
• 發(fā)明（設計）人: 竹田練三;加藤監(jiān)治;大西忠博;內(nèi)川貞夫;丸山博見;青山肇男;梅垣菊男;別所泰典;布施元正;橫見迪郎
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: G21C1/00
• 分類號: G21C1/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利代理部
• 代理人: 王申,王憲模

本發(fā)明是關(guān)于一個輕水慢化型原子核反應堆，特別是關(guān)于燃料一次循環(huán)的壓水型原子核反應堆或者燃料單一循環(huán)的沸水型原子核反應堆。

在輕水慢化型原子核反應堆（以下簡稱輕水反應堆）中使用燃料材料的方法基本上分為燃料單一循環(huán)方法和燃料反復循環(huán)方法。

在采用燃料單一循環(huán)方法時，輕水反應堆使用濃集的鈾作為燃料，從輕水反應堆中取出的用過的燃料棒中所含的燃料材料都不能再次（再循環(huán)）使用于輕水反應堆中。燃料一次循環(huán)方法或系統(tǒng)在燃料費用上有好處，這是當回收燃料的費用高于濃縮鈾的費用的時候。

此外，回收和再循環(huán)方法或系統(tǒng)的目的是從已用過的燃料棒中回收燃料材料來制造新的燃料棒，并將這些新的燃料棒裝到輕水反應堆中對燃料材料再加以利用。

燃料一次循環(huán)有效地利用燃料材料的辦法是大大提高燃料組件取出時的燃耗值，這就是實現(xiàn)高的燒盡程度。要得到高的燒盡程度就需要提高濃縮鈾的濃集度，但是提高了濃縮鈾的濃縮度以后就會出現(xiàn)如下的問題。

在輕水反應堆堆芯的中心部分有一些燃料組件，它們具有很不相同的中子無限倍增因子，因為新的燃料組件的高濃縮，并且在輸出功率上產(chǎn)生不同的大的取出時燃耗也在一些燃料組件中占一定比例，從而引起較大的輸出功率不協(xié)調(diào)并且提高了輸出功率的峰值。

此外，隨著濃集的增加，需要在燃燒的開始階段加以控制的過剩反應性（reactivity）也增大了;所以使用含釓的燃料棒的一般燃料組件不得不增加含釓的燃料棒的數(shù)量。

在一般壓水型原子核反應堆的堆芯中，燃料棒具有均勻一致的氫原子數(shù)與燃料材料的原子數(shù)的比值（r_H/U）大約為2.0。一般壓水型原子核反應堆堆芯的特性用圖11中的曲線p₅（虛線所示）來表示。一般輕水反應堆的燃料棒的原始濃縮要提高，以便能夠達到圖11中的曲線p所表示的取出時的燃耗Eb點。

采用這樣的反應堆堆芯，原始的中子倍增因子是大的，為了防止這一點，要把大量的可燃吸收體，如釓加到燃料組件之中，從而就影響了中子的有效使用。

此外，在反應堆堆芯中把中子倍增因子很不相同的燃料組件混合在一起就會很難以將輸出功率分配拉平。最大程度的燃耗會受到尖峰功率的燃料棒的限制，其結(jié)果是降低了取出時的平均燃耗值。

一般輕水反應堆的中子倍增因子的不協(xié)調(diào)是比較大的，因此燃料組件的取出時的平均燃耗值不可能高。不可能實現(xiàn)高的燒盡程度。

一般輕水反應堆堆芯具有均勻的氫原子數(shù)與燃料材料原子數(shù)的比值（r_H/U）（大約為2.0）。

在一般輕水反應堆中的中子倍增因子的變化情況可用圖10中的曲線P₄（虛線所示）來表示。在一般輕水反應堆中，燃料組件是在燃耗Ec點時更換新的燃料組件。也就是說，裝在一般輕水反應堆堆芯中的燃料棒的取出時的平均燃耗值是在Ec點。在一般輕水反應堆中，裝入的燃料量在整個反應堆堆芯中是一樣的。

反應堆堆芯的燃料棒的取出時的平均燃耗Ec不能加大，所以在一般輕水反應堆上不可能節(jié)省鈾。

從有效地利用鈾資源的觀點出發(fā)，已經(jīng)提出一種輕水反應堆的建議，使從鈾-238向裂變材料（钚-239）的轉(zhuǎn)變得到改進。

在WernerOldekop等所著的“燃料利用率高的壓水型反應堆的一般特性”一書第59卷（1982年11月）第212-227頁“原子核工藝”中提出了一種高轉(zhuǎn)換反應堆（HCR），以便將輕水反應堆堆芯中的輕水體積與燃料材料體積的比值（^VH/^VF）從一般的2.0降到0.5，并且提高中子的平均能量，以便使＊的轉(zhuǎn)變率高于0.9。為了把輕水體積與燃料材料體積的比值（^VH/^VF）降到0.5這個數(shù)值，需要使用一種密格的結(jié)構(gòu)。

由于采用了密格結(jié)構(gòu)，高轉(zhuǎn)換反應堆（HCR）就會在熱傳導或浮起方面出現(xiàn)下列的嚴重問題，必須加以解決。這些問題是，比如反應堆堆芯中的壓力降可夠是一般輕水反應堆的四倍，或者在冷卻液損失的意外故障時，緊急用的事故冷卻液很難進到反應堆堆芯中去

包括這個例子在內(nèi)的高轉(zhuǎn)換反應堆（HCR）力圖通過回收和再循環(huán)使用從反應堆堆芯中取出的燃料組件的辦法來有效地利用燃料材料。采用高轉(zhuǎn)換（HCR）時，包括燃料回收、燃料再加工等工序在內(nèi)的燃料循環(huán)都必須齊全。