[其他]核反應堆高壓容器的輻照屏蔽

無效

• 申請號: 85109566
• 申請日: 1985-10-30
• 公開（公告）號: CN85109566A
• 公開（公告）日: 1986-07-23
• 發明（設計）人: 威廉姆·阿蒂斯·伯德
• 申請（專利權）人: 西屋電氣公司
• 主分類號: G21C11/06
• 分類號: G21C11/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 曹廣生,辛哲生

本發明總的說來涉及核反應堆的領域，特別是涉及目的在于減輕高壓容器焊縫受快中子通量照射的結構布局。

工藝上已熟知，核反應堆，例如高壓輕水堆的芯部，含有裂變材料型的核燃料鈾235，它持續地發生裂變反應，于是產生熱能。稱之為堆內機械構件在結構上支撐堆芯位于氣密的高壓容器之內。這些構件將冷卻液，如輕水注入高壓容器，流過堆芯，而排出高壓容器。冷卻劑吸取核燃料裂變所產生的熱而將其傳入熱交換器中另外的冷卻劑，熱交換器總是位于高壓容器之外。第二種冷卻劑通常是水，被轉變為蒸汽后，可以用來驅動蒸汽渦輪發電機組。

核芯通常由許多燃料組件構成，燃料組件并排地布成陣列，具有周邊輪廓接近正圓柱體的外形。每一燃料組件由重復排列的燃料棒和控制棒導向套管組成，這些棒管均從周側面用相互平行間隔的格柵所支撐，導向管用來接收軸向移動的控制棒，在此用來控制核芯的反應率。

堆內構件通常是空的圓柱形堆芯筒體插入堆芯和高壓容器壁之間。反應堆冷卻液經過一個或多個進水咀而注入高壓容器，向下流經高壓容器和芯筒之間，轉向180°，向上流經堆芯并流過堆芯和芯筒之間的空間，轉向90°，經過一個或多個出水咀而排出高壓容器。

技術上已熟知，核燃料由于俘獲了它本身原子核所放出的中子而發生裂變，而每一個產生裂變的中子又產生熱和其它一個以上的中子（平均說來每俘獲一個中子放出2.1個中子）。為了使鍵式核反應能以持續進行，至少要有一個新產生的中子使燃料的另一原子發生裂變。由于新產生的中子是快中子，可是裂變需要慢中子，所以用中子慢化劑來慢化或稱熱化快中子。用作堆冷卻液的輕水是一種優良的中子慢化劑。原子核裂變所產生的增殖中子并不是都可以用來裂變其它原子核，其中有一些為反應堆內部構件所吸收，其他中子還有被核吸收劑，如溶解于初級冷卻液中的硼，被常規控制棒所含有的非燃耗吸收體，被特殊控制棒所含有可燃耗吸收體以及被核燃料中由于核裂變過程本身所累積的吸收體而吸收。簡而言之，有一些增殖的中子有目的地予以吸收，而另一些中子的吸收則屬于無意。

都知道要延長堆芯的壽命，于是要盡力縮短停堆更換核燃料所浪費的時間，就要采用裝有濃縮核燃料，通常是濃縮鈾-235的燃料組件。

然而，濃縮鈾是十分昂貴的，因此最好是盡可能地降低濃縮度，仍能滿足延長堆芯有用壽命一段時間的需要。為了達到此目的而發展起來的技術已知的有：燃料營運技術，其主要目的在于使得裂變時產生的中子得到更加有效的利用。已知的燃料營運技術有稱之為出-存-存芯（owt-in-in）燃料技術者包含有三區段堆芯裝料布局方案，即將堆芯分成三區，分別接收新的、一期燃耗的和二期燃耗的燃料，并在反應堆運行一段時間之后，將燃耗最大的燃料取出新換成二期燃耗的燃料，對于原二期燃耗燃料區新換成一期燃耗的燃料，并將后者的原區換成新的燃料。

另一已知的燃料營運技術使用低中子逸漏的裝料方案，盡管比出-存-存芯方案要復雜得多，但是明顯地改善了中子的利用經濟，即將堆芯的快中子逸漏減至極少。換言之，即最大限度地利用了快中子，經過慢化而用于裂變。曾經發現低中子逸漏裝料方案除開附帶地通過提高中子利用經濟而降低燃料循環價格以外，同時可以使高壓容器接受堆芯徑向發射出的高能中子流的輻射量減小。這當然是合乎需要的附帶收益，但是它純屬偶然的事，因為低中子逸漏裝料方案原來僅僅是為了降低燃料循環價格而設計的，并無其它目的。因此可以或者不可以影響高壓容器特定有限區域受高能中子通量的輻照。

高壓容器的特定區域，如焊縫處連續受到中子輻照，據發現，這已構成了難題，因為最終它會造成高壓容器焊縫脆化而發生破裂。

解決這個問題直觀上合理的方法應當是將堆芯周邊燃料組件換掉幾個而代之以吸收中子或反射中子的。例如由不銹鋼作成的屏蔽棒。這樣在高壓容器受輻照影響區域和堆芯之間放置了中子屏蔽體，應當除掉燃料組件對此區域的輻照，但是同時也會造成堆芯額定功率的有害降低，亦即降低了堆芯的輸出功率。

另一似乎合理的解決方案：將屏蔽體置于堆芯和變壓容器之間，而不除去任何周邊燃料組件。然而空間限制以及需要大量的重新機械設計和芯外區域中子估算的大量工作，致使這種嘗試解決方案造價高，耗時長，難以進行。

當然，還可以降低周邊燃料組件的輸出功率來減小核芯周邊外的快中子通量，并以芯內區域輸出功率的同量增加來彌補上面造成的芯周區域功率損失。然而這個方案會造成不能允許的元件熱差，有害地影響失去冷卻劑分析誤差余量;因此這個方法是不可行的。