[发明专利]径向中子反射器

说明书

技术领域

本申请要求2012年4月12日提交的美国临时申请第61/623,332号的权益。在2012年4月12日提交的美国临时申请61/623,332的全文在此以参见的方式纳入到本申请的说明书中。

下文涉及核反应堆领域、中子反射器领域以及相关领域。

背景技术

在核反应堆中，裂变材料设置在反应堆中，使得由于裂变反应产生的中子通量密度足以维持持续的裂变过程。在商用反应堆中，裂变材料通常设置成燃料棒的形式，这些燃料棒安装在大体具有方形或六边形横截面的模块化细长燃料组件中。多个此类燃料组件设置在一起以形成反应堆堆芯，该反应堆堆芯容纳在圆柱形不锈钢堆芯支架内部。该整个组件则安装在压力容器内部。在一典型的构造中，反应堆冷却剂在堆芯支架和压力容器之间的环形空间中向下流动，在压力容器的下腔室中逆转方向，向上流过反应堆堆芯底部处下端板中的开口，并向上流过燃料组件，在该燃料组件处被反应堆堆芯加热。由反应堆冷却剂从堆芯抽取出的热量用于产生电力，由此使反应堆冷却剂的温度下降，而该反应堆冷却剂以闭合回路再循环通过反应堆。在沸水反应堆（BWR）设计中，主冷却剂在压力容器内部沸腾，且产生的主冷却剂蒸气经管道被输送通过再循环回路以驱动涡轮机。在压水反应堆（PWR）设计中，主冷却剂保持在过冷液态中并且对外部蒸气发生器中的二次冷却剂加热，且二次冷却剂驱动涡轮机。在一种变型PWR设计中，蒸气发生器位于压力容器（即，一体的PWR）内部，且二次冷却剂回路流入压力容器中以对蒸气发生器进行供给。

在裂变过程中，产生自由中子。在热核反应堆中，这些中子由周围的水减速、即热化，由于与较快的中子相比，热化的中子更易于促进附加的裂变事件，因而这是有利的。然而，源自反应堆堆芯的外部边界附近的中子会行进到反应堆堆芯外部并损失。为了改进整体效率并且为了提高外部燃料组件的燃烧速率，已知在反应堆堆芯和堆芯支架之间包括堆芯成形器或径向反射器。目的是将离开堆芯的中子朝向堆芯反射回去，以增强燃料组件的燃烧。

由于反应堆所具有的严苛操作环境，径向反射器的焊件、螺栓或其它紧固件会经受较高的辐射通量，并且会易于损坏或失效。由于极具放射性的环境，难于或不可能对于任何这些损坏进行维修。此外，径向反射器会阻碍反应堆堆芯周围的自然循环，这对于依赖于自然循环的任何应急堆芯冷却系统（ECCS）会造成问题。在一些情形中，已知径向反射器会致使冷却剂侧向地喷射到燃料组件上。由于随着时间会导致过度磨损，因而喷射通常是不理想的。

发明内容

根据一个方面，一种设备包括含有裂变材料的核反应堆堆芯和围绕该核反应堆堆芯的堆芯成形器。该堆芯成形器包括一个或多个单件式环圈，其中，每个单件式环圈包括中子反射材料。在一些实施例中，该堆芯成形器包括两个或多个单件式环圈的堆叠，其中，每个单件式环圈包括中子反射材料。在一些实施例中，单件式环圈的堆叠是自支承的。在一些实施例中，单件式环圈的堆叠并不包括用以将相邻的单件式环圈固定在一起的焊件或紧固件。

根据另一方面，一种设备包括核反应堆堆芯、堆芯成形器以及堆芯支架，该核反应堆堆芯包括裂变材料，该堆芯成形器围绕该核反应堆堆芯并且包括一个或多个单件式环圈，其中每个单件式环圈包括中子反射材料，而该堆芯支架包含核反应堆堆芯和堆芯成形器。在一些实施例中，环形间隙形成在堆芯成形器和堆芯支架之间。在一些实施例中，环形间隙形成在堆芯成形器和堆芯支架之间，且堆芯成形器包括自支承的单件式环圈堆叠，其中每个单件式环圈包括中子反射材料。在一些实施例中，堆芯成形器的外表面包括轴向延伸的通道。在一些实施例中，堆芯成形器并不包括焊件，也不包括紧固件。

根据另一方面，一种方法包括：通过堆叠多个单件式环圈来构造堆芯成形器，其中，每个单件式环圈包括中子反射材料；以及通过将包括裂变材料的燃料组件设置在堆芯成形器内部而将核反应堆堆芯加载到堆芯成形器内部。在一些实施例中，该方法还包括：在构造和加载之后，操作核反应堆，该核反应堆包括设置在压力容器中的主冷却剂，该压力容器还包含所构造的堆芯成形器和所加载的核反应堆堆芯，以加热主冷却剂。在一些实施例中，该方法还包括锻造每个单件式环圈。在一些实施例中，该方法还包括铸造每个单件式环圈。在一些实施例中，该方法还包括辊压并焊接一个或多个板以形成每个单件式环圈。

附图说明

本发明可采用各种部件和部件的组合，以及各种工艺操作和工艺操作的组合。附图仅是为了示出较佳实施例的目的，而不应解释为限制本发明。