[发明专利]触发与插入设备及系统、核燃料组件、核反应堆

说明书

本发明涉及触发与插入设备及包括该设备的系统，该系统用于触发和将中子吸收剂和/或缓和剂插入到核反应堆的裂变区域中，该系统被安装在其中流动有冷却剂的核燃料组件中，系统包括设有用于将吸收剂(2)固定在未插入位置的保持装置(11)的容器(10)，该保持装置包括形成了用于待插入的组件(2)的端部构件(2.1)的座的至少三个挠性构件(20)，组件布置在挠性构件(20)之间，在冷却剂的温度处于触发温度之下时，锁定表面(31)防止端部构件自身从保持座脱离，在解锁定之后，通过挠性构件(20)的变形来释放端部构件(2.1)，变形由待插入的组件的质量所施加的力产生。本发明还涉及核燃料组件、核反应堆及钠冷快中子核反应堆。

技术领域

本发明涉及一种用于触发和插入至少一个待插入的构件的自主的设备。如果发生普遍的堆芯熔化，该待插入的构件可以仅为吸收剂和/或缓和剂。缓和剂是指能够与构成组件的核燃料棒的包层的材料形成低熔点的共熔混合物的材料，并且这避免了形成将会妨碍核反应堆的堆芯中熔化的堆芯或堆芯熔体吸收剂和/或缓和剂的排空的堵塞物。

背景技术

自发的触发与插入设备尤其用于钠冷快中子反应堆(被称为SFR，sodium-cooledfast neutron reactor)和包括这种设备的核燃料组件中。

为了调控核反应堆的堆芯的活性以及限制反应堆的功能异常的影响，将该设备设置为将包括中子吸收剂材料的构件插入该反应堆中。在常规的运行中，这些构件可能是悬吊在堆芯上方的控制棒的形式。当探测到有必要降低反应堆的反应性时，将吸收剂构件插入到裂变区域中。

例如，反应堆的功能异常可能在于反应堆冷却回路中(例如在主回路中)的问题，在钠冷反应堆的情况下，泵停机减慢了液态钠的循环。这可能失去冷源，即，由主回路吸收的卡路里不再被正确地转移。

缺乏抗反应性的插入件时，这些功能异常则可能导致反应堆的堆芯的温度升高，这可能导致一个或多个组件熔化，或甚至导致堆芯的普遍熔化，这可能导致丧失反应堆的完整性。

通过将吸收剂构件插入到堆芯中，目的在于抑制中子反应以及在于使得反应堆的堆芯稳定在一定的温度，该温度适合于对所考虑的功能异常可接受的标准。

此外，为了确保在反应堆控制方面的最大的安全性，设置若干冗余的、多样化的和独立的停堆系统，以抵消普通模式的缺陷。

直至现今仍在SFR中应用的停堆系统(该停堆系统可被认为是传统的)从由外部电子指令或电信号丢失来触发将吸收剂构件插入的意义上来讲，是基于有源设备的。

对下一代SFR而言，设想如果发生传统的停堆系统失效，则增加新的停堆系统；因此，该“紧急”停堆系统的设备不可以在传统的停堆系统之前被触发。在装备多样化的逻辑下，并且为了摆脱仪器电路链与指令以及逻辑链的失效，设想从由物理现象而不是通过电子指令来直接触发将吸收剂构件插入的意义上来讲应用被动式的设备。例如能够想象对流率变化或对温度升高敏感的触发装置。已经对这些被动式的设备进行了大量的研究，但是如之前所说明的，该被动式的设备从未被应用于反应堆中。

文件US5051229描述了一种用于对待插入的组件进行触发和插入的被动式的设备。该设备包括填充有钠并且一端悬吊的波纹管，该钠随着反应堆之内的温度膨胀。将构件联接以插入的装置具有杯形状，该杯形状包括圆形的底部和两个侧壁，这两个侧壁在无变形的状态下是向外倾斜的，以使得侧壁的自由端部在该位置处支撑悬吊的构件。钠的膨胀引起波纹管的伸长。当反应堆之内的温度超过给定的温度时，波纹管的自由端部在小的杯状部的圆形底部上施加压力，这使得侧壁靠近到一起，去除了对待插入的组件进行的支撑，该组件由于重力而掉落。

该触发设备包括一种组件，该组件具有小的能够相对于彼此进行移动的自由部件，这需要对数个区域实行显著的间隙，以避免在反应堆的运行中尤其由于摩擦风险、腐蚀、存在杂质、扩散焊接而造成的卡住，以及以保证上述自由部件的相对移动。这些间隙的存在不利于设备的触发精度。

此外，该设备要求能够保证波纹管随时间的可靠性。