[发明专利]用于冷却剂量异常减少时的核反应堆无源触发型安全装置

说明书

本发明涉及一种用于核应堆的无源触发型安全装置，该装置由一个组件构成，所述组件包括：保护套(200)，有冷却剂纵向通过；活动单元(100)，沿纵向方向(3)平移上升到保护套(200)中，并且至少包括中子吸收段；该活动单元(100)包括相对中子吸收段纵向偏移的第一支承段(110)，保护套(200)包括第二支承段(210)。第一支承段和第二支承段(110，210)的形成如上所述，以及，当第一支承段和第二支承段(110，210)相向设置且纵向流过保护套(200)的冷却剂流量Q_f大于触发流量Q_触发时，冷却剂向活动单元(100)施加的力足以支承保护套(200)中的活动单元(100)并保持活动单元(100)在该支承力配置条件下的状态。

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域。更具体地，涉及一种在反应堆堆芯一回路冷却剂（又称载热剂）的流量异常减少时用于中断核反应堆内中子活动的无源触发型安全装置。

本发明特别适用于但不限于快中子反应堆领域，尤其是使用液态金属钠作为一回路冷却剂的快中子反应堆。

背景技术

在堆芯由冷却剂冷却的反应堆中，如液态金属钠冷却快中子反应堆（RNR-Na），反应性的控制一般是通过多个可以停止中子反应的安全装置实现的。同一个反应堆中配备的多个安全装置的冗余和技术差异应该能够使上述停止功能故障的可能性降到最低。

这些安全装置的工作原理一般是将吸收棒（又称为中子吸收棒）下落或插入到堆芯中，以实现停堆。通常，这些吸收棒被平移上升到反应堆中的保护套内。将由吸收棒和保护套构成的组件设置在装有裂变材料的组件的周围。这些吸收棒用于保护内部的吸收针束。

必须冷却这些吸收针。事实上，辐照会使吸收针的温度升高。尤其是，如果利用硼-10同位素（10B）来吸收中子，在构成吸收针的碳化硼材料（B4C）中会产生热功率。然而，为了确保吸收针构件的各种功能和/或机械强度，必须限制这些组件的温度。这就是必须冷却吸收针的原因。

迄今为止，钠冷却式快反应堆（RNR-Na）的主安全装置都是有源器件，从这种意义上来说，吸收棒插入堆芯这一动作是由外置电动控制装置或电信号的消失触发。为了下一代钠冷却式快反应堆（RNR-Na），拟开发无源型辅助安全装置，在主安全装置（有源型安全装置）故障时使用。这些无源型辅助安全装置必须能够在无检测装置或无操作人员的情况下使吸收棒下落到堆芯中。相反地，在发生触发装置敏感的物理现象（如一回路冷却剂流量异常减少或温度升高）时，必须能够直接触发吸收棒的下落动作。

本发明涉及后一种类型的安全装置。

为了确保在一回路冷却剂流量异常减少时能够通过无源方式触发吸收棒的下落动作，已经提出了多个技术方案。

应当指出，一回路是指其冷却剂直接将堆芯内释放的热量带出堆外的回路。一回路直接与装有裂变材料的组件接触。

第一个技术方案请参阅对比文件FR1362783。在所述技术方案中，建议通过冷却剂循环产生的流体和一根导向管来实现吸收棒的上升；在这种情况下，冷却剂将受到粘滞阻力。通过减少冷却剂流，能够使吸收棒落到导向管中；直到没有任何冷却剂流时，吸收棒就会被放置在其停堆位置。

实践证明，在上述“浮沉子式”技术方案中，我们无法精确地控制吸收棒的垂直位置，也无法防止吸收棒的不适当运动和相关反应性变化。

因此，所述技术方案不能确保在任何情况下都不会意外触发吸收棒的下落动作。

第二个技术方案请参阅对比文件RU2069019。在所述技术方案中，建议通过吸收棒中子吸收段的外表面和保护套内表面之间的配合，在堆芯上方设置一个吸收棒支承区域。

实践证明，在上述技术方案中，吸收针不能被流经组件的冷却剂充分冷却。如前所述，吸收针冷却不足可能会对其构件的各种功能和/或机械强度造成不利影响。