[发明专利]非贯穿式散裂靶与反应堆耦合系统

说明书

技术领域

本发明涉及加速器驱动次临界系统，尤其涉及一种非贯穿式散裂靶与反应堆耦合系统。

背景技术

核电作为一种清洁、高效、优质的能源，是解决温室气体排放等环境问题的优先选择，然而核能的长期持续发展必须实现核废料的安全处置。ADS系统以其优良的中子特性和固有安全性，成为嬗变放射性核废料的最有潜力的技术途径。世界主要核工业国家均制定了ADS中长期发展计划。

加速器驱动次临界系统(ADS)由质子加速器、重金属散裂靶与次临界反应堆三大系统组成。首先，利用加速器产生的质子束流轰击重金属原子核引起散裂反应；然后以散裂反应过程中产生大量的外源中子维持反应堆内的核嬗变反应以及链式裂变反应。

与传统的核能系统不同，三大系统之间的耦合是ADS面临的新挑战。散裂靶与反应堆的耦合存在结构上的存在诸多限制。堆靶耦合为达到较高的反应堆中子经济性，要求散裂靶的设计尽可能的紧凑。因此，散裂靶内小体积内高密度沉积核热的排出成为最具挑战性的问题。

液态重金属有窗靶以其良好的工程技术可达性，是现阶段散裂靶的主要设计形式。液态金属有窗靶的球形靶窗，靶窗底部中心位置产生滞流点，极易导致靶窗温度过高产生结构破坏。目前的方案主要采用扰动的方式对靶窗的换热进行加强。但是扰动的方案，流动不稳定，产生的不均匀流场增加结构的流致振动，同时导致结构冷却不均匀，在结构壁面内产生较高的热应力。

在临界快堆中，反应堆堆芯由六边形组件构成蜂窝状。组件与组件之间上部通过凸台互相紧靠，由堆芯围筒从外围限制组件顶部的振动和位移。在ADS中，反应堆堆芯须抽出2～3圈组件的位置，提供给散裂靶安装。因此，堆芯最靠散裂靶的组件，相邻的空组件位不能提供径向的支撑。在运行过程中，最内层组件会产生振动，破坏组件结构，造成反应性变化，影响反应堆安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构合理紧凑、能够加强靶窗换热的非贯穿式散裂靶与反应堆耦合系统，保证反应堆结构安全，防止放射性边界破坏。

本发明的目的还在于提供一种结构合理紧凑、能够限制堆芯组件运行中的振动的非贯穿式散裂靶与反应堆耦合系统，保证反应堆结构安全，防止放射性边界破坏。

为此，本发明一方面提供了一种非贯穿式散裂靶与反应堆耦合系统，包括质子束管、靶件外管、堆芯、容器、顶盖和堆内构件，所述容器与所述顶盖二者共同构成反应堆主要放射性边界，用于将所述质子束管、所述靶件外管、所述堆芯和堆内构件包容在内；所述质子束管同轴安装在所述靶件外管内，作为整体同轴吊装于所述顶盖的中心并且向下穿过所述堆芯，所述靶件外管的底部具有插入堆内构件的栅板联箱内的管脚，所述栅板联箱提供的冷却剂经过所述管脚分区冷却以加强所述质子束管换热。

进一步地，上述管脚对进入所述散裂靶的冷却剂提供分区，中心为高冷却剂流速区，外周为低冷却剂流速区。

进一步地，上述管脚伸入所述靶件外管的圆柱管道，所述管道的管口用于形成高冷却剂流速区，所述管脚的侧壁上开设有孔，用于形成低冷却剂流速区。

进一步地，上述靶件外管的主体部分由通过变径部位连接的入口管和出口管组成。

进一步地，上述质子束管为带有靶窗的圆柱形管道，所述靶窗为薄壁结构的球形封头，所述靶窗由所述靶件外管的变径部位提供径向约束。

进一步地，上述堆内构件为阶梯筒状，堆内构件吊装于容器的法兰上沿。

进一步地，上述靶件外管的外壁面设置有堆芯支撑结构，用于向所述堆芯提供径向支撑。

进一步地，上述堆芯支撑结构位于所述堆芯活性区以上的位置，所述堆芯支撑结构贴合所述堆芯中心空出的部分组件的轮廓，与所述组件凸台同一水平位置，向所述堆芯提供径向支撑。

进一步地，上述堆芯支撑结构包括幅板和肋板，其中，所述幅板用于贴合堆芯中心空出组件部分的外形，所述的肋板用于支撑所述幅板，以防止所述幅板的变形。

根据本发明的另一方面，提供了一种非贯穿式散裂靶与反应堆耦合系统，包括质子束管、靶件外管、堆芯、容器、顶盖和堆内构件，所述容器与所述顶盖二者共同构成反应堆主要放射性边界，用于将所述质子束管、所述靶件外管、所述堆芯和堆内构件包容在内；所述质子束管同轴安装在所述靶件外管内，作为整体同轴吊装于所述顶盖的中心并且向下穿过所述堆芯，所述靶件外管的底部具有插入堆内构件的栅板联箱内的管脚，其中，所述栅板联箱用于向所述管脚提供冷却剂；靶件外管的外壁面设置有堆芯支撑结构，用于向所述堆芯提供径向支撑。