[发明专利]核能发电设备的绝对安全控制系统

说明书

本发明公开一种核能发电设备的绝对安全控制系统，使用包括但不限于重力、压缩介质推动及/或电磁力等的预力能量，当核能发电设备失去电力时，不用电力就很快把核子反应停止。此安全控制系统包括多个控制棒及调制器，其中每一个该控制棒对应于核能发电设备中的反应炉的相邻核燃料棒之间，而该调制器对应于多个核燃料棒中的侧边位置。当工作电力异常时，以预力能量驱动各个控制棒插入反应炉中相邻的该核燃料棒之间，及/或将各个调制器移动离开核燃料棒的侧边位置。通过该安全控制系统迅速停止核反应，使核能发电设备于电力异常时确保反应炉的安全。

技术领域

本发明关于一种核能发电设备的绝对安全控制系统，特别是指一种在核能发电设备的电力异常时，以重力、压缩介质推动或磁力的一驱动多个控制棒插入至反应炉中的核燃料棒之间，及/或同时驱动调制器移动离开核燃料棒的安全控制系统。

背景技术

查核能发电设备主要是利用核子分裂产生的能量所造成的热蒸气，透过发电机运转发电。例如，以压水式反应炉为例，核子连锁反应产生的热量被加压到约160个大气压力，经炉心连结到蒸汽产生器，再经由热交换后变成约50个大气压力的水蒸汽(二次冷却水)，透过汽涡轮室带动发电机发电。

反应炉的事故会造成巨大的灾难，因此必须为可能发生的事故设置种种的安全保护设备。例如对丧失冷却水有紧急炉心冷却装置，以及如果反应炉容器或冷却水管路遭到破坏或损坏时，能够防止辐射物质大量泄漏到厂外的围阻体。

为了确保反应炉运作的安全，一般会配置控制棒(Control Rods)。控制棒的功能为调控反应炉中的自由中子数量，当控制棒置于反应炉心时，核分裂所产生的自由中子被控制棒所吸收，使自由中子浓度下降进而减缓连锁反应速率(反之亦然)。控制棒材料选择方面，需有良好的中子俘获截面的特性，例如银、铟、镉、硼...等。这些元素(化合物或合金)吸收不同能量的自由中子，所以控制棒材料选择须考虑到反应炉中子辐射能量分布。

反应炉中一般还会配置调制器(Nuclear Moderators)。由于连锁反应机率与自由中子动能呈负相关，在核分裂过程中产生的自由中子动能约为2MeV，然而在慢中子反应炉中，高速中子无法使连锁反应持续进行，故须加入调制器使自由中子动能降低，进而增加中子与燃料棒中原子核的碰撞机率。调制器运作原理是利用弹性碰撞，使高速移动自由中子动能转移至其他原子(分子)达到减速效果。调制器材料选择方面包含石墨、轻水、重水。另外在快中子反应炉设计里，燃料棒使用高浓度铀来增加自由中子与原子核碰撞机率，因此不需要调制器进行中子减速。

虽然在现有技术中，针对核能发电设备设计出各种不同的安全检测及应变系统，但是设备本身的故障、管路损坏、天灾、人为操作过程的误失...等各种因素，仍无法保证万无一失。因此，在为核能发电设备设计安全系统时，需要假设最恶劣的状况随时会发生。

发明内容

鉴于习知技术的缺失，本发明的一目的即是提供一种核能发电设备的绝对安全控制系统，以期只要简易的控制机构设计，即可达到良好的安全控制效果。

本发明为达到上述目的，本发明的绝对安全控制系统包括多个控制棒及调制器，其中每一个该控制棒对应于核能发电设备中的反应炉的相邻核燃料棒之间，而该调制器对应于多个核燃料棒中的侧边位置。当工作电力异常时，以预力能量及控制棒连动机构驱动各个控制棒插入反应炉中相邻的该核燃料棒之间，由该控制棒吸收该反应炉中的慢中子或者有效中子，及/或同时将各个调制器移动离开核燃料棒的侧边位置，以降低该反应炉中的该慢中子或者有效中子数量。通过该安全控制系统迅速停止核反应，使核能发电设备于电力异常时确保反应炉的安全。

其中，安全控制系统更包括一调制器连动机构、一调制器预力装置。当工作电力正常时，该调制器连动机构受该调制器预力装置所施加的该第二预力而使该多个调制器分别定位在该多个核燃料棒的侧边位置；当工作电力异常时，该调制器预力装置释放该第二预力，由该调制器连动机构带动该多个调制器移动离开该核燃料棒。