[发明专利]一种具有非均匀反射层的非均匀控制棒

说明书

本发明公开了一种具有非均匀反射层的非均匀控制棒，包括：内层柱体，其上端和下端分别设置有多个反射层Ⅰ，内层柱体上端的反射层Ⅰ与下端的反射层Ⅰ之间设置有间隔分布的中子吸收体Ⅰ和非中子吸收体Ⅰ；外层圆环柱体，其滑动设置在内层柱体的外部，外层圆环柱体的结构包括：反射层Ⅱ，其分别设置在外层圆环柱体的上端和下端，外层圆环柱体上端的反射层Ⅱ与下端的反射层Ⅱ之间设置有间隔分布的中子吸收体Ⅱ和非中子吸收体Ⅱ；中子吸收体Ⅱ的外侧设置有反射层Ⅲ，外层圆环柱体中部的中子吸收体Ⅱ外侧未设置反射层Ⅲ。本发明通过在非均匀控制棒中增加非均匀分布的中子反射层实现了堆芯轴向的中子补偿作用，改善了堆芯轴向功率分布。

技术领域

本发明属于核电站安全与控制机械技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有非均匀反射层的非均匀控制棒。

背景技术

提高压水堆轴向功率偏差的控制性能对压水堆运行的经济学和安全性具有重要意义。中子泄漏对轴向功率偏差控制有很大影响，减小轴向中子泄漏可以提高轴向功率偏差控制性能。

在现有的压水堆功率控制棒系统中，中子泄漏加剧了轴向功率畸变。先进的反应堆使用中子补偿来减少轴向中子泄漏。主要有：①改变堆芯轴向中子产生能力，以补偿轴向中子泄漏，新燃料棒通过在轴向层中布置不同的裂变物质富集，改变堆芯轴向中子产生能力。在堆芯中部，燃料棒的富集很小，产生中子的能力很弱。燃料棒靠近上下底部的富集量大。产生中子的能力强，可以补偿堆芯上、下底面的中子泄漏。当控制功率水平时，棒位的变化会改变堆芯的初始轴向功率分布，导致轴向不均匀燃烧(燃耗可视为燃料棒裂变物质富集程度降低的过程)。这会改变初始设计中燃料棒裂变材料的轴向富集分布，削弱了中子泄漏补偿能力。②提高堆芯底部和顶部的中子泄漏补偿能力，第四代先进反应堆IRIS通过在堆芯上、下端增加中子反射层，防止中子泄漏。压水堆冷却剂从堆芯下部进出，这给轴向中子层的布置带来了挑战。同时，控制棒位置变化引起的轴向功率畸变峰值仍然存在，削弱了补偿中子泄漏的能力。因此，通过改变燃料棒的轴向富集度和增加轴向中子反射器的方式实现中子补偿以改善轴向功率分布的作用有限，降低了轴向功率偏差控制性能。

基于解耦控制思想的非均匀控制棒具有独立的轴向功率偏差和功率水平控制功能，构成的功率控制系统控制策略简单。N＝8的AB型非均匀控制棒轴向截面结构如图6和图7所示。图中：H是堆芯的高度，h是吸收体的长度(h＝H/2N)，Δh是控制棒棒位(0≤△h≤h)，R是控制棒外径，r是内层柱体的直径。

压水堆功率控制系统采用非均匀控制棒控制堆芯功率时，由于其轴向上由2N+1(N为大于等于1的自然数)个等长、交错排列的中子吸收体和非中子吸收体在整个堆芯高度吸收中子的能力一致，不具有阻挡堆芯轴向的种植泄漏作用。为达到中子补偿作用，一种能够展平轴向功率分布的梭型非均匀控制棒被提出了，它是通过改变非均匀控制棒外层圆环柱体的中子吸收体的厚度，以改变外层吸收体在堆芯轴向上的吸收能力。非均匀控制棒外层圆环柱体的中子吸收体，在堆芯中部时的厚度最大，吸收中子能力最强。在堆芯的上、下底面时厚度最小，吸收中子能力最弱。这样就起到轴向的中子补偿作用，从而达到展平堆芯轴向功率分布的功能。由于控制棒的外径尺寸小，会限制外层圆环柱体的中子吸收体等厚度改变的范围，大大限制了非均匀控制棒的中子补偿作用。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有非均匀反射层的非均匀控制棒，包括：

内层柱体，其上端和下端分别设置有多个反射层Ⅰ，所述内层柱体上端的反射层Ⅰ与下端的反射层Ⅰ之间设置有间隔分布的中子吸收体Ⅰ和非中子吸收体Ⅰ；

外层圆环柱体，其滑动设置在所述内层柱体的外部，所述外层圆环柱体的结构包括：