[发明专利]一种控制单元及含其的控制鼓和控制方法

说明书

本发明公开了一种控制单元及含其的控制鼓和控制方法，该控制单元包括第一反射体、第二反射体和中子毒化体，第一反射体的中心处设通孔，通孔用于使旋转轴通过，旋转轴与外部的传动机构连接，用于使控制单元转动；第二反射体和中子毒化体依次沿径向贴设于第一反射体的外表面，第二反射体和中子毒化体围合成侧面封闭的筒状结构，筒状结构同轴环设于第一反射体外侧；中子毒化体包括至少两种中子吸收强度不同的中子吸收体；中子吸收强度不同的中子吸收体依次沿第一反射体的外表面的径向分布。该控制单元可提高反应性控制能力，延长中子吸收体更换周期；含有该控制单元的控制鼓结构简单、可有效抑制卡鼓风险。

技术领域

本发明涉及一种控制单元及含其的控制鼓和控制方法。

背景技术

反应性控制设计的主要任务是采取各种切实有效的控制方式，在确保安全前提下，在反应堆启堆、运行、停堆和事故等各工况期间对反应性进行有效控制。常规核电厂最常用最直接的反应性控制方式是控制棒控制。

目前在一些小型化反应堆设计中，采用了控制鼓替代控制棒的反应性控制方式，例如俄罗斯的TOPAZ-II型反应堆和美国的SNAP-10A型反应堆等。具体设计方案是将多个控制鼓均匀地布置在堆芯活性区周围的径向反射层中。随着控制鼓的转动速度和角度不同，向堆芯引入不同的反应性，实现反应性控制和停堆功能。

在本领域常规设计中，控制鼓的每一个组件在结构上呈圆柱体，控制鼓鼓体由密封外套、反射层和中子吸收体组成，其中，反射层通常由中子能力较强的材料(如铍或氧化铍)制成，中子吸收体通常由碳化硼(B₄C)作为材料并在沿圆柱体表面圆周120°的范围内覆盖。每个控制鼓以各自的圆心为轴可分别在0°～180°范围内水平转动，进而实现向反应堆引入不同程度的反应性，转动控制鼓鼓体0°，使得中子吸收体面向反应堆，此时向反应堆引入的反应性最大。转动控制鼓鼓体180°，使得中子吸收体远离反应堆，此时向反应堆引入的反应性最小。该设计方案可有效节省轴向空间，且无轴向位移，有助于轴向功率的展平。但是也存在如下技术问题：1)控制鼓两侧的高温差容易引起卡鼓风险；2)为提高可引入的反应性份额，需要增加中子吸收体的厚度，导致控制鼓的径向尺寸过大；3)随着反应堆的运行，硼将逐渐被消耗掉，进而降低控制鼓的反应性控制能力，为此需定期更换控制鼓以维持必要的反应性控制功能。

CN112037937A公开了一种小型快中子反应堆栅格式控制鼓装置，通过栅格式控制鼓的吸收栅格与内反射层的反射栅格在完全重合状态及完全错开状态之间的转换来实现反应性控制，该方案有效降低了高温差引起的卡鼓风险，但是该方案采取的是整体转动，一旦转动装置失效，反应堆将失去反应性控制功能，会给反应堆的运行带来致命的威胁。

CN112002441A公开了一种具有固有安全特征的转动控制鼓，该控制鼓由反射层、支撑结构、燃料、热管和中子吸收体构成，通过将中子吸收体移入堆芯和移出、转动控制鼓中的燃料两种方式来实现反应性控制，该方案可部分抑制高温差引起的卡鼓风险，但是热管冷却装置增加了反应堆系统的复杂性，不利于反应堆的紧凑性。

因此，开发一种能提高反应性控制能力，延长中子吸收体更换周期，降低初始剩余反应性的同时延长反应堆的换料周期的控制单元以及开发一种结构简单、可有效抑制卡鼓风险的控制鼓具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中控制单元上中子吸收体的厚度增加幅度受限、反应性控制能力弱以及更换中子吸收体的周期短，控制鼓结构复杂等缺陷，提供了一种控制单元及含其的控制鼓和控制方法。本发明的控制单元可大幅提高反应性控制能力，延长中子吸收体更换周期，降低初始剩余反应性的同时延长反应堆的换料周期；本发明的控制鼓结构简单，可有效抑制高温差引起的卡鼓风险。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供一种控制单元，所述控制单元包括第一反射体、第二反射体和中子毒化体，所述第一反射体的中心处设通孔，所述通孔用于使旋转轴通过，所述旋转轴与外部的传动机构连接，用于使所述控制单元转动；