[其他]用于核反应堆的可溶性可燃吸收棒

说明书

本发明一般与核反应堆有关，更确切地说是与一种核反应堆中使用的可溶性可燃吸收棒有关。

在一种典型的核反应堆中，反应堆堆芯包含有：许多燃料组件，每组燃料组件由上、下管座，许多根细长的、延伸在上、下管座之间、在横向彼此隔开的导向套管，以及许多个沿导向管套的轴向彼此隔开的横向格架组成。每组燃料组件还包括许多根细长的燃料元件或燃料芯棒，它们与导向管套在横向上也彼此隔开，并由上、下管座之间的格架支承。燃料棒含有裂变材料，它们以一定阵列组合在一起，这是为了能在堆芯中提供足够的中子通量以保证高的核裂变率，从而以热的形式释放出大量的能量。为了提取一些堆芯中产生的热量用来产生有用功，则由下向上往堆芯内泵入液体冷却剂。

由于反应堆堆芯中的产生速率与核裂变速率成正比，而核裂变速率又由堆芯中的中子通量决定，因此通过改变中子通量来实现对反应堆起动阶段运行期间和停堆时生成的热量的控制。概括地讲这是通过含中子吸收材料的控制棒吸收过剩中子来实现的。导向管套除了作为燃料组件的结构元件外，还为将中子吸收控制棒插进反应堆芯提供了通道。因此，中子通量水平（强度）和堆芯的热量输出通常用把控制棒插进和拔出导向管套的方法来调节。

按常规作法，在反应堆起动时，予定有过量的中子通量进入到反应堆堆芯内，这样，当该中子通量在堆芯的整个寿期内被消耗时，仍然有足够的反应性来维持堆芯在一个长周期内运行。鉴于这种作法，在某些反应堆的应用中，在一些燃料组件的导向管套中插进可燃毒物棒以便帮助其他燃料组件的导向管套中的控制棒在其整个使用寿期内能使堆芯内的中子通量或反应性保持比较恒定。与控制棒类似，可燃毒物棒也含有中子吸收材料。可燃毒物棒与控制棒的区别主要在于：它在堆芯内使用期间，在导向管套中的位置是固定不变的。

在美国专利说明书第3，510，398号中阐述了在一个核反应堆中使用位置固定的可燃毒物获得的全部优点。至此，装有可燃毒物并规定其在反应堆堆芯内固定布置的棒已经是“固定”型的棒了。把一根棒称作固定型的棒意思是指在此棒任意轴向高度上，可燃毒物的吸收体含量是由该棒制造过程中材料的初始装载所确定的。

上述美国专利中的可燃毒物棒代表了固定型棒的特征。固定型吸收棒的主要缺点在于：并不是棒中的全部中子吸收剂都能全部烧掉或均匀损耗的。固定型吸收棒的轴向损耗曲线的形状近似地与整个堆芯寿期中平均轴向中子通量分布曲线相同。然而，由于中子通量的平均轴向分布与反应堆堆芯内整个堆芯运行寿期出现的一些中子通量峰值之间缺少对应，因此在固定型可燃毒物的某些轴向位置上，毒物材料的消耗比其他位置上要快得多。这就导致了在其他位置上吸收体的不完全损耗，所以在寿期结束时有相当多的过剩的吸收体浪费掉了。

因此，对可燃毒物棒的设计来说，需要改进燃料循环价格，在制造成本和堆芯周期长短上都要胜过固定型设计。本发明的基本目的就是满足这一需要。

相应地，本发明提供了一种可溶性可燃毒物或中子吸收棒不管在制造时还是制造后的任何时候，材料的吸收体含量在棒的任意轴向位置上都不固定。这种吸收体材料可以循环，因此，比平均值消耗快的轴向区（由于中子通量峰值）能得到来自其他低损耗率的轴向区吸收材料的补充。本发明的基本点是认识到：简单地用提供流动状态的而不用固定形吸收材料的方法，就会在毒物棒内产生循环是由于通常在沿着棒高度方向上存在的热梯度引起的。不需要外部驱动源。因此，当毒物棒消耗时其整个高度范围内吸收体含量就易于保持为一恒定值，而不会在某一局部高度上燃耗得快些。在制造吸收棒时是按峰值中子通量位置计算所需要的吸收材料量，因此固定型吸收棒需要的吸收材料比起实施本发明的循环型棒要多。同采用固定吸收型棒在堆芯循环结束时出现的相当多的剩余吸收体浪费的情况相比，按本发明的循环型棒，在其整个长度上均能完全耗尽，这样用它时救不会有显著的剩余吸收体浪费。总之，同众所周知的固定型吸收棒相比，循环型吸收棒加深了燃耗，因而也延长了循环周期。此外，其造价也会较低。

那么，概括地讲，本发明属于一种改进的可燃吸收棒，它是一根细长的其两端封闭的空心管状件组成，其内装有液体状中子吸收剂。这种可燃吸收棒还包括：设置在管件一端的一个氢化物阱机构，以及设置在管件另一端的一个吸氢器机构，氢化物阱和吸氢器机构都与装有液体吸收材料的管状件的内部空间相通。