[其他]组合式径向中子反射层

说明书

本发明论述了核反应堆的中子反射层，比较详细地论述了插在反应堆堆芯不规则周边与反应堆压力容器的园柱形内表面之间的组合部件，这些部件是用来将中子反射回到外围燃料组件，从而相对于里面的燃料组件提高了外围燃料组件的功率输出。

在核反应堆中进行的裂变反应产生出热量並释放出中子，这些中子在核燃料中又产生另外的裂变反应。裂变材料在反应堆中密集放置，使得具有足够的中子通量密度来维持持续的裂变过程。在商用反应堆中，裂变材料芯块封装在锆合金棒中，这些棒安装在通常具有方形截面的组合式的细长燃料组件中。将很多这种方形的细长燃料组件集聚在一起形成一个大体上是园柱形的反应堆堆芯，堆芯放置在处于水平的上、下不锈钢堆芯板之间的园柱形不锈钢堆芯吊篮筒体内。这整个装置又安装在具有半球形上下端盖的压力容器内。反应堆冷却剂通过入口接管输入压力容器，在堆芯吊篮和压力容器之间的环状空间向下流动，接着反过方向，通过下部堆芯板上的开孔向上流动，流过燃料组件，在那里由于裂变反应而被加热，然后通过出口接管沿径向流出压力容器。反应堆冷却剂从堆芯吸取的热被用来发电，从而降低了反应堆冷却剂的温度，然后这些冷却剂再循环流过反应堆。

因为燃料组件的截面是方形的，所以在堆芯周边和堆芯吊篮筒体之间存在着不规则的空间。为了把向上流动的冷却剂限制在燃料组件的范围内，通常的做法是沿着燃料组件的外表面放置纵向延伸的围板，利用用螺栓连接在纵向围板和堆芯吊篮上的水平的、形状不规则的成形板将这些围板固定就位。成形板上的开孔允许有限的冷却剂流入纵向围板和堆芯吊篮之间的环状空间中以冷却围板部件並使纵向围板两侧的压力均衡。

虽然纵向围板的原先用途是引导反应堆冷却剂流过燃料组件，但是已经认识到，它们在某种程度上也将中子反射回到外围的燃料组件去。然而，由于这些板比较薄，从堆芯径向逸出的大部分中子迁移到板之间的大量的水中，这些水吸收或慢化中子，只有极少的被反射回去。

其后，在1984年2月3日申请的得到普遍承认的申请编号为NO.576，655的美国专利中认为，将堆芯和堆芯吊篮筒体之间的空间中的水用基本不含氢的材料来置换，可产生更有效的径向中子反射。它具体地建议，这个空间可以充填纵向堆叠的大致呈环状的不锈钢板，利用反应堆冷却剂流过一些间距较大的纵向孔来进行冷却;或者充填许多排列在堆芯周围的细长金属盒，这些盒内可以包含具有纵向冷却孔的氧化锆块或不锈钢块，也可以包含许多在某些高度上用水平板支撑的棒。这些棒或是实心不锈钢，或是封装在锆合金中的氧化锆园片。在采用棒的情况下，可用纵向切开的锆合金园棒来充填沿盒边缘的空间，完全园的棒在这些地方是不适用的。

有几个与径向中子反射层相关的问题。基本的目标是要使反射材料的质量达到最大。但是在反应堆的这个区域中存在大量的热，必需提供冷却以控制热膨胀和保护材料。对不锈钢反射层的核计算指出，如果堆芯邻近的区域有90%到92%的不锈钢和8%到10%的水这样的体积比，则燃料成本有相当大的减少（对于先进压水堆为2.7%）。在中子反射层的设计中还必须考虑辐照蠕变和对反应堆堆内构件提供地震扰动保护的需要。这一问题还混杂着辐射加热中径向梯度大的问题，在燃料组件邻近的板中的核发热可能是与堆芯吊篮筒体交界处的20倍。这种核发热的不均匀分布和堆芯与堆芯吊篮筒体之间不规则空间相组合。就可能产生较大的内部热应力和可能产生会对燃料组件产生不利影响的几何变形。如果在中子反射层的结构中采用整体材料，那么为了冷却的目的，要设置分布排列的小孔，这是十分费钱的。另一方面，如果为了获得所要求的中子反射特性，将棒足够紧密地集聚在一起，那么很难设计出一种方法来支撑它们而同时仍能为热膨胀和辐照蠕变提供所要求的间隙。反射层组件也应该使燃料组件内的冷却剂流和反射层中的冷却剂流之间的压差减至最小。

于是，发明的主要目的是要提供一种径向的中子反射层结构，这种反射层结构满足为达到有效的中子反射所必需的钢体积比以及满足水力和机械要求，並且其形式可使热应力和热变形减至最小。