[其他]具有带密封内腔的空心环状支承芯块的改进水置换棒

说明书

本发明概括地论述了核反应堆，比较详细地论述了核反应堆的一种改进的水置換棒。

在压水反应堆堆芯的设计中，使堆芯在起动时具有一定的过剩反应性以延长堆芯的使用寿命，这是大家都知道的通常作法。当然，对这种过剩反应性必须进行适当的控制，一种大家知道的控制方法是产生初始的谱移，其作用是增加中子谱的超热部分（低反应性）而牺牲热的部分（高反应性），结果是产生较少的热中子和减少裂变。然后，在持续的反应堆运行期间，当裂变减少时，则产生反向的谱移，牺牲中子谱的超热部分而返回到热的部分。

这种控制方法主要是通过使用慢化剂置換棒来实现的。正如其名称所示，这些棒起初被放在堆芯内以置換堆芯内的某些慢化剂水，从而降低了反应性。然后在燃料循环期间的某个时刻，当反应性耗尽时，从堆芯中除去与这些棒有关的慢化剂置換，使得堆芯内的慢化剂量增加，从而也增加了堆芯内的反应性量。

在美国专利4，432，934中透露了一些水置換棒的结构。其中一种水置換棒包含一根由不锈钢制成的上部管和一根由锆-4制成的下部管，这两根管子通过一个以实心锆-4棒形式的中间延伸部分相互连接起来。上部管在其上端用端塞密封，该端塞可以用螺纹连接到一个星形架上。下部管在其下端用端塞密封，该端塞可以是锥体形的，以有助于将棒插入到反应堆的一个燃料组件内的导向管中去。在这种置換棒的一种结构中，下部管是薄壁的，它包含有一叠环状芯块，从底端塞一直延伸到中间棒延伸部分，它为管子提供了结构支撑以防止管子在反应堆工作压力下塌缩。在可供比较的方案中，芯块可以是实心的而不是空心结构。作为另一种可供选择的结构，下部管可以是厚壁的，并用隋性气体加压，以防棒在反应堆压力下塌缩。在又一种结构中，置換棒包含有一个弹簧来代替叠放的芯块。不管怎样，置換棒都做成一种中子吸收能力较低的棒，当它插入到燃料组件中去时可以置換反应堆冷却剂-慢化剂。

虽然这些普通的水置換棒在它们予定的工作条件的特定范围内工作得很好，但是仍有必要改进置換棒的设计，以便即使燃料组件处在各种轻微变形的结构状态下也能发挥它们的效用。

本发明的主要目的是要提供一种予定来满足这种需要的改进的水置換棒，因此本发明归结于一种水置換棒，这种棒包括一个细长，空心和密封的管状部件，和许多首尾相连地叠放在管状部件中的芯块。至少大部分上述芯块都具有大体为园柱形的壳体，它是空心的并形成了一个内腔，每个芯块的内腔是封闭的并与这一叠中相邻芯块的内腔是隔开的。

逐渐导致本发明的改进的水置換棒的设计活动揭示了某些重要的考虑事项。首先，棒应该具有足够的柔性，使之甚至在轴向有点变形（例如曲或弯曲）的燃料组件中也能轴向运动。其次，应将为了从棒中排出热量而需要的慢化中子的冷却剂流量保持到最小。第三，为了更精确地计算堆芯中的核峰值因数，在任何棒中没有冷却剂的假定必须是可能做到的。

上述三个考虑构成了本发明的水置換棒的基础，并已为本发明的水置換棒满意地实现了。正如将在下文说明的，提供棒的适当柔性和抗塌缩性的问题，将为了避免棒过热而增加冷却剂流量的需要减至最小的问题，以及使邻近燃料棒中核峰值减至最小的问题全都得到满意地解决。

首先，可以通过减小棒的惯性矩来提高棒的柔性，使棒的惯量减至最小的最初实可行的方法是在棒中采用薄壁包壳或薄壁管。采用薄壁管又要求在其中设置某些装置在防止管子由于外部压力而产生塌缩。在管内的芯块叠将增加管子的强度而不会对其柔性产生有害的影响，而采用另一个内部薄壁管将提高外管的抗塌缩性但降低了它的柔性。

其次，为了从棒中排出热量和防止由于γ加热引起的表面沸腾，需要一定的冷却剂流量;为了使这部分冷却剂流量减至最小，必须使为满足第一项考虑（柔性和抗塌缩性）而选出的芯块的质量减至最小。采用空心或环状芯块是使芯块质量减至最小而又不会损害管子的柔性和抗塌缩性的切实可行的办法。

第三，如不采取某些附加措施，采用薄壁管会增加包壳损坏从而使冷却剂进入置換棒中去的概率。采用空心环状芯块，进一步使问题复杂化，因为空心环状芯块使得冷却剂可以流到棒中所有空的空间，从而显著地增加了峰值因数。

本发明将每个芯块单个进行密封，构成了中心空腔或内部空腔，基本上使得管内所有空的空间即使在置換棒中薄壁管损坏的情况下也不能进入冷却剂。此外，在具有内腔的芯块中用来密封芯块的端腹板在置換棒轴向相隔的一定间距的一些位置上提供了径向支撑，从而增加了棒的抗塌缩性，而又不会对其柔性产生有害的影响或显著地增加其整个质量。

现在参阅附图来说明所推荐的本发明的具体装置，这仅作为例子，其中：