[其他]核反应堆用的改进的灰体棒

说明书

本发明一般涉及核反应堆，更具体地说，涉及一种插入核燃料组件的改进的灰体棒。

在压水反应堆的常规设计中，对反应堆堆芯的起动设计了剩余的反应性，使得在堆芯寿命期间反应性贫化时，仍然留下足够的反应性以在延长的时期内维持堆芯操作。然而，由于在堆芯寿命开始时在堆芯中设计了剩余的反应性，因此此时必须采取步骤适当地控制它。

在一个典型的核反应堆中，反应堆堆芯由许多个细长的燃料组件构成，每个燃料组件包括许多根细长的燃料元件或棒。液体冷却剂被通过堆芯泵向上部，以便从堆芯中提取热量而产生有用功。堆芯的热输出量通常利用各种不同类型的可以移动的棒来调节，比如控制棒、灰体棒和/或水置换棒。在压水反应堆中，每个燃料组件通常包括许多根导管或套管，上述各种棒可以在这些管中来回移动。

所有三种不同类型的棒具有近似相同的尺寸，但是由于制成棒的材料不同，三种棒用于稍许不同的目的。置换棒不管是空心的还是包含低中子吸收材料的，都用来置换反应堆冷却剂，从而控制反应堆慢化作用。含高中子吸收材料的控制棒主要由于吸收中子而起控制堆芯反应性的作用。灰体棒类似于置换棒，但利用一种中等中子吸收材料，如反应性能较高的不锈钢。它们控制堆芯反应性的作用既通过吸收中子-但其中子俘获截面比控制棒要小，也通过置换冷却剂。

灰体棒也被看作是一种精细调整的辅助控制棒。在欧洲专利申请第84308376.9号中，描述了一种此类的辅助控制棒，它由不锈钢材料制成的上管和下管构成，管子的内端部用中塞封闭，管子的外端部用端塞封闭。下管包含一叠堆实心氧化锆芯块，它们堆叠在下管的中塞和端塞之间，该叠堆芯块对下管提供径向的支承。上管是开孔的，允许冷却剂进入其内部，以使通过上管管壁的压力相等。

这类辅助控制棒性能合理良好，在它为之设计的操作条件范围内符合它的目的要求。但是，已经发现，实心氧化锆芯块内部达到300°至600°之间的高温，它能够形成径向的增长，产生有害的包壳应变。

本发明的主要目的是提供一种减轻此类有害作用的改进的灰体棒。

因此本发明属于一种插入包括一个燃料棒阵列的核燃料组件用的灰体棒，该灰体棒包括一个细长的管状件和芯块，管状件由中子俘获截面小的材料构成，其两端密封，芯块由非燃料物质制成，在管状件中首尾相接地堆叠，该灰体棒当它被插入燃料组件时，有一个位于燃料棒阵列内的管状件的第一纵向区段，和一个基本上位于燃料棒阵列之外的管状件的第二纵向区段，该灰体棒的特征在于，芯块叠堆被留在一个限制于上述第一纵向区段中的芯块接受空间内，而每一个芯块的形状是环形的，以便在芯块中心形成一个空心区，而其外径足以对上述第一纵向区段的邻接管壁部分提供径向支承，管状件的第二纵向区段形成一个空间，它没有芯块，而具有增强第二纵向区段对外部压力的径向抗塌陷能力的机构。

使用环形芯块代替实心芯块，将把有害的包壳应变的危险减到最小，因为环形芯块的内部温度往往会低得多，所以通常说来径向增长将会减到最小，每个环形芯块的内部空心区的存在将进一步产生好处，这种空心区将容纳可能存在的小的热膨胀中的大部分。而且，环形芯块的重量比实心芯块小，减小了灰体棒的质量，这一点对于灰体棒的使用操作是有利的。

在本发明的一种最佳实施方案中，一个螺旋弹簧被用来使环形芯块叠堆保持在管状件第一纵向区段的芯块接受空间内。该螺旋弹簧在第二纵向区段的空间内保持部分的压缩状态，其纵向伸展的长度大体上充满空间的全长。此外，螺旋弹簧的外径足以径向地支承第二纵向区段的管壁抵抗外部压力造成的塌陷。因此，螺旋弹簧起双重的目的，它使芯块叠堆保持在芯块接受空间的，此外它又增强了第二纵向区段的径向抗塌陷能力。因为使芯块叠堆保持在合适位置上并维持其整体性的螺旋弹簧是有弹性的，所以允许芯块有某些轴向膨胀而不产生应变。环形芯块最好由锆合金材料制成，这种大家熟知的锆合金不会粉化。在最佳实施方案中，包括上述第一和第二纵向区段的管状件是单独一件整体构件，这改善了灰体槽的准直性和平直度。

现在作为例子参考附图来描述本发明的最佳实施方案和一种替代的实施方案，附图中：

图1是反应堆堆芯的局部视图，它正面描绘一个燃料组件，一个横切燃料组件顶部延伸的上部堆芯支承板，和一个十字头组件支承的灰体棒，堆芯板被表示成截面，部分断开，燃料组件被图示成垂直缩短形式和部分断开，以露出一个体现本发明的灰体棒;

图2是十字头组件的放大顶视图;

图3是沿图2的3-3线截取的十字头组件的截面图;

图4是代表本发明最佳实施方案的灰体棒的放大而垂直缩短的部分截面图;