[其他]用于核反应堆燃料组件的谱移装置和方法

说明书

本发明一般涉及核反应堆，更具体些，是有关在核燃料组件上为增加反应性而进行谱移的装置和方法。

为了延长堆芯寿期，常规的做法是在设计时，在压水堆（PWR）堆芯内设置一定量的初始过剩反应性。在堆芯寿期开始的阶段，堆芯内设计有过剩反应性，对此当然必须正确地进行控制。其中的一种技术是要产生一个初始的谱移，牺牲掉一部分热中子（反应性高）谱，而使超热中子（反应性低）谱的份额增大。其结果是产生的热中子少了，裂变也因而减少。然后，由于在漫长的反应堆运行期间裂变本能地在减少，一个由中子谱的超热中子部分回到热中子谱部分的逆向移动得到实现。这种控制技术主要在于使用一些置换棒，它们被放入初始堆芯内来置换一部分堆芯内的慢化剂水，并以此来降低堆芯的反应性。然后，由于反应性被消耗掉，在堆芯循环周期内的某个时刻，就要把这些棒中的慢化剂置换物从堆芯移出，以便增加慢化剂量，并相应地增加堆芯的反应性水平。

排除慢化剂置换物的一种方法是采用一种机构，例如美国专利NO.第，432，934说明书中所描述的那一种，在指定的时间将水置换棒撤出。

另一种企图排除置换物的方法是采用一些置换棒，在它们的端头设置有薄膜，这些薄膜在某个时刻及时地破裂，以便使这些棒充满水。做法是，在中空的置换棒上安装一个专门加工有齿纹的端盖，在端盖周围设有一小型加热元件。在一个适当时机，将此加热元件投入运行，薄膜即开始破裂。借助于小型加热元件进行加热，使端盖上有齿纹部分的强度下降到在外部水的压力作用下可使端盖破裂的程度，以此使该棒内充满水。

还有一种用来排除慢化剂置换物的方法在美国专利NO.4，371，495说明书中有说明。该方法是，在燃料组件中至少有一根棒充以氦气或其他合适的气体，并在该组件的上管咀设置一个销针，随着反应堆的运行，当充气棒热膨胀到足够的长度时，其上端塞能够接触到销针尖，后者将刺破端塞，从而使该棒充满水。

还有另一种方法在1985年12月24日发布的英国专利申请NO.2，160，698说明书中进行了描述。该方法在于使用一个放在集流管中心孔内的旋转阀。此集流管与许多水置换棒的流道连通。而这些水置换棒内最初充满了可燃吸收剂气体，通过阀门的转动，这些可燃吸收剂气体缓慢地释出，以便依次打开置换棒中的通道，使吸收剂气体缓慢地逸出，与此同时反应堆冷却剂进入到这些棒中。

虽然先前这些方法在所设计的运行条件内达到了目的，但仍然需要一种新的、经济性好的方式以便在运行中的核电站上实现谱移。本发明的主要目的在于满足这种需要。

本发明一方面是属于一种控制堆芯核反应性的谱移方法。在此堆芯内装有燃料组件及排列在其间的燃料棒，以及慢化中子和冷却堆芯的一回路慢化剂/冷却剂。这种方法的特征分为几个步骤：（a）通过在所述燃料棒中间放入许多慢化剂/冷却剂的置换棒来选择一个给定的初始反应性水平。这些棒内含有一定量的水，相当于置换棒体积的一个小份额，并且这些棒是密封的。当堆芯内一回路慢化剂/冷却剂压力与密封的置换棒的内压之间的压差增大到预定值以上时，置换棒的这种密封状态要能够被破坏，并随即使置换棒内充满慢化剂/冷却剂;（b）提高堆芯功率，使其达到正常运行水平，这样就使密封的置换棒的内压上升，以便使所述压差下降到低于预定值;（c）接着实现谱移，即使堆芯成为次临界状态，其所需反应性的量实际上相当于置换棒淹没所增加的最大反应性，並使堆芯内一回路慢化剂/冷却剂压力与置换棒的内压之间的压差增加到预定值以上的水平，以此造成密封的破坏，从而使置换棒内充满水。

实现谱移的步骤最好是降低一回路慢化剂/冷却剂的温度，而保持反应堆的正常运行压力不变。一回路慢化剂/冷却剂温度的下降要足以减少置换棒的内压，从而把所述压差增加到大于所述预定值。一种相对比较简单的降低一回路慢化剂/冷却剂温度的方法，是降低与堆芯相关的二回路流道中的蒸汽压力。

本发明另一方面属于实现上述谱移方法的装置。该装置包括所述含有一定量水的密封的置换棒。每根置换棒的两端均密封，当所述压差达到所述预定值以上时，其中一端的密封件将会失效，从而使得慢化剂/冷却剂从堆芯进入置换棒。

本发明的最佳实施方案将在下面充分加以说明。在此方案中，用来实现谱移方法的装置包括：所述含有一定量水的置换棒、一个连接和支承置换棒的支承结构、使慢化剂/冷却剂从堆芯进入置换棒的限定流体通道的部件，以及密封所述慢化剂/冷却剂流道，防止其流过的密封件。当所述压差达到所述预定值以上时，所述密封件将会失效，从而使所述慢化剂/冷却剂流过。