[其他]考虑到零反应性再分布因素而应用轴向不均匀吸收材料的全长控制棒

说明书

本发明一般涉及核反应堆，特别涉及一种供停堆反应堆中是核燃料组件用的改进的控制棒。

在典型的核反应堆中，反应堆堆芯包括许多由顶部和底部管咀组成的燃料组件、许多细长的横向彼此隔开的在管咀之间延伸的控制棒导向套管、许多沿导向套管轴向彼此隔开的横向格架，和许多细长的燃料元件或燃料棒，这些燃料元件或燃料棒在横向既彼此隔开，又同导向套管隔开，并由格架支承在顶部和底部管嘴之间。每一燃料棒包括裂变材料，燃料棒被组合在一起，构成排列有序的阵列，使其在堆芯中达到足够的中子通量以维持高速度的核裂变，从而以热量的形式释放出大量的能量。为了从堆芯提取所产生的热量生产有用的功，液体冷却剂向上泵入、穿过堆芯。

因为在反应堆堆芯中产生热量的速度正比于核裂变的速度，而核裂变速度又由堆芯中的中子通量决定，所以改变中子通量，便可以控制在反应堆起动时、运行期间和停堆时热量的产生。改变中子通量的一种普通方法是利用含有中子吸收材料的控制棒吸收过量的中子，导向套管被用作为将中子吸收控制棒插入到反应堆堆芯内的通道。中子通量的水平，也即堆芯的热能输出量通常采用将控制棒移入和移出导向套管的方法来进行调整。在美国专利NO3，088，898、NO3，230，147、NO3，255，086、NO3，485，717、NO3，519，535、NO3，734，825、NO4，123，328，NO4，126，759和NO4，172，762中公开的控制棒和系统是代表性的先有技术。

在本申请人的美国专利NO4，326，919中叙述了一种采用控制棒与燃料组件结合的普通配置方法，该专利展示了一种控制棒阵列，控制棒上端部由一辐射形组件支承，而辐射形组件又连接到将燃料组件的空心导向套管中的控制棒垂直降下和提升（称作为步进动作）的控制棒驱动机构。用在这种配置中的每一根控制棒典型地由一根细长的装有中子吸收材料而且其相反的两端部由端塞密封的金属包套管组成。一般说来，中子吸收材料是一种具有高中子吸收截面的材料，例如碳化硼、钽、银-铟-镉的复合体，或在这种技术中已知的许多其它中子吸收材料中的一种。材料普通呈叠柱的形式，叠柱由紧密装填的陶瓷或金属芯块叠置而成，芯块仅部分地充满管子，在芯块的端部和上端塞之间留有一空的空间，或留有一轴向间隙，此间隙形成一充气腔用以储存在运行时产生的气体。一个螺旋弹簧被放在充气腔中，并在上部端塞和顶端芯块之间保持部分压缩的状态，使得在控制棒步进期间，芯块牢固地保持叠置状态。

在反应堆的寿命末期（EOL）和热零功率（HZP）堆芯条件下，通常对堆芯顶端发生一种有害的功率（通量）分布漂移。例如，对于典型的压水反应堆，轴向通量不平衡（AFI）处于50一60%的数量级。由于这样一种极端的轴向通量不平衡，因此存在了相当大的反应性再分布，核设计者在事故分析中必须根据可以利用的铀棒价值利用反应性亏损说明这种反应性再分布。这种亏损通常称作反应性再分布因数（RRF），在寿命末期，它约为0.85%△P，在停堆裕度计算中，它被考虑进去。

迄今所用的控制棒设计不能充分地改变这种在反应堆停堆时堆芯轴向功率分布的不平衡，因此本发明的目的是抑止这种情况，以便在反应堆停堆期间减小反应性再分布因数。

大体上说，由于提供了一种采用轴向不均匀的吸收材料的控制棒，达到了本发明的主要目的。不像普通的控制棒，按照本发明所述的控制棒在其上部约为棒的25%长的区域的吸收材料比棒上其余区域的吸收材料吸收性强。根据这种设计概念，高价值控制棒吸收材料将把热零功率通量模式和寿命末期通量模式推进到更典型的在反应堆堆芯的中间部分被适当补偿的热全功率模式。按照这种方式，对功率再分布因数亏损的需要消除了。本设计被用于包括停堆机组堆芯中的所有控制棒。如上面所述，用通常的均匀控制棒，在热零功率和寿命末期的轴向通量不平衡大约为60%，而按照本发明，将高价值的吸收材料放在占控制棒25%的上部时，在同样条件下轴向能量不平衡变到仅4%。

因此本发明属于一种包括细长管状件的中子吸收控制棒，相对于控制棒插入到燃料组件的方向，细长管状件有一前端和后端，并且在上述的前端和后端之间构成气密封闭的管腔，中子吸收控制棒的特征在于，上述管腔包括第一中子吸收材料和第二中子吸收材料，第一中子吸收材料偏置于管状件的后端，而第二中子吸收材料偏置后管状件的前端，上述第一中子吸收材料的中子吸收能力比上述第二中子吸收材料的吸收能力高，第二中子吸收材料的量比上述第一中子吸收材料的量大。