[其他]具有球形工作元件固定堆芯的气体冷却核反应堆

说明书

本发明涉及一种气体冷却核反应堆，它具有球形工作元件（燃料元件、吸收器部件、纯石墨元件）固定堆芯的圆柱形核芯。由顶部反射层、侧壁反射层、底部反射层组成的石墨反射层将该堆芯围住。并具有一个补偿和停堆装置，它由侧壁反射层垂直通道中可控制的吸收棒构成。

德国专利P3518968.1介绍了这样一种类型的核反应堆。它具有结构紧凑、构造简单的优点，由此使所产生的热能成本低廉。运行燃料的固定堆芯可以在满负荷运转的条件下工作约10年至40年。然后更换运行燃料以及吸收棒。具有10至20兆瓦功率的核反应堆主要用来作为供热反应堆。

为了保证核反应堆起动可靠，在核芯还处于停堆状态时，就必须测量中子通量。为此，要求有一个中子源和一个起动通量测量装置。中子源必须满足两个条件：

中子源的中子放射量（源强度）应大到使具有给定灵敏度的起动测量仪表柱中的中子通量探测器每秒至少记录到5个脉冲;

中子源离探测器的距离必须大到，当反应堆的倍增系数为0.99时，在起动测量仪表柱中指示的中子最多只有5%是直接来自中子源。

第一个条件保证，从统计学的概念看，有足够精确的测量信号;第二个条件保证，测量信号主要取决于核芯而不是取决于中子源。

迄今为止所建造的具有球形工作元件堆芯的核反应堆中，如钍高温反应堆THTR-300兆瓦（所谓球形元件反应堆）中，中子源可调节地安放在侧壁反射层的孔中。专利DE-OS3047098给出一种将起动-中子源送入高温反应堆侧壁反射层中去的传送装置。侧壁反射层的靠近核芯部分的中子源所处位置，从中子物理学方面来说是很不利的，而且为了满足前述的两个条件，要求中子源的源强很大。

中子源最有利的位置是在核芯中央。但这一最佳位置在钍高温反应堆THTR-300兆瓦和其它的这种结构型式的核反应堆中却是无法实现的，因为不管是一次还是多次通过核芯的工作元件在运行期间是循环的。如果工作元件还未循环，则仅在核芯第一次装料时，可以临时在核芯中安放中子源。在这种情况，中子源安装在一根棒中，如像停堆用的吸收棒一样，可以直接插入堆芯中。

在小型的具有固定堆芯的球形反应堆中，没有可直接插入堆芯中的吸收棒，中子源安装在侧壁反射层的孔中，问题是很多的，因为这种反应堆的调节和停堆是由在侧壁反射层中可控制的吸收棒、所谓反射层吸收棒来实现的，所以反射层要求有足够的位置。这种小型反应堆的反射层吸收棒要求效率尽可能高，使之除了调节和停堆之外还能满足反应堆尽可能长的耐用度所要求的剩余反应性。不输入燃料的高耐用度，要求在反应堆核芯周围安放尽可能多的反射层棒。因此，在侧壁反射层的核芯附近没有安放中子源的位置。

本发明的任务在于，在前述类型的核反应堆中，中子源的安装不需要占去反射层吸收棒所要求占有的位置，同时可以实现良好的中子物理学的作用。

本发明是通过下述特征解决这一任务的：

a）固定堆芯至少含有一个石墨球，石墨球中安放了中子放射物质，在运行期间，石墨球固定在其位置上;

b）具有中子放射物质的石墨球（载体球）直径与工作元件的直径相同;

c）具有中子放射物质的石墨球和工作元件一起放入核芯及从核芯中取出。

与较大功率的球形元件反应堆中中子源的结构相比，这里提出的解决措施具有下述优点：

由于中子源安放在核芯中的最佳位置，所以为了保证前面所要求的两个工作条件，中子源源强可以较小。在中子源直接放在核芯中时，所有源中子实际上都在核芯中;而位于侧壁反射层中的中子源却只有约一半的源中子进入核芯。从中子物理学的意义上说，在核芯中央比在周围效果好得多。因此较弱的中子源起动时中子通量测量精度可以很高（因此也比较便宜）。

在起动中子探测器所处的位置上，在来自核芯的中子和直接来自中子源的中子之间存在一个有利的关系，即直接来自中子源的中子所占比例很小。而后装在侧壁反射层中的中子源出来的中子，不穿过核芯就到达了探测器。安放在核芯的中子源不可能使所要求的源中子倍增因子的概率在核芯通过裂变明显地提高。所以，上述的第二个工作条件在所有的地方都自动得到满足。这使起动测量仪表的安装有较多的选择余地。

侧壁反射层中不安放中子源，因此可以尽可能多地安装反射层吸收棒，大大提高了反射层棒的停堆效果，另一方面，使反应堆有较高的耐用度。

因为在侧壁反射层中没有安装中子源的孔和固定装置，所以侧壁反射层结构简单。由此降低了造价。