[发明专利]沸水型核反应堆堆芯及其控制方法

说明书

本发明涉及用于发电站的沸水型核反应堆的反应堆堆芯和控制棒系统。

作为用于发电站的最新沸水型核反应堆的先进沸水型核反应堆(下文简称为ABWR)的堆芯，如图8所示，由在格架结构中排列的燃料组件2以及在各燃料组件2之间的控制棒4组成。每个燃料组件2由多个燃料棒和通道箱1构成。控制棒4用于在运行和反应堆的紧急停堆(快速停堆)以及反应堆停堆时对反应强度进行控制。控制棒4利用配置在核反应堆压力容器下部的驱动机构插在用作上述燃料组件2外壁的各通道箱之间。

图9和10表示控制棒4的结构。控制棒4由棒体和由棒体沿四个方向延伸的控制棒翅片3构成。每一控制棒翅片3有中子吸收体8插入其中，而且控制棒翅片3被插入堆芯内侧，以便吸收过量的中子，从而控制过强的反应性。

日本专利JPA6-17487公开了一种采用大尺寸燃料组件的技术，其维持热容限和反应堆停堆容限，因此装入到堆芯中的燃料组件可以尺寸上做得大，燃料组件的数量降低，从而实现节省更换燃料的工作量。

如图11所示，在大尺寸的燃料组件的堆芯中，控制棒4的位置与在常规的格架结构堆芯中相同，但是控制棒旋转45°，大尺寸的燃料组件配置在控制棒内侧。因此，该大尺寸的燃料组件对应于2个常规的燃料组件。此外，从保证反应堆停堆容限安全性的观点出发，控制棒的各翅片3按大尺寸制成，并沿燃料组件的对角线配置在各通道箱1之间。

然而，上述常规技术存在如下的问题留待解决。

即，虽然通过按大尺寸制造燃料组件而降低了燃料组件的数量，但控制棒的数量几近等于常规电站中的数量。为了保证大尺寸燃料组件的停堆容限足够安全，要增加控制棒的翅片长度，因此，控制棒的成本增加，从而使电站整体成本增高。

此外，为了使燃烧程度和铀的节约达到更高标准，要增加相当的装入燃料和Gd燃料棒的数量，并降低反应堆停堆容限。

本发明的目的是提供一种沸水型核反应堆堆芯，其装有的控制棒能保证足够的控制棒性能，不必大大地改变设备从而使制造成本提高；还提供该堆芯的控制方法。

根据本发明，为了实现上述目的，在一沸水型核反应堆堆芯中，装有每个都封装在通道箱中的多个燃料组件，而且每个都带有控制翅片的多个控制棒被配置在各通道箱之间。每个都带有沿4个方向延伸的控制棒翅片的一些长翅片式控制棒，沿每个由多个燃料组件形成的方形束棒区的对角线方向被配置在各通道箱之间；而且每个都带有其长度约为该方形束棒区宽度之半的控制棒翅片的一些短翅片式控制棒，被配置在每一方形束棒区中心处的各通道箱之间。

根据本发明，在长翅片式控制棒中，通过增加翅片长度使其中长翅片式控制棒覆盖燃料组件的区域增加，作为单一控制棒的控制棒性能会提高。因此，由于控制棒本身尺寸变大，故在一个控制棒不能插入的情况下，遗留有保证反应堆停堆容限的安全问题。

为了解决这个问题，当其中一个长翅片式控制棒拔出时，可以分解方式得到反应强度的变化。图3A和3B表示与常规技术的格架结构相比，当控制棒中的一个(6，4)被拔出时燃料组件的不可控区。在图3A和3B中，按这一实例被拔出的控制棒6，4，对应于被卡住的控制棒(未插入的)或由于误操作而拔出的控制棒。从反应堆停堆容限的观点出发，各种情况实质上是彼此相同的。

由于本发明提出的大尺寸的格架装燃料组件对应于4个常规的燃料组件，并且大尺寸的燃料组件被分成4个组(下文称之为小型棒束)，即，由于由长翅片式控制棒翅片限定的方形束棒区是由4个大尺寸的燃料组件构成的，而且每个大尺寸的燃料组件又分成4个小型的棒束，故在各小型棒束区中由控制棒造成的不可控制区，在图上用半暗的部分表示。

在每一小型棒束区指定的数码1、2、3、4，代表在装料之后第一循环、第二循环、第三循环和第四循环中的燃料。在图中用数码1-4表示燃料装料方式的实例，这种方式是根据如下各点提出的实际燃料配置的一个实例：

不必进行构成燃料组件的各小型棒束的重新配置，以避免增加更换燃料的工作量，以及

应当避免围绕一个控制棒的同一循环(在严格条件下)的各棒束的集中。