[其他]組合式徑向中子反射層

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• 申請號: 101985000008227
• 申請日: 1985-11-09
• 公開（公告）號: CN1004239B
• 公開（公告）日: 1989-05-17
• 發明（設計）人: 丹尼爾·克拉克·加納;多納爾德·加伊爾·舍伍德;阿爾伯特·C·達維德森
• 申請（專利權）人: 西屋電氣公司
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 王憲模;王申

一種用于核反應堆中不規則空間（１３）內的中子反射層裝置，該空間是在細長、平直的燃料組件（３）（反應堆冷卻劑經過燃料組件循環）的陣列（５）和圍繞該陣列的圓柱形堆芯吊籃筒體（７）之間。該裝置包括有許多反射層組件（１５），每個組件包含一塊細長的強力墊板（２１）和多塊細長板（２３），這些板沿其縱向邊緣連接起來形成一細長的內部放置中子反射體的盒子（１７），用來插到燃料組件陣列（５）和圓柱形堆芯吊籃筒體（７）之間的不規則空間（１３）中。

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本發明論述了核反應堆的中子反射層，比較詳細地論述了插在反應堆堆芯不規則周邊與反應堆壓力容器的圓柱形內表面之間的組合部件，這些部件是用來將中子反射回到外圍燃料組件，從而相對于里面的燃料組件提高了外圍燃料組件的功率輸出。

在核反應堆中進行的裂變反應產生出熱量并釋放出中子，這些中子在核燃料中又產生另外的裂變反應。裂變材料在反應堆中密集放置，使得具有足夠的中子通量密度來維持持續的裂變過程，在商用反應堆中，裂變材料芯塊封裝在鋯合金棒中，這些棒安裝在通常具有方形截面的組合式的細長燃料組件中。將很多這種方形的細長燃料組件集聚在一起形成一個大體上是圓柱形的反應堆堆芯，堆芯放置在處于水平的上、下不銹鋼堆芯板之間的圓柱形不銹鋼堆芯吊籃筒體內。這整個裝置又安裝在具有半球形上下端蓋的壓力容器內。反應堆冷卻劑通過入口接管輸入壓力容器，在堆芯吊籃和壓力容器之間的環狀空間向下流動，接著反過方向，通過下部堆芯板上的開孔向上流動，流過燃料組件，在那里由于裂變反應而被加熱，然后通過出口接管沿徑向流出壓力容器。反應堆冷卻劑從堆芯吸取的熱被用來發電，從而降低了反應堆冷卻劑的溫度，然后這些冷卻劑再循環流過反應堆。

因為燃料組件的截面是方形的，所以在堆芯周邊和堆芯吊籃筒體之間存在著不規則的空間。為了把向上流動的冷卻劑限制在燃料組件的范圍內，通常的做法是沿著燃料組件的外表面放置縱向延伸的圍板，利用用螺栓連接在縱向圍板和堆芯吊籃上的水平的、形狀不規則的成形板將這些圍板固定就位。成形板上的開孔允許有限的冷卻劑流入縱向圍板和堆芯吊籃之間的環狀空間中以冷卻圍板部件并使縱向圍板兩側的壓力均衡。

雖然縱向圍板的原先用途是引導反應堆冷卻劑流過燃料組件，但是，已經認識到，它們在某種程度上也將中子反射回到外圍的燃料組件去。然而，由于這些板比較薄，從堆芯徑向逸出的大部分中子遷移到板之間的大量的水中，這些水吸收或慢化中子，只有極少的被反射回去。

其后，在1984年2月3日申請的得到普遍承認的申請編號為NO.576，655的美國專利中認為，將堆芯和堆芯吊籃筒體之間的空間中的水用基本不含氫的材料來置換，可產生更有效的徑向中子反射。它具體地建議，這個空間可以充填縱向堆疊的大致呈環狀的不銹鋼板，利用反應堆冷卻劑流過一些間距較大的縱向孔來進行冷卻;或者充填許多排列在堆芯周圍的細長金屬盒，這些盒內可以包含具有縱向冷卻孔的氧化鋯塊或不銹鋼塊，也可以包含許多在某些高度上用水平板支撐的棒。這些棒或是實心不銹鋼，或是封裝在鋯合金中的氧化鋯圓片。在采用棒的情況上，可用縱向切開的鋯合金圓棒來充填沿盒邊緣的空間，完全圓的棒在這些地方是不適用的。

有幾個與徑向中子反射層相關的問題。基本的目標是要使反射材料的質量達到最大。但是在反應堆的這個區域中存在大量的熱，必需提供冷卻以控制熱膨脹和保護材料。對不銹鋼反射層的核計算指出，如果堆芯鄰近的區域有90%到92%的不銹鋼和8%到10%的水這樣的體積比，則燃料成本有相當大的減少（對于先進壓水堆為2.7%）。在中子反射層的設計中還必須考慮輻照蠕變和對反應堆堆內構件提供地震擾動保護的需要。這一問題還混雜著輻射加熱中徑向梯度大的問題，在燃料組件鄰近的板中的核發熱可能是與堆芯吊籃筒體交界處的20倍。這種核發熱的不均勻分布和堆芯與堆芯吊籃筒體之間不規則空間相組合就可能產生較大的內部熱應力和可能產生會對燃料組件產生不利影響的幾何變形。如果在中子反射層的結構中采用整體材料，那么為了冷卻的目的，要設置分布排列的小孔，這是十分費錢的。另一方面，如果為了獲得所要求的中子反射特性，將棒足夠緊密地集聚在一起，那么很難設計出一種方法來支撐它們而同時仍能為熱膨脹和輻照蠕變提供所要求的間隙。反射層組件也應該使燃料組件內的冷卻劑流和反射層中的冷卻劑流之間的壓差減至最小。