[其他]間歇運(yùn)行的煤球爐式核反應(yīng)堆

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85106254
• 申請日: 1985-08-19
• 公開（公告）號: CN85106254A
• 公開（公告）日: 1987-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 埃伯哈特·托伊謝特;克勞斯-阿恩·哈斯;赫爾穆特·格溫
• 申請（專利權(quán)）人: 克恩科殊恩沙拉格祖利殊公司
• 主分類號: G21C1/06
• 分類號: G21C1/06
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 曹永來

本發(fā)明是關(guān)于一種采用間歇方式裝料和卸料的煤球爐式核反應(yīng)堆。

通常，煤球爐式反應(yīng)堆是以連續(xù)方式運(yùn)行，即通過殼蓋反射層里的裝料管輸入新的燃料元件時，從堆芯壓力容器里不斷地提出多少有些燃耗的球，裝料和卸料都是在反應(yīng)堆處于全功率工作狀態(tài)下進(jìn)行，在一定情況下可以說是準(zhǔn)連續(xù)進(jìn)行，此時，兩個裝料過程的時間間隔如此之短，以致根本不會出現(xiàn)反應(yīng)性變化。

這種運(yùn)行的缺點(diǎn)是：必須在結(jié)構(gòu)上為在全功率工作狀態(tài)下卸出燃料元件準(zhǔn)備許多輔助設(shè)備，這些設(shè)備不便維修，又需要定期檢查和由受過訓(xùn)練的人員來操作，必要時還需要有熟練的技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)。

因此，在要申請人同時遞交的一份專利申請中，描述了一種新的堆芯裝料方式，按照此種方式，開始，用裂變材料含量高的燃料元件，只是部分地裝填堆芯空心區(qū)，這部分裝料對在予定功率下的臨界狀態(tài)是足夠的，隨著核燃料燃耗增加，可再補(bǔ)充裝料，直到完全裝滿整個空心區(qū)。

對此，開始的部分裝料，首先只裝滿空心區(qū)的 1/4 到 2/3 ，最好裝滿 1/3 左右，同時，首批裝料中下面的 2/9 和上面的 1/9 裝料中裂變材料含量分別比初始裝料（使反應(yīng)堆呈臨界狀態(tài)）中的平均裂變材料含量低12%和高24%。

補(bǔ)裝燃料元件中的裂變材料含量適當(dāng)?shù)乇乳_始裝料的裂變材料平均含量高1.5到2.5倍，最好高約1.9倍。在這種裝料方式中，可在完全裝滿堆芯空心區(qū)之后，使反應(yīng)堆停止運(yùn)行并予冷卻，然后從上面開始進(jìn)行卸料。

相比而言，一個這樣運(yùn)行方式煤球爐式反應(yīng)堆很少卸料（大約運(yùn)行2-5年后，而在反應(yīng)堆低功率密度情況下，可作為熱電站其運(yùn)行周期則達(dá)15-30年），這就是說，核燃料球體經(jīng)過很長時間在堆芯中都不變化，這可通過裝料過程得到合理安排。

在這些“基本上”靜止的球裝料中-它們不僅處于新的裝料方式中，而且還處在于反應(yīng)堆的簡單的間歇運(yùn)動中-予期會出現(xiàn)因熱和燃耗引起的球膨脹，這必然導(dǎo)致球裝料的變得更為致密，并給堆芯空心區(qū)的側(cè)壁造成巨大的壓力負(fù)荷。

因此，本發(fā)明的任務(wù)是，避免對堆芯空心區(qū)側(cè)壁產(chǎn)生不允許的高壓力負(fù)荷。

根據(jù)本發(fā)明，通過一個煤球爐式反應(yīng)堆可以作到這一點(diǎn)，其特征是：從堆芯填充料起，通過自下向上逐漸增加堆芯空心區(qū)橫斷面，或通過帶有呈方格子狀排列的凹坑的空心區(qū)底板，來限制對作用于堆芯空心區(qū)表面的壓力。凹坑的最?。ń徊纥c(diǎn)）間距約比球直徑大1-8%，尤以大到約5%為佳。

對附圖加以說明，圖中所示

圖1a-c????穿過堆芯空心區(qū)的垂直斷面

圖2和圖3????帶凹坑底板和側(cè)壁結(jié)構(gòu)部分?jǐn)嗝妗?/p>

由熱和輻射作用引起的膨脹所產(chǎn)生的力有一垂直的，與那里裝料的重量起反作用的垂直分力和一對側(cè)壁產(chǎn)生負(fù)荷的水平分力，通過使側(cè)壁呈傾斜狀（圖1a），就可以減少這種負(fù)荷，如果傾斜角α（偏斜于垂直線）足夠大，就會產(chǎn)生一個與壁平行的朝上的分力，傾角以選定15°～45°為好，最好則是25°。

在下面堆芯區(qū)域，比如在下面的三分之一，選擇傾斜角要比上面區(qū)域的大一些則更為有利（圖1b）

最好讓堆芯空心區(qū)的橫斷面這樣構(gòu)成拱形，使得垂直的分力在任何高度位置上對容器壁的作用都相同。這些只有通過容器橫斷面的成型才能實(shí)現(xiàn)，這可近似地按公式R＝R_o-a（Z-Z_o）²進(jìn)行，（R＝堆芯空心區(qū)中軸的距離，R_o＝球裝料表面的半徑，Z＝高度位置，Z_o＝球裝料表面的高度位置，a＝從對側(cè)壁所允許的負(fù)荷中計(jì)算得出。（圖1c）

把球從水平方向的間隙排列裝入，也可以阻止對空心區(qū)側(cè)壁產(chǎn)生過量的壓力，前面提到的帶有呈柵格狀的排列的凹坑的堆芯底板和球之間形成1-8%的間隙就是為此目的的，球與球之間初始存在的側(cè)面的間隙允許球膨脹，而不會出現(xiàn)側(cè)面的壓力（參見圖2）。

這種方格狀配置有令人驚異的優(yōu)點(diǎn)，即在裝料中達(dá)到了最大可能的排列狀態(tài)，因?yàn)閺膹?fù)蓋帶凹坑底板的首批球?qū)悠?，每一個隨后而來的球都進(jìn)入明顯有利的位置，這些位置與為獲得有序的填料結(jié)構(gòu)所要求的位置相符合，用這種方式，所形成的可能最好的有序的球填料裝載，一般在45°以下是呈現(xiàn)六角形的最致封的球填料迭層結(jié)構(gòu)，在理論上，可求得的總填充系數(shù)為074。

這意味著，以這種方式還有另一優(yōu)點(diǎn)，即在堆芯可達(dá)高功率密度，以及對所存在的球產(chǎn)生的壓力負(fù)荷分布均勻。

球直徑和堆芯空心區(qū)直徑之間的明顯差別使得圓柱形空心區(qū)壁附近出現(xiàn)一定的無序狀態(tài)是可以允許的。