[其他]核反應堆用的改進的灰體棒

無效

• 申請號: 85109308
• 申請日: 1985-12-26
• 公開（公告）號: CN85109308A
• 公開（公告）日: 1986-08-06
• 發明（設計）人: 特里沃·安德里·弗郎希斯;薩姆爾·瑟尼
• 申請（專利權）人: 西屋電氣公司
• 主分類號: G21C7/00
• 分類號: G21C7/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 王申,王憲模

本發明一般涉及核反應堆，更具體地說，涉及一種插入核燃料組件的改進的灰體棒。

在壓水反應堆的常規設計中，對反應堆堆芯的起動設計了剩余的反應性，使得在堆芯壽命期間反應性貧化時，仍然留下足夠的反應性以在延長的時期內維持堆芯操作。然而，由于在堆芯壽命開始時在堆芯中設計了剩余的反應性，因此此時必須采取步驟適當地控制它。

在一個典型的核反應堆中，反應堆堆芯由許多個細長的燃料組件構成，每個燃料組件包括許多根細長的燃料元件或棒。液體冷卻劑被通過堆芯泵向上部，以便從堆芯中提取熱量而產生有用功。堆芯的熱輸出量通常利用各種不同類型的可以移動的棒來調節，比如控制棒、灰體棒和/或水置換棒。在壓水反應堆中，每個燃料組件通常包括許多根導管或套管，上述各種棒可以在這些管中來回移動。

所有三種不同類型的棒具有近似相同的尺寸，但是由于制成棒的材料不同，三種棒用于稍許不同的目的。置換棒不管是空心的還是包含低中子吸收材料的，都用來置換反應堆冷卻劑，從而控制反應堆慢化作用。含高中子吸收材料的控制棒主要由于吸收中子而起控制堆芯反應性的作用。灰體棒類似于置換棒，但利用一種中等中子吸收材料，如反應性能較高的不銹鋼。它們控制堆芯反應性的作用既通過吸收中子-但其中子俘獲截面比控制棒要小，也通過置換冷卻劑。

灰體棒也被看作是一種精細調整的輔助控制棒。在歐洲專利申請第84308376.9號中，描述了一種此類的輔助控制棒，它由不銹鋼材料制成的上管和下管構成，管子的內端部用中塞封閉，管子的外端部用端塞封閉。下管包含一疊堆實心氧化鋯芯塊，它們堆疊在下管的中塞和端塞之間，該疊堆芯塊對下管提供徑向的支承。上管是開孔的，允許冷卻劑進入其內部，以使通過上管管壁的壓力相等。

這類輔助控制棒性能合理良好，在它為之設計的操作條件范圍內符合它的目的要求。但是，已經發現，實心氧化鋯芯塊內部達到300°至600°之間的高溫，它能夠形成徑向的增長，產生有害的包殼應變。

本發明的主要目的是提供一種減輕此類有害作用的改進的灰體棒。

因此本發明屬于一種插入包括一個燃料棒陣列的核燃料組件用的灰體棒，該灰體棒包括一個細長的管狀件和芯塊，管狀件由中子俘獲截面小的材料構成，其兩端密封，芯塊由非燃料物質制成，在管狀件中首尾相接地堆疊，該灰體棒當它被插入燃料組件時，有一個位于燃料棒陣列內的管狀件的第一縱向區段，和一個基本上位于燃料棒陣列之外的管狀件的第二縱向區段，該灰體棒的特征在于，芯塊疊堆被留在一個限制于上述第一縱向區段中的芯塊接受空間內，而每一個芯塊的形狀是環形的，以便在芯塊中心形成一個空心區，而其外徑足以對上述第一縱向區段的鄰接管壁部分提供徑向支承，管狀件的第二縱向區段形成一個空間，它沒有芯塊，而具有增強第二縱向區段對外部壓力的徑向抗塌陷能力的機構。

使用環形芯塊代替實心芯塊，將把有害的包殼應變的危險減到最小，因為環形芯塊的內部溫度往往會低得多，所以通常說來徑向增長將會減到最小，每個環形芯塊的內部空心區的存在將進一步產生好處，這種空心區將容納可能存在的小的熱膨脹中的大部分。而且，環形芯塊的重量比實心芯塊小，減小了灰體棒的質量，這一點對于灰體棒的使用操作是有利的。

在本發明的一種最佳實施方案中，一個螺旋彈簧被用來使環形芯塊疊堆保持在管狀件第一縱向區段的芯塊接受空間內。該螺旋彈簧在第二縱向區段的空間內保持部分的壓縮狀態，其縱向伸展的長度大體上充滿空間的全長。此外，螺旋彈簧的外徑足以徑向地支承第二縱向區段的管壁抵抗外部壓力造成的塌陷。因此，螺旋彈簧起雙重的目的，它使芯塊疊堆保持在芯塊接受空間的，此外它又增強了第二縱向區段的徑向抗塌陷能力。因為使芯塊疊堆保持在合適位置上并維持其整體性的螺旋彈簧是有彈性的，所以允許芯塊有某些軸向膨脹而不產生應變。環形芯塊最好由鋯合金材料制成，這種大家熟知的鋯合金不會粉化。在最佳實施方案中，包括上述第一和第二縱向區段的管狀件是單獨一件整體構件，這改善了灰體槽的準直性和平直度。

現在作為例子參考附圖來描述本發明的最佳實施方案和一種替代的實施方案，附圖中：

圖1是反應堆堆芯的局部視圖，它正面描繪一個燃料組件，一個橫切燃料組件頂部延伸的上部堆芯支承板，和一個十字頭組件支承的灰體棒，堆芯板被表示成截面，部分斷開，燃料組件被圖示成垂直縮短形式和部分斷開，以露出一個體現本發明的灰體棒;

圖2是十字頭組件的放大頂視圖;

圖3是沿圖2的3-3線截取的十字頭組件的截面圖;

圖4是代表本發明最佳實施方案的灰體棒的放大而垂直縮短的部分截面圖;