[发明专利]核电站乏燃料低温核反应堆

说明书

                      技术领域

本发明涉及一种低温核反应堆，具体地说是一种利用核电站乏燃料为燃料的低温核反应堆。

                      背景技术

核电站压水堆乏燃料组件中一般还剩余约1％铀-235、新生成约0.5％钚-239和约1‰钚-241可裂变物质，为了充分利用这一资源，目前世界上有两种途径：一种是经后处理提取可利用的铀和钚；另一种是正在探讨将压水堆核电站乏燃料重新加工成可在重水堆核电站用的燃料元件。利用核能供热是解决能源问题的一个主要手段。目前设计与建造的低温堆可分二种类型，一种为壳式加压型，如西德、苏联设计建造的自然循环沸水堆，堆芯装在耐压壳内，其堆内结构与动力堆相近；另一种为池式加压型，如瑞典设计的低压压水堆，堆芯装在一个大水池内，水池由承压予应力混凝土壳构成。上述两种低温堆都是利用未辐照过的“新鲜”燃料组件作反应堆的燃料。到目前为止，世界上还没有直接使用不经任何处理和加工的核电站乏燃料组件组成新反应堆的先例。

低温堆一般由混凝土屏蔽层、水池、堆芯、换热器、水泵等组成一次供热系统，再由中间回路、换热器、水泵向热网供给无任何放射性的热水。利用核能供热是解决采暖与海水淡化的一个重要手段。目前国内外低温供热核反应堆概念设计种类很多，但受制于经济性和安全性还未被广泛接受，因此要寻求一种建造成本低又安全可靠的堆型是决定核能供热堆推广的关键。

                       发明内容

本发明的目的在于提高铀资源利用价值，提供一种建造成本低又安全可靠的，同时兼有池式和壳式堆的主要特点的既可供热又可生产放射性同位素的利用核电站乏燃料的低温核反应堆。

本发明的技术方案和效果如下：

1.直接利用核电站乏燃料组件作为低温核反应堆的核燃料，提高了铀资源的利用价值，减少了乏燃料总量，同时由于只需对核电站卸出的燃料组件进行适当检查即可装堆，减少了燃料费，并使反应堆的投资和运行成本明显下降，具有很好的经济性和环保效果；

2.在水池上部设有至少一道气体密封屏蔽，气体密封屏障可以保证燃料元件破损时，放射性物质包容在这道气体密封屏障内；再充以一定压力的气体，还可以提高冷却剂的过冷度使堆水池深度可小于15米，因而本堆兼有池式和壳式堆的主要特点。核电站乏燃料组件活性段高达3.66m时，对于这种燃料组件，水池深度可做到小于15米；在水池顶部还可再加另一道密封屏障，密封屏障内抽负压，保证环境中的空气向里泄漏，进一步加强气体密封屏蔽的可靠性，从而保证了无论是在正常运行工况还是事故工况，放射性气体都能达到有效控制，避免了放射性气体向环境的释放，使本发明的堆型成为“无放射性环境后果”的安全堆型；

3.低温核反应堆的燃料组件在堆芯中的布置状态根据各组乏燃料组件燃耗深度的不同而确定，由于采用乏燃料组件，各组件燃耗深度不同，采用合理布置增加后备反应性或改善径向功率分布；另在堆芯外围设堆芯围板反射材料，减少中子泄露，增加后备反应性，因此，堆芯具有足够的后备反应性，完全满足核能供热的要求，所产生的热能可用于海水淡化、产生的中子可生产放射性同位素；

4.采用自然循环或强迫循环冷却堆芯带走裂变热量。在停堆停止二次冷却水条件下，可利用反应堆堆芯池水和乏燃料贮存水池为最终热阱；

5.设计二回路压力高于一回路压力，一回路换热器在池水中，无管道与池外相连，因此，无失水事故可能；

6.允许中心燃料组件(热盒或热子通道)有一定的含汽量，进一步提高堆芯出口水温。堆芯出口温度可达130℃或更高，对于供给90℃热水有较大温差裕量，减小换热器尺寸。

                    附图说明

图1是核电站乏燃料低温核反应堆的结构示意图。

图2是核电站乏燃料低温核反应堆的结构的A-A视图。

图3是核电站乏燃料低温核反应堆的堆芯的B-B视图。

图中：

1.支撑裙；2.下栅板；

3.燃料组件(从核电站卸出的乏燃料组件，无需处理或加工)；

4.导向柱；5.上栅板；6.控制棒；7.上部围桶；8.二次水联箱；

9.进出口气管；10.顶盖；11.密封盖；12.控制捧驱动机构；13.

一次换热器；14.堆芯围板；15.下部围桶；16.混凝土生物屏蔽层；

17.堆芯水池；18.水道；19.乏燃料贮存水池；20.二次水进出口管。