[发明专利]热中子反应堆用核燃料组件

说明书

本发明涉及热中子反应堆用核燃料组件。本发明涉及核反应堆，更确切地，涉及可应用于热中子反应堆的被动安全装置和配备有其的核燃料组件。本发明的热中子反应堆用核燃料组件包括多个燃料棒；配置在燃料棒之间的多个导向套管；和插在一个或多个导向套管中的包括中子吸收剂部的被动安全装置。

技术领域

本发明涉及核反应堆，更确切地，涉及适用于热中子反应堆的被动安全装置和配备有其的核燃料组件。

背景技术

核反应堆基本上是使用由中子裂变产生的能量的装置。根据能量将中子分为低能量热中子和高能量快中子。因此，核反应堆也分为使用热中子的热中子反应堆和使用快中子的快反应堆。一般地，快中子主要由核裂变产生。

在热中子反应堆中，快中子通过使用慢化剂来减速以用于核裂变。同时在快反应堆中，快中子在不减速的情况下用于核裂变，并且此时如钠(Na)等具有非常低的慢化能力的液体金属用作冷却剂。

反应堆由于如慢化剂温度、核燃料温度和冷却剂温度等各种温度而具有反应性反馈效应(reactivity feedback effects)。这些反馈效应使反应堆本身能够将各种与温度有关的事故减轻和稳定化。核燃料在常规温度下具有负反应性反馈效应，这是由于多普勒谱线增宽效应(Doppler broadening effect)，其中在所谓的共振区域中的中子吸收随着温度升高而增加。

在通常的热中子反应堆中，水用作慢化剂或冷却剂。因此，中子的大多数能量转移至水，从而快中子变成热中子。当冷却剂或慢化剂的温度在热中子反应堆中由于任何原因而升高时，发生各种现象。特别是，引起中子的平均能量变得更高的中子能谱硬化。这是因为慢化剂的密度随着核反应堆的温度升高而降低并且慢化能力降低，从而中子能量比温度升高之前高。由于快中子通常具有比热中子小的裂变截面。因此，能谱硬化导致热中子反应堆的反应性降低。通过该现象，热中子反应堆中慢化剂的反应性温度系数通常为负值。

如果在核反应堆运行期间存在问题，则冷却剂泵或蒸汽发生器可能发生故障，因此核反应堆的温度会过度升高。此时，负反馈效应可以减轻反应堆功率的升高并且缓解引起的问题。然而，核反应堆材料和核燃料完整性由于过度的温度升高而导致的劣化是不可避免的。

作为继续研究的结果，本发明人开发了一种被动安全装置，当由于冷却剂温度升高而发生事故时，除了核反应堆的固有负反应性反馈效应之外，其还可以实现被动插入的额外的负反应性，并且进一步开发了包括上述被动安全装置的核燃料组件。

发明内容

实现反应堆稳定性的重要问题在于，除了与冷却剂的温度有关的反应堆固有的反应性反馈效应之外还具有负反应性反馈效应，从而在发生事故的情况下使反应堆本身稳定化。因此，本发明的目的是提供配备有新型被动安全装置的核燃料组件，所述被动安全装置可以实现核反应堆的稳定且安全的运行并且可以配备至核反应堆的设计没有大的变化的任何常规的核反应堆。

本发明的热中子反应堆用核燃料组件包括多个燃料棒；配置在燃料棒之间的多个导向套管；和插在一个或多个导向套管中的包括中子吸收剂部的被动安全装置。热中子反应堆用核燃料组件可以进一步包括插在一个或多个导向套管中的控制棒。

根据本发明的实施方案，被动安全装置包括：形成有贯通内部和外部空间的一个或多个冷却剂流入/流出孔的被动安全装置导管；和设置在被动安全装置导管的内部空间中使得在其中可上下移动并且包括中子吸收剂的浮力提供部。

根据本发明的实施方案，被动安全装置可以进一步包括使多个被动安全装置导管彼此连接的被动安全装置导管连接部。

根据本发明的实施方案，上述被动安全装置导管连接部可以形成于上述多个被动安全装置导管上方。

根据本发明的实施方案，包含中子吸收剂的浮力提供部的密度在热中子反应堆的正常运行期间小于冷却剂的密度并且在热中子反应堆的瞬态运行期间高于冷却剂的密度。