[实用新型]燃料和强中子吸收材料一体化的紧凑型反应堆堆芯结构

说明书

本实用新型公开了燃料和强中子吸收材料一体化的紧凑型反应堆堆芯结构，包括具有堆芯燃料元件组的堆芯活性区、包围在堆芯活性区外围的反射层以及布置在反射层中的控制转鼓，控制转鼓能绕着安装轴转动，控制转鼓内具有第一区域和第二区域，所述第一区域设有强中子吸收体，第二区域设有转鼓燃料元件组。在控制转鼓中同时布置了转鼓燃料元件组和强中子吸收体，可以转动控制转鼓，调整转鼓燃料元件组与堆芯活性区的相对位置，来满足反应堆功率调节的需求；可以增加反应堆堆芯的运行寿期。当控制转鼓中的转鼓燃料元件组部分都面向堆芯活性区时，反应堆具有最大的反应性，当控制转鼓中的强中子吸收体都面向堆芯活性区时，反应堆具有最大的停堆深度。

技术领域

本实用新型涉及核反应堆工程领域，特别是涉及一种燃料和强中子吸收材料一体化的紧凑型反应堆堆芯结构。

背景技术

随着人类对太空、深海、远洋等领域探索技术的不断发展成熟和探索应用需求的扩大，人类希望建立太空基地、深海基地等进行科学研究。比如，未来人类其他星球表面(如月亮、火星等)建立空间基地、在深海海底建立深海基地、在远离大陆的孤岛上建立科研基地，都将具有十分重大的科学、军事和政治价值。这些基地的建设都面临着复杂、严峻的环境，能源的稳定供应与管理是基地能够正常运行的重要保障。太阳能电源无法在深海应用，在太空和远洋领域也有其自身的固有缺陷，如无法克服昼夜变化。化学能电源则受限于燃料储量与补给，无法做到长时间大功率运行。而核反应堆电源不受环境影响、功率大、寿命长、安全可靠、能源供应可持续性强，因此被认为是空间基地、深海基地、远洋等基地探测任务中理想可靠的能源供应方案。

由于核反应堆在上诉基地建设与其他探测任务中具有许多无法替代的优势，美国、俄罗斯、日本、法国等国对核反应堆在小型化、轻量化、降噪等方面进行了诸多深入的研究，并提出了数十种核反应堆方案，其冷却方式包括气体冷却、液态金属冷却、热管冷却等。考虑到基地环境的复杂性，具有非能动冷却技术的核反应堆是最主要的方案之一，而热管冷却技术是具有高热导率、高瞬态反馈性能、高可靠性、低保养需求等优点的非能动冷却技术，因此目前基地核反应堆设计大都采用热管冷却。

在现有紧凑型热管核反应堆堆芯设计中，主要的控制方式如图7至图10所示，将强中子吸收体13或反射材料基体14布置在堆芯活性区1外围，通过控制强中子吸收体13吸收中子的数目或者反射材料基体14反射中子的数目来达到控制反应堆的目的。图7是控制转鼓控制方式，将强中子吸收体13和反射材料基体14镶嵌在控制转鼓主体上，通过转动来改变强中子吸收体13、反射材料基体14与堆芯活性区1的相对位置，从而达到对反应性进行控制的目的，控制转鼓布置在堆芯的反射层2内。控制转鼓的布置方式在事故情况下不易发生变形和脱落，但是会增加堆外反射层2尺寸和质量，从而增加堆芯重量。

图8和图9将反射层2布置在堆芯活性区1外，通过控制反射层2来控制堆芯活性区1的中子泄露率，从而实现对堆芯的反应性控制。图8中通过反射层2上下滑移来控制，图9则通过开合式方式来控制反射层2。由于反射层2布置在外侧，材料的辐照损伤较小，工作温度也较低，但在事故情况下，反射层2变形和脱落可能性较大，同时反射层2在滑移或者开合过程中，对轴向功率密度分布的扰动较大。

图10也是将反射层2布置在堆芯活性区1外，并在反射层2和堆芯活性区1之间布置一层强中子吸收体13，通过上下滑移该强中子吸收体13来控制吸收体、反射体与堆芯活性区1的相对位置，从而达到对反应性进行控制的目的。该方式与图8所示的反射层2控制方式类似，将反射层2变为滑移的强中子吸收体13，在事故情况下，吸收体变形和脱落可能性较大，同时在滑移过程中，对轴向功率密度分布的扰动较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种燃料和强中子吸收材料一体化的紧凑型反应堆堆芯结构。