[发明专利]一种快谱反应堆堆芯设计方法及堆芯结构

说明书

本发明属于核反应堆设计技术领域，涉及一种快谱反应堆堆芯设计方法及堆芯结构。本发明方法包括如下步骤：步骤1选择毒物材料抑制因中子慢化引入的正反应性；步骤2选择毒物材料的堆内布置方式。本发明结构包括涂有毒物材料的燃料棒，具体包括燃料棒毒物涂层、燃料包壳、气隙、燃料芯块、燃料中孔，燃料芯块位于燃料包壳内部，燃料芯块与燃料包壳之间留有气隙，燃料包壳的中心位置开有燃料中孔，燃料包壳的外部涂有燃料棒毒物涂层。本发明有效控制发生蒸汽发生器传热管破裂事故后的正反应性引入幅度，提高快谱反应堆的安全性。

技术领域

本发明属于核反应堆设计技术领域，涉及一种快谱反应堆堆芯设计方法及堆芯结构，具体涉及一种可抑制蒸汽发生器传热管破裂事故正反应性引入的快谱反应堆堆芯设计方法及堆芯结构。

背景技术

快谱反应堆冷却剂具有中子慢化作用弱、热传导性强、化学性质稳定等特性，使得快谱反应堆具备优良的中子物理、热工水力、系统安全性质，并入选国际主流核能界认可的“第四代”先进核能系统。

与传统压水堆不同，快谱反应堆的一次侧压力远小于二次侧压力。当发生蒸汽发生器传热管破裂事故时，蒸汽会由二次侧向一次侧喷射，进入一次侧的蒸汽可能会被冷却剂夹带进入堆芯。进入堆芯的蒸汽会增强堆芯内的中子慢化，引入正反应性，导致反应堆堆芯功率剧增，从而出现堆芯熔化的风险。因此，非常有必要对快谱反应堆的堆芯设计方法进行研究，使得反应堆在发生蒸汽发生器传热管破裂事故时，具备抑制正反应性引入的能力，从而进一步提高快谱反应堆的安全性。为此，本专利提出一种可抑制蒸汽发生器传热管破裂事故正反应性引入的快谱反应堆堆芯设计方法。

通过国内外专利查新发现，目前国内外并无和本发明一致或内容十分类似的专利。

发明内容

本发明的目的在于：

本发明的目的在于针对快谱反应堆，提出一种可抑制蒸汽发生器传热管破裂事故正反应性引入堆芯设计方法，有效控制发生蒸汽发生器传热管破裂事故后的正反应性引入幅度，提高快谱反应堆的安全性。

本发明采用的技术方案：

一种快谱反应堆堆芯设计方法，包括如下步骤：

步骤1选择毒物材料抑制因中子慢化引入的正反应性；步骤2选择毒物材料的堆内布置方式。

所述步骤1中，选择热群吸收截面大于快群吸收截面的毒物材料，抑制蒸汽发生器传热管破裂事故增强堆芯中子慢化所引入的正反应性。

所述毒物材料为含¹⁰B、¹¹³Cd、¹⁴³Nd、¹⁴⁹Sm、¹⁵¹Eu、¹⁵⁵Gd、¹⁵⁷Gd、¹⁵⁹Tb、¹⁶¹Dy、¹⁶⁴Dy、¹⁶⁵Ho、¹⁶⁷Er、¹⁶⁹Tm、¹⁷⁶Lu、¹⁷⁷Hf、¹⁸¹Ta、Re、¹⁹¹Ir的化合物。

所述步骤2中，选择如下四种方式或四种方式的任意结合进行毒物材料的堆内布置：设置毒物棒，将毒物材料制作成为棒状元件取代部分燃料棒，布置在燃料组件中；设置燃料棒毒物涂层，在燃料棒包壳外均匀涂抹一层毒物材料；设置堆芯毒物包覆层，在堆芯活性区围板内层均匀涂抹一层毒物材料；设置均匀混合毒物的燃料棒，将一定量的毒物材料与燃料均匀混合制作成混杂毒物的燃料元件。

一种快谱反应堆堆芯设计方法的堆芯结构，包括燃料棒和毒物棒，在由燃料棒构成的正六边形燃料组件中，在燃料组件六个顶点处设置六根毒物棒替换燃料棒。

所述毒物棒径向尺寸与燃料棒一致。