[发明专利]一种适用于大型核动力堆的Am-Be中子源组件及堆芯

说明书

本发明公开了一种适用于大型核动力堆的Am‑Be中子源组件及堆芯，该中子源组件包括星形架及若干挂设在星形架上的中子源棒；中子源棒内装载有Am‑Be材料，为堆芯物理启动提供中子源；中子源棒的数目取决于压力容器下降段水隙厚度造成的衰减。中子源棒包括中子源棒包壳、压紧管和Am‑Be材料芯块，中子源棒包壳内设置有Am‑Be材料芯块。中子源棒还包括Sb‑Be材料芯块，Am‑Be材料芯块与Sb‑Be材料芯块沿中子源棒包壳的轴向交替布置。本发明节省Cf‑252源的高额采购费用，避免短半衰期中子源可能带来的，电厂因为各种意外进行长时间停堆造成无中子源可用的问题；不再使用单独的堆芯二次中子源。

技术领域

本发明涉及核反应堆设计技术领域，具体涉及一种适用于大型核动力堆的Am-Be中子源组件及堆芯。

背景技术

反应堆在装料和启动期间，需要对堆芯裂变反应率及其变化进行监测，从而防止反应堆达到无法控制的瞬发临界状态。目前的监测手段是在堆芯外一定位置布置堆外核测仪表，通过监测从堆芯到堆外核测仪表的中子，对堆芯裂变反应率及其变化进行监测。

大型核动力反应堆压力容器内部一般处于高温高压状态，压力容器内处于高温高压状态，其结构复杂，压力容器内冷却剂含硼，会影响探测器对中子的探测。堆外核测系统探测器只能布置在压力容器外。为了降低应对高温高压环境的压力容器材料的辐照后性能降低程度，压力容器与堆芯之间存在较厚的屏蔽层，且压力容器本体的厚度也较厚，因此，相较低温低压试验反应堆，从对堆芯到布置在压力容器外的堆外核测系统仪表位置的之间的衰减幅度较大。

反应堆在装料和启动期间，需要对堆芯裂变反应率及其变化进行监测，由于堆芯次临界度较低，需要在堆芯布置外加中子源提供附加中子，以高堆芯裂变反应率，提高堆外源量程探测器接受中子的数量，达到其基本量程。

目前的在役核电厂，在第一循环中，监测使用的是堆外源量程探测器，距离堆芯较远，在堆芯布置两组一次中子源组件，在组件中的一次中子源组件包括两束中子源棒，一束棒为一次中子源，材料一般为锎源(Cf-252)，也有布置钋铍源(Po-Be)，可以在首次启动时能够释放中子，用于首次物理启动等情景下提供附加中子，另一束棒为锑铍中子源棒，在入堆经过一段时间活化后可以释放中子。正常情况下，首循环只会在调试阶段启动若干次，仅需使用一次中子源提供的中子，但也存在首循环调试时间较长，或在在运行一段时间后停堆较长时间的场景，这种状态下经受辐照的Cf-252源可能无法再提供足够多的附加中子，一次中子源组件另一侧的锑铍中子源棒能够补充提供一定量的附加中子。从第二循环开始，使用另外布置两组二次中子源组件(锑铍(Sb-Be)源)，用于提高探测器处的中子注量率和计数率。

然而，目前国内在役核电厂中子源的使用存在有以下缺点：

1)Cf-252源生产困难，生产成本高，由于半衰期较短，需要在堆芯布置二次中子源；2)Po-Be源毒性较大，且Po-210半衰期过短，不利于安排反应堆启动时间计划，也需要在堆芯布置二次中子源；3)Sb-Be源具有增加一回路冷却剂剂中Sb-124比活度的风险；4)Po-Be、Sb-Be源半衰期都不长，Cf-252半衰期约2.6年，但Cf-252昂贵，因此在购买时不会考虑过多保守性，当电厂因为各种意外进行长时间停堆后，中子源源强过低，反应堆在启动过程中难以进行有效的监测。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于大型核动力堆的Am-Be中子源组件及堆芯，该Am-Be中子源组件提供的Am-Be中子源，可以在反应堆中替代传统的一次中子源(Cf-252中子源、Po-Be中子源)，节省Cf-252源的高额采购费用；使用Am-Be中子源可以不再重复布置单独的堆芯二次中子源(Sb-Be材料)，也可满足堆芯装料和启动临界安全监督要求。同时避免短半衰期中子源可能带来的，电厂因为各种意外进行长时间停堆造成无中子源可用的问题。本发明在堆芯中进行合理的布置，使得在反应堆在首循环和后续循环探测器处计数率和裂变中子所占份额能够满足设计要求。

本发明通过下述技术方案实现：