[其他]液体慢化剂控制系统一重水D2O/轻水H2O

说明书

本发明概括地论述了压水核反应堆能谱偏移方面的问题，详细论述了用来实现能谱偏移的低效中子慢化液体的控制系统。

在一般的现代化压水核反应堆中，反应堆堆芯设计成具有剩余反应性。当反应堆运行时，剩余反应性逐渐消耗，直至反应堆堆芯不再能维持核反应，到那时反应堆必须换料。通常，这种情况一年内就会发生。使反应堆两次换料之间的时间增加到最长（即延长堆芯寿命）是很有益的，因为换料需要使反应堆完全停闭，而且非常费时间。延长堆芯寿命通常是通过给堆芯提供大量的剩余反应性来实现的。

一般来说，对于裂变过程的控制，也就是反应性控制，包括剩余反应性需要的控制，是通过改变反应堆堆芯的中子吸收材料的数量来实现的。包含有中子吸收材料的、可插入和提出堆芯的控制棒提供了控制反应性的一种方法。溶解在反应堆冷却剂中的可燃的和非可燃的毒物提供了控制反应性的另一种方法。当反应性由于反应堆运行而减少时，毒物通过反应堆运行期间的消耗而逐渐除去，或者通过为此目的而设计的一个独立系统而除去。最经常的情况是，应用溶解毒物和控制棒相结合的方式，来控制反应堆和剩余反应性。

遗憾的是，用控制棒和毒物进行控制会吸收掉中子，这些中子在其它情况下可在生产中加以利用。例如，可以利用剩余反应性产生的中子将燃料组件中的增殖性材料转换为钚或裂变铀，这两种材料可以再被裂变而有助于进一步延长堆芯寿命。所以，当应用控制棒和溶解毒物提供十分有效的反应堆控制的时候，这种应用却也包含着高价格铀的比较低效率的消耗。因此，为了进一步延长堆芯寿命或两次换料之间的时间，为了降低燃料价格，如能控制剩余反应性，而又不抑制与剩余反应性有关的中子，那是很有利的。

大家知道，通过在燃料循环的第一阶段中使用“硬化”（核能）能谱的方法，以降低剩余反应性、增加增殖性材料至裂变材料的转换;然后在燃料循环的后期应用“软化”（较低能量）中子能谱的方法，通过使以前产生的裂变物质进行裂变，来增加反应性、延长堆芯寿命，从而能降低燃料元件的浓缩度，提高生产裂变材料的转换比。应用上述原理的这样一种方法，称之为能谱偏移控制，它可使反应堆的堆芯寿命得到延长，而又减少反应堆堆芯中中子吸收材料的数量。在应用这种控制方法的实例中，有一个用机械方法实现能谱偏移的反应堆，在堆芯的一些燃料组件中，装有一些空心的置换棒（当然，这些棒会在燃料组件中排出相同体积的水），这些棒可以用机械方法提出或穿孔，以使可用的体积注满水。在堆芯寿命的早期阶段，用置换棒从堆芯中排除一部分水，使中子能谱硬化。而在后期，通过前面所说的置换棒提升或穿孔在堆芯中加进水，使中子能谱软化。题目为“能谱偏移的反应堆控制方法”、转让给西屋电气公司的美国4，432，930号专利，揭示了这样一个用机械方法进行能谱偏移的反应堆。

实现能谱偏移的另一种方法，是在堆芯寿命的早期利用重水或氧化氘置换堆芯中等量体积的水，然后在堆芯寿命的后期逐渐地减少重水的体积并代之以平常的反应堆冷却剂（轻水）。这种低效的慢化剂（重水）允许采用较低的燃料浓缩度，并得到将增殖性材料转换为裂变材料的较高转换比，这两点结合起来就可以保证降低燃料的价格和延长堆芯的寿命。

可以很好地理解到，能谱偏移方法的成功部分地依靠这样一个系统，该系统可以控制供给反应堆的慢化液体（包括混合液体）的数量，使之与任意给定时刻的反应堆的反应性要求相协调;该系统还用来从反应堆中排出液体，并使该液体浓集供以后使用。

因此，本发明的主要目的是提供一个压力容器外部的控制系统，它用来为反应堆压力容器供给低效的中子慢化液体和（或）低效的中子慢化液体与通常的反应堆冷却剂的混合液体。

从这一目的出发，本发明存在于具有这样一种堆芯结构的核反应堆中，在这种堆芯结构中装有一些能容纳用于能谱偏移的不同液体的管道、一个能对上述管道的液体供给进行控制的控制系统。这一控制系统的特点表现为它包括：使进出上述压力容器的上述液体形成循环的装置;为保持预定的液体压力使上述循环装置中液体进行稳压的装置;给上述循环装置供应慢化剂液体的装置;从上述循环装置排出慢化剂液体的装置;以及改变供给上述循环装置的液体浓度的装置。

通过对下面图中对所选择的实施例（仅作为例子）作下述说明，将会使本发明变得更加容易理解。其中：

图1是反应堆冷却剂中硼浓度对于反应堆燃料运行时间的曲线图;

图2是液体慢化剂浓度对于反应堆燃料运行时间的曲线图;

图3是本发明的一个具体的液体慢化剂控制系统的原理流程图;

图4是本发明的适用于保持堆芯排热的控制系统原理流程图;

图5是本发明的另一个实施例的控制系统的原理流程图。