[发明专利]一种无可溶硼冷却剂的压水反应堆及其燃料组件

说明书

本发明公开了一种燃料组件，应用于无可溶硼冷却剂的压水反应堆中，其包括：多根粗径控制棒导向管，所述每一根粗径控制棒导向管占据2×2根燃料棒的位置，所述多根粗径控制棒导向管对称布置在所述燃料组件中，所述多根粗径控制棒导向管的数量为12至20根。相应地，本发明还公开了一种采用所述燃料组件的无可溶硼冷却剂的压水反应堆。实施本发明，在该燃料组件中由于可插入具有更大中子吸收效能的粗径控制棒，可以使反应堆堆芯具有引入较大负反应性的潜力，能提高压水反应堆的效率和安全性，并能降低成本。

技术领域

本发明涉及一种压水堆核电厂反应堆设计领域，尤其涉及一种无可溶硼冷却剂的压水反应堆及其燃料组件。

背景技术

在现有的压水反应堆核电厂中，主要依靠可在堆芯上下移动的控制棒和冷却剂中可调节浓度的可溶硼作为中子吸收体对反应堆堆芯的后备反应性进行控制，另外还有布置在燃料组件中的固体可燃毒物吸收体或在燃料芯块表面覆盖薄层的可燃毒物吸收体起到辅助功能。

对于较缓慢的反应性变化，反应性控制是通过可溶硼浓度的变化实现的。这种反应性变化包括堆芯“冷态”和“热态”之间的过渡引起的慢化剂温度的变化、燃料的燃耗及其裂变产物的积累、氙的变化和钐的变化等。而对于快速的反应性变化，反应性控制是由堆内吸收体控制棒和可溶硼一起控制的，但主要是由吸收体控制棒控制的，它主要用于补偿快速的反应性变化、轴向功率分布的控制、补偿由于堆芯状态（如运行温度、功率水平）变化引起的反应性变化、必要时的反应堆停堆等。

如图1所示，示出现有的一种压水反应堆用燃料组件结构示意图，具体地，其为一种采用17×17（即燃料棒按17×17方阵排列）燃料组件（AFA3G型），其中含有24根细径控制棒导向管11’，在燃料组件的中心位置还布置一根可插入中子探测器的仪表管12，每根控制棒导向管和仪表管占据一根燃料棒的位置，其余位置设置燃料棒13。这种燃料组件的活性段即燃料芯块摞的长度为365.76cm（12英尺）。

目前而言，上述用于压水堆核电厂反应堆的燃料组件是技术成熟、运行安全的燃料组件，在国内外均有广泛应用。但是，这些应用的一个共同特点是反应堆冷却剂中均含有可溶硼作为中子吸收剂。

对于某些压水堆系统（例如小型模块化压水堆核电厂、海上可移动式压水堆核电厂），为了简化或减少系统和设备，通常不设置与可溶硼相关的系统，如化学容积控制系统、硼水补给系统、硼再循环系统等，该反应堆堆芯在正常运行时的反应性控制与调节主要依赖控制棒组件。

根据核安全法规《核动力厂设计安全规定》要求，即使在堆芯处于反应性最大的状态下，必须至少有一个系统能够独立地以足够的深度和高可靠性使反应堆保持次临界状态。这个独立的系统正是控制棒控制系统。控制棒组件的驱动机构一般安装在反应堆压力容器上封头（顶盖）上面。由于受反应堆压力容器上封头（顶盖）力学结构和控制棒驱动机构尺寸的限制，一般不可能在每个燃料组件对应的部位都布置控制棒组件。因此，例如采用含有24根细径控制棒导向管的AFA3G型，仅利用有限数量的控制棒组件，而没有可溶硼中子吸收剂的作用，将使堆芯后备反应性的控制能力严重不足，反应堆的停堆裕度和次临界度都很低。如果辅以固体可燃毒物，又将可能使反应堆的后备反应性过小，无法维持运行寿期内的临界状态。

同时，含有细径控制棒导向管的AFA3G的燃料组件还存在着刚度问题，在反应堆运行期间较容易发生弯曲变形，使控制棒插入燃料组件中时发生卡涩。

因此，基于上述因素考虑，如何在无可溶硼冷却剂的压水反应堆使反应堆堆芯具有引入较大负反应性的潜力、增大反应堆的停堆裕度和次临界度、提高堆芯后备反应性的控制能力，以及提高燃料组件的刚度是一个急待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种无可溶硼冷却剂的压水反应堆及其使用的燃料组件，可提高压水反应堆的效率和安全性，并能降低成本。