專利名稱:反應(yīng)堆系統(tǒng)和控制方法
本發(fā)明涉及到一個(gè)核反應(yīng)堆系統(tǒng)或者在使用移動(dòng)的中子吸收物體基礎(chǔ)上的控制功率調(diào)節(jié)和功率關(guān)閉的核反應(yīng)堆系統(tǒng)，調(diào)節(jié)核反應(yīng)堆功率輸出的方法，與這種方法相匹配的吸收物體和調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
目前在核反應(yīng)堆上通常實(shí)際上使用兩種相互無關(guān)的關(guān)閉系統(tǒng)。它們的作用是結(jié)束原子鏈反應(yīng)。將這種系統(tǒng)中的一個(gè)也可以使用于調(diào)節(jié)反應(yīng)堆運(yùn)行，也就是說調(diào)節(jié)功率輸出和功率輸出特征。一般來說關(guān)閉系統(tǒng)是這樣工作的，它將中子吸收材料輸入到芯子或者芯子附近(例如輸入到周圍的反射器上)。例如在所有運(yùn)行狀態(tài)和中間狀態(tài)當(dāng)出現(xiàn)溫度變化時(shí)和/或當(dāng)Xe135裂變時(shí)，被輸入吸收劑的量必須足夠，以便適當(dāng)快地和如果這是合適的話保證吸收作用。
將關(guān)閉系統(tǒng)也使用在調(diào)節(jié)情況時(shí)，在正常運(yùn)行時(shí)這種吸收劑不完全從其作用位置移開，這樣當(dāng)繼續(xù)移開時(shí)可以提高反應(yīng)性，也就是說，可以提高核裂變的速度。如果另外的吸收劑移動(dòng)到作用位置，從而鏈反應(yīng)被破壞，然而保持關(guān)閉功能。
所謂的高溫反應(yīng)堆(HTR)近來已經(jīng)盡人皆知。它的名字符合事實(shí)，由于它的石墨結(jié)構(gòu)有可能產(chǎn)生高溫?zé)崃?，HTR的一個(gè)特殊類型是球堆反應(yīng)堆或者散裝球反應(yīng)堆。這通過一系列先進(jìn)的開發(fā)階段，這些各自作為AVR是已知的(試驗(yàn)性反應(yīng)堆工作小組，反應(yīng)堆的熱功率輸出為46MW，是對(duì)于氦輸出溫度為850℃設(shè)計(jì)的，但是試驗(yàn)性地運(yùn)行到1000℃以下和安裝在Juelich，德國(guó))；THTR(釷高溫反應(yīng)堆，熱功率輸出750MW，安裝在Uentrop，德國(guó))；MODUL-HTR(一個(gè)模塊化的散裝球反應(yīng)堆熱功率輸出為200MW，在德國(guó)開發(fā)的)。散裝球反應(yīng)堆特征之一在于，當(dāng)其運(yùn)行時(shí)將新的球的燃料元素可以輸入給其芯子和必要時(shí)可以將老的從其中取出。這種特性使得調(diào)節(jié)系統(tǒng)從其任務(wù)中解脫出來，使得核燃料的消耗通過吸收劑材料的萃取得到補(bǔ)償成為可能。在這些系統(tǒng)中只還必須補(bǔ)償反應(yīng)的波動(dòng)，這是由于Xe135濃度改變和由于類似的意義不大的效應(yīng)引起的溫度變化產(chǎn)生的。
一般來說在關(guān)閉和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是使用棒，在其中將吸收材料封閉在金屬管中。如果正確設(shè)計(jì)散裝球芯子時(shí)，可以將這樣的棒引導(dǎo)到安排在側(cè)面的反射器的棒開口中。此外如同目前只在模塊化-HTR-方案的第二個(gè)關(guān)閉系統(tǒng)中為了關(guān)閉目的進(jìn)行的，有可能將吸收劑封閉在小球中代替在棒中。這樣的球作為“小吸收劑球”(SAS)在普通德語(yǔ)翻譯表達(dá)為“小的吸收劑小球”(KLAK)是已知的。這種SAS-物體是由包括硼或者碳化硼的石墨球組合成的。將SAS引導(dǎo)到所謂的立式的SAS-孔或者SAS-引導(dǎo)裝置中。為了將SAS從其作用位置取出始終是實(shí)際的，將這些重力地從SAS-孔或者SAS-引導(dǎo)裝置的下端取出。然后將這些用氣動(dòng)送回到SAS-引導(dǎo)裝置的輸入容器中。棒和SAS最重要的區(qū)別在于1. SAS比金屬棒的溫度敏感性小2. 棒可以從地面也可以從上面裝入，如果將棒制造成短棒時(shí)，和可以將其安裝在不同的位置上，而SAS由于重力集聚在每個(gè)引導(dǎo)裝置的地面端部和必須重力地重新裝滿，以便達(dá)到比較高的水平或者將這些向下取出，以便降低吸收水平。
目前特別是將上述棒形狀的吸收劑材料使用在很多反應(yīng)堆中，以便用所希望的檢查方法影響功率輸出特征，特別是熱輸出特征，因此一般來說，以便使這種特征趨于平緩。在HTR中也是這樣作的，因此主要是為了在石墨反射器中避免地方受限制的高輻射盒。在散裝球-HTR中被消耗燃料的濃度在向下方向增加。因此功率輸出的最大值一般位于芯子的上半部分。上半部分的最大功率輸出的這個(gè)特征，和由此得出的快速中子的特征/產(chǎn)品性能也可以趨于平緩，如果正巧用于調(diào)節(jié)功率輸出的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的吸收物體的部分在正常運(yùn)行條件下位于接近最大值時(shí)。從最大作用的位置取出時(shí)釋放反應(yīng)性，與此相反輸入另外的吸收劑材料降低這種放射性和必要時(shí)導(dǎo)致關(guān)閉。為了可以完全利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)的這種特性，但是也為了降低這種控制過程的成本，過去一般是這樣構(gòu)成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的，用棒工作。SAS在過去只使用在第二個(gè)關(guān)閉系統(tǒng)中，也就是說只構(gòu)成為用于完全的關(guān)閉。在這種關(guān)閉系統(tǒng)中傳統(tǒng)地使用10mm直徑的SAS，以下形狀的SAS-引導(dǎo)裝置是已知的A) 在反射器中具有圓通道截面的直線立式通道。這些最容易制造和一般直徑為80至130mm。
B) 直線立式的通道稍帶長(zhǎng)形截面，其比較寬的側(cè)面對(duì)著芯子，效率比較高，雖然它們可以比較容易受到輻射損傷的侵襲。在模塊化-反應(yīng)堆中所有的截面尺寸一般為260×60mm具有半圓形狀的端部。
C) 兩個(gè)或者多個(gè)緊密靠在一起的，直線的立式通道，其作用大約類似于B)和不易受到負(fù)荷損傷的侵襲。
在散裝球-HTR情況下，將冷卻氣體直接用于驅(qū)動(dòng)用氣體介質(zhì)驅(qū)動(dòng)的透平機(jī)，冷卻空氣的溫度明顯高于以前反應(yīng)堆中的。這是可能存在問題的原因，如果第一個(gè)關(guān)閉系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的吸收劑棒，和由于這種棒的金屬外表面的公差相對(duì)于高溫受到限制。
另外一方面不可以放棄傳統(tǒng)的當(dāng)代技術(shù)水平的吸收劑棒系統(tǒng)，如果為此不提高作用在反射器上的輻射負(fù)荷。這又有可能對(duì)反應(yīng)堆的壽命期望值有很不利的影響。
因此在第一個(gè)調(diào)節(jié)-和關(guān)閉系統(tǒng)中有必要開發(fā)與傳統(tǒng)吸收劑棒不同的方案，在不損失調(diào)節(jié)能力和不損失反射器對(duì)輻射超負(fù)荷的保護(hù)情況下這種方案避免了或者減弱了傳統(tǒng)棒的熱敏感性。
本發(fā)明提供了如開始敘述的一個(gè)核反應(yīng)堆，在其中包括一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將其構(gòu)成為用于調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的功率輸出，包括一個(gè)引導(dǎo)系統(tǒng)，這個(gè)引導(dǎo)裝置將用重力輸入的，有自由流動(dòng)能力的，礫石形狀的中子吸收物體可以調(diào)整水平地裝入或者可以裝入一個(gè)裝置中，這個(gè)裝置是這樣構(gòu)成的，在已經(jīng)安排的運(yùn)行條件下在芯子區(qū)域最大的功率輸出占統(tǒng)治地位，出現(xiàn)最大的中子吸收能力，和這個(gè)區(qū)域向下方向跟隨著一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域構(gòu)成為提供減小或者零數(shù)值的中子吸收。
特別是本發(fā)明提供了如開始敘述的一個(gè)核反應(yīng)堆，在其中用于調(diào)節(jié)功率輸出的一個(gè)系統(tǒng)使用或者可以使用所謂的小吸收劑球(SAS)在一個(gè)裝置中作為中子吸收物體，這個(gè)裝置是這樣安排的，這個(gè)裝置在反應(yīng)堆芯子的一部分的一個(gè)區(qū)域中提供最大的中子吸收作用，在其上最大的或者接近最大的功率輸出占統(tǒng)治地位，和向芯子區(qū)域方向中子吸收作用減少，在其上當(dāng)不出現(xiàn)芯子中毒時(shí)功率輸出本身減少。
術(shù)語(yǔ)“芯子中毒”涉及到由于中子吸收感染的功率輸出減少。
本發(fā)明有益地使用在高溫反應(yīng)堆類型的(HTR)反應(yīng)堆上，和特別是使用在這樣設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆上，將具有或者不具有重復(fù)處理的，部分使用過的燃料的新鮮核燃料在一個(gè)端部輸入，和將具有或者不具有部分使用過的燃料的使用過的燃料從對(duì)面的端部取出，和將SAS保存在一個(gè)裝置中，這個(gè)裝置是這樣構(gòu)成的，這個(gè)裝置在鄰接或者接近反應(yīng)堆芯子一部分的區(qū)域上提供最大的中子吸收作用，在其中穿過反應(yīng)堆的燃料達(dá)到最大的或者接近最大的功率輸出，和它在這樣的芯子地區(qū)的區(qū)域上提供中子吸收作用的減少或者接近零的中子吸收作用，在其上燃料放射性已經(jīng)減少。一個(gè)優(yōu)異的實(shí)施形式是散裝球類型的。
對(duì)于每個(gè)給定的反應(yīng)堆水平(以反應(yīng)堆芯子為基礎(chǔ))，在其中應(yīng)該出現(xiàn)從最大吸收作用變化到比較小或者接近零的吸收作用，很大程度上取決于燃料輸入到反應(yīng)堆的方式和方法。有益的是裝置是這樣設(shè)計(jì)的，裝置在靠在或者接近于靠在反應(yīng)堆芯子上半部分的區(qū)域上提供最大或者接近最大的吸收效應(yīng)和在一個(gè)區(qū)域上提供減少的或者接近零的吸收作用，從這里出發(fā)沒有中毒的芯子的功率輸出為功率輸出的1/2至1/3，在那里最大的輸出功率占支配地位。特別是減少或者接近零吸收作用的區(qū)域開始在不小于反應(yīng)堆地面反射器區(qū)域上面的整個(gè)芯子長(zhǎng)度1/10的水平上。
如果反應(yīng)堆是具有多層燃料通過能力的反應(yīng)堆時(shí)，一般來說適合于，芯子的最大功率輸出區(qū)域位于整個(gè)芯子高度的50和70％之間的水平上和提供最大吸收作用的裝置的區(qū)域向下擴(kuò)展到反應(yīng)堆的地面反射器區(qū)域上面不大于整個(gè)芯子高度30％的水平上。
另外一方面，如果反應(yīng)堆是按照燃料裝入方式為一次-通過-然后-出來(一次通過然后出來，OTTO)運(yùn)行的，芯子的最大功率輸出的區(qū)域一般來說位于整個(gè)芯子高度66和75％之間的水平上，其中裝置提供最大吸收作用的區(qū)域向下擴(kuò)展到芯子的地面反射器區(qū)域上面大于40％整個(gè)芯子高度的水平上。特別是裝置提供最大吸收作用的區(qū)域向下延伸到芯子地面反射器區(qū)域上面不小于整個(gè)芯子高度的50％。
與優(yōu)異的實(shí)施形式一致裝置包括向下對(duì)準(zhǔn)的引導(dǎo)裝置。引導(dǎo)裝置保存一批SAS或者與之匹配地保存這批SAS，在包圍在反應(yīng)堆側(cè)壁上的反射器中接受這批SAS。例如在這樣的實(shí)施形式中可以通過以下方法導(dǎo)致中子吸收作用的減少a) 一個(gè)或者多個(gè)引導(dǎo)裝置的截面的減??；b) 一個(gè)或者多個(gè)引導(dǎo)裝置與芯子壁的距離增加；c) 一個(gè)或者多個(gè)引導(dǎo)裝置中的截面結(jié)構(gòu)改變；或者d) a)至c)的兩個(gè)或者多個(gè)特征的組合。
可以這樣理解，對(duì)于d)用截面減小或者用距離增加或者用截面構(gòu)造的交替變化的組合得到的水平必須是不同的。
將上述實(shí)施例a)可以導(dǎo)致不同心，例如以便得到a)和b)的組合?？梢詫⒍鄠€(gè)緊密相互鄰接的引導(dǎo)裝置組合在一起，以便進(jìn)入單個(gè)的緊密的共同的引導(dǎo)裝置中。
為了避免堵塞，建義不應(yīng)該將截面減小到引導(dǎo)裝置直徑小于6 SAS-直徑。
有益的是將截面減小成具有尖入口的漏斗形狀，有益的是以芯子線為基準(zhǔn)傾斜不大于45°和實(shí)際上是很尖的，這導(dǎo)致吸收作用非?？斓臏p小。尖入口必須不是恒定的。有益的是從具有恒定的最大截面(那里出現(xiàn)最大的吸收能力)的部分到漏斗形狀的部分是圓滑過度的。如果漏斗形狀的部分過渡到具有恒定截面的狹窄部分，同樣這個(gè)過度也可以應(yīng)該是圓滑的。
在b)實(shí)施例中距離是通過引導(dǎo)裝置的曲柄形狀的曲線放大的。曲柄形狀的曲線也可以通過圓滑的折彎成形。過度區(qū)域從位于芯子最近的最大吸收的區(qū)域向下到最小吸收的引導(dǎo)裝置區(qū)域，其芯子距離最遠(yuǎn)，過度區(qū)域有益的還有與垂直線的角度不大于45°和有益的是比較陡，不僅提供了SAS重力流不受阻礙，而且也提供了比較強(qiáng)的吸收功率的逐步減小。此外這個(gè)過度區(qū)域可以有尖的入口，如實(shí)施例a)的情況。距離芯子最遠(yuǎn)的引導(dǎo)裝置區(qū)域可以比距離芯子最近的引導(dǎo)裝置區(qū)域有一個(gè)比較小的截面。
最后在實(shí)施例c)中引導(dǎo)裝置例如為圓截面，與最大吸收作用的芯子相對(duì)比較近，有益的逐漸過度為下面的引導(dǎo)裝置截面例如等于或者小于截面面積，但是具有稍帶長(zhǎng)形的截面，具有一個(gè)與芯子最近的相對(duì)窄的吸收作用減小的側(cè)面。如在實(shí)施例b)中這個(gè)下面的引導(dǎo)裝置區(qū)域可以比上面的引導(dǎo)裝置區(qū)域距離芯子比較遠(yuǎn)。
在最大的和最小的吸收能力之間比較大的差別是，如果上面的引導(dǎo)裝置區(qū)域有一個(gè)稍帶長(zhǎng)形的截面，其寬側(cè)面距離芯子近和是與芯子對(duì)準(zhǔn)的。有選擇地可以將上面的引導(dǎo)裝置分成為多個(gè)緊密靠在一起的各自靠近芯子的通道。
很清楚，可以介紹與本發(fā)明方案沒有區(qū)別的這種原理的很多變型，這種原理(有益的是逐步的)是從相對(duì)于最初由芯子產(chǎn)生的中子吸收敏感性最大的(上面的)的引導(dǎo)裝置部分過渡到相對(duì)于最初在芯子區(qū)域生成的中子的吸收敏感性最小(下面的)的引導(dǎo)裝置部分，即在那里核放射性已經(jīng)減少。很顯然這種方案不僅限于使用在圓形的引導(dǎo)裝置或者簡(jiǎn)單的稍帶長(zhǎng)形的截面(例如具有圓滑的，窄的正面的或者橢圓體的矩形)，而且也可以例如使用在三角形引導(dǎo)裝置截面上，如果這樣的截面應(yīng)該由于無論什么原因證明是有益的。在這種情況下有可能將上面的引導(dǎo)裝置區(qū)域的三角形截面相對(duì)寬的側(cè)面安排在接近芯子和向著芯子，相反應(yīng)該將具有比較小吸收的下面的引導(dǎo)裝置區(qū)域中的有益的尖角形的角對(duì)準(zhǔn)芯子。
過去一般來說SAS直徑不小于10mm，按照本發(fā)明使用直徑小于10mm的SAS，有益的是從4至8mm和完全優(yōu)異的是大約為5mm。用這樣小的直徑很少可能在SAS-引導(dǎo)裝置的狹小零件上造成堵塞，和甚至由于其比較大的比表面它們可以提供改善的中子吸收作用。同樣比較小的球有可能在改善熱交換特性情況下是值得期望的。
當(dāng)透平機(jī)用氦或者其他氣體介質(zhì)運(yùn)行時(shí)本發(fā)明特別有利于直接用于能量功率輸出，在其中要求高的輸出溫度。
按照本發(fā)明的另外觀點(diǎn)安排了當(dāng)使用中子吸收物體通過中子的吸收調(diào)節(jié)核反應(yīng)堆功率輸出的一種方法，其中當(dāng)使用調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)將中子吸收，這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是這樣設(shè)計(jì)的，調(diào)節(jié)具有引導(dǎo)系統(tǒng)的反應(yīng)堆的功率輸出，將用重力輸入的，有自由流動(dòng)能力的，球形的中子吸收物體可以填充到可調(diào)整的水平或者可以卸載，在這樣設(shè)計(jì)的裝置中，它們?cè)谝粋€(gè)芯子區(qū)域提供最大的中子吸收能力，在其中在所希望的運(yùn)行條件下最大的功率輸出占統(tǒng)治地位，和向下方向跟隨著這樣設(shè)計(jì)的一個(gè)區(qū)域，提供減少的或者零數(shù)值的中子吸收。
特別是中子被吸收，如果作為吸收物體的SAS這樣位于反應(yīng)堆反射器的裝置中，它們鄰接在反應(yīng)堆芯子一部分的區(qū)域上，在這個(gè)區(qū)域上最大或者幾乎最大的功率輸出占統(tǒng)治地位，提供最大吸收作用和在鄰接芯子的區(qū)域的方向上，在那里當(dāng)不存在芯子中毒時(shí)本身功率輸出是減少的，中子吸收作用降低。
上面與反應(yīng)堆有關(guān)敘述的其余特征和細(xì)節(jié)同樣可以使用在本方法中。
本發(fā)明的保護(hù)范圍延伸到與本發(fā)明相匹配的SAS，當(dāng)它們的直徑小于10mm時(shí)，有益的是4至8mm和完全優(yōu)異的大約為5mm。
此外本發(fā)明安排了一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)使用中子吸收的物體通過中子吸收調(diào)節(jié)核反應(yīng)堆的功率輸出，如果用作為吸收物體的SAS位于反應(yīng)堆反射器的一個(gè)裝置中，這個(gè)裝置在一個(gè)區(qū)域中提供最大的中子吸收作用和構(gòu)成為依賴于要求增加或者減少能量功率輸出的一個(gè)調(diào)節(jié)輸入在上述裝置中調(diào)節(jié)SAS的水平。
下面在附圖的基礎(chǔ)上詳細(xì)敘述本發(fā)明。
在附圖中表示附
圖1模塊化散裝球-HTR反應(yīng)堆的縱截面簡(jiǎn)圖，在其上可以使用本發(fā)明；附圖2至5 SAS引導(dǎo)裝置的區(qū)域的縱截面簡(jiǎn)圖，按照本發(fā)明應(yīng)該將SAS引導(dǎo)裝置使用在反應(yīng)堆中，引導(dǎo)裝置位于芯子軸線的徑向方向；附圖6 SAS引導(dǎo)裝置的另外實(shí)施形式的縱截面簡(jiǎn)圖，和附圖7至9水平截面簡(jiǎn)圖表示附圖6不同水平VII-VII，VIII-VIII或者IX-IX上引導(dǎo)裝置的輪廓。
現(xiàn)在以附圖1為基礎(chǔ)，在那里表示了用散裝球形狀的燃料(散裝球)模塊-HTR-運(yùn)行方式運(yùn)行的HTR-反應(yīng)堆的立式縱截面簡(jiǎn)圖，反應(yīng)堆對(duì)于應(yīng)用與本發(fā)明一致是進(jìn)行了改進(jìn)。參考符號(hào)1代表了用散裝燃料填充的反應(yīng)堆芯子直到錐形的上面的水平1a，參考符號(hào)2代表不包括外部區(qū)域的反應(yīng)堆是由高純度石墨制造的，外部區(qū)域是由低值石墨制造的。整個(gè)單元是由具有冷卻氣體的例如氦氣的連接管3a的鋼反應(yīng)堆容器3包圍著。燃料進(jìn)入是通過4和由出口控制6控制的燃料出口是通過5表示的。參考符號(hào)7代表地面反射器區(qū)域。
模塊-HTR-運(yùn)行方式的反應(yīng)堆過去是由第一個(gè)關(guān)閉-和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這包括用金屬包圍的中子吸收棒，和第二個(gè)關(guān)閉系統(tǒng)，這整個(gè)是用SAS運(yùn)行的，調(diào)節(jié)的，現(xiàn)在第一個(gè)關(guān)閉-和調(diào)節(jié)系統(tǒng)是通過完全同樣用SAS運(yùn)行的系統(tǒng)所代替。兩個(gè)系統(tǒng)包括SAS引導(dǎo)裝置(沒有詳細(xì)表示)，將這些分布在反射器物體上容納在不同位置上和由SAS-存儲(chǔ)容器8供應(yīng)SAS，從其中只表示了一個(gè)，以便將引導(dǎo)裝置中的SAS-水平提高到要求中子吸收程度所希望的水平。為了降低在引導(dǎo)裝置中SAS的水平以便減少中子吸收，將SAS通過重力從管子的地面端部取出和氣動(dòng)地重新輸送到SAS存儲(chǔ)容器8中。
與本發(fā)明一致為了調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率輸出考慮的這種引導(dǎo)裝置有專門的配置，其中一些以后在附圖2至9基礎(chǔ)上敘述。如果引導(dǎo)裝置裝入SAS時(shí)，通過引導(dǎo)裝置允許的中子吸收的尺度是依賴于引導(dǎo)裝置與芯子的距離以及朝著芯子的區(qū)域的引導(dǎo)裝置的寬度關(guān)系到芯子的一個(gè)專門的水平上。如上面已經(jīng)敘述過的，有很多涉及到芯子1的水平，這些限制了引導(dǎo)裝置的水平，從這些開始按照本發(fā)明在特殊運(yùn)行條件下在調(diào)節(jié)功能的尺度上必須進(jìn)行特別的改動(dòng)，其中這些水平隨著運(yùn)行方法改變。一般來說裝置是這樣構(gòu)造的，它在靠在或者接近靠在反應(yīng)堆芯子的上半部分9的區(qū)域提供最大的或者幾乎最大的吸收作用，其中下半部分表示了區(qū)域9的下半部分，在其中在一個(gè)適當(dāng)?shù)乃缴衔兆饔脺p小或者變?yōu)榱恪?br>區(qū)域10代表了整個(gè)芯子高度的50和70％之間，在其中達(dá)到正常的最大吸收作用，和符號(hào)11代表了地面反射器區(qū)域7上面的芯子高度水平的30％。最大吸收作用區(qū)域一般延伸到不大于芯子高度水平11的30％的水平。
如果反應(yīng)堆工作在燃料裝載的運(yùn)行方法一次-通過-然后-出來(OTTO)時(shí)，芯子的最大功率輸出區(qū)域位于整個(gè)芯子高度的66和75％之間，是通過區(qū)域13表示的，這個(gè)區(qū)域向下擴(kuò)展到大約為芯子高度的40％以上的水平(水平12)。
另外一方面如果反應(yīng)堆是用重復(fù)地重新輸送燃料運(yùn)行的，將在5，6從芯子取出的燃料物體進(jìn)行分析和確定其消耗程度。當(dāng)它們被新的燃料元素代替之前，用這種方法它們可以重復(fù)利用4到20次。在這種情況下最大的功率輸出原則上位于附圖1上的最常出現(xiàn)的水平標(biāo)志(區(qū)域9的下端)和上面的三分之一(區(qū)域13的上端)之間。
反應(yīng)堆水平14代表整個(gè)芯子高度的1/10水平，和一般來說減少的或者零數(shù)值的吸收作用的區(qū)域從這個(gè)水平向上延伸或者高于直到適當(dāng)?shù)谋容^高的水平，在其上最大的吸收占統(tǒng)治地位。
附圖2表示了SAS-引導(dǎo)裝置的一種配置，在其中吸收作用減少是通過引導(dǎo)裝置變得狹窄15引起的，引導(dǎo)裝置有比較寬截面的上面的部分16和變得狹窄的部分17，其直徑不小于SAS-直徑的六倍。部分16逐漸地進(jìn)入漏斗形狀的區(qū)域15和從那里用圓滑的方法過渡到狹窄的管子形狀的部分17。將上面的部分16盡可能近地靠近芯子1包容在反射器2中。如附圖3，4和5其他的實(shí)施例中上面的部分也可以有圓形截面(最簡(jiǎn)單的情況)或者稍帶長(zhǎng)形的截面，其最寬的側(cè)面是朝著芯子1的，或者可以分成很多緊密靠在一起的相鄰的圓的引導(dǎo)裝置，所有這些共同進(jìn)入漏斗形狀的部分15。
附圖3與附圖2相似，例外的是，漏斗形狀的部分15a是偏心的，則下面的變狹窄部分17的軸線與芯子1的距離比較遠(yuǎn)，和在這個(gè)部分17的吸收作用不僅由于其截面比較小，而且也由于其與芯子1的距離比較大而減小。
在附圖4上將附圖3的方案繼續(xù)發(fā)展了一步，漏斗形狀的變狹窄區(qū)域15b進(jìn)入變狹窄的引導(dǎo)裝置部分17a，后者斜向下伸展，在離開芯子1的方向到同樣變狹窄的引導(dǎo)裝置部分17b，這個(gè)與芯子1的距離明顯比較遠(yuǎn)地立式向下延伸。
如附圖5表示的，如果反射器2的厚度允許一個(gè)適當(dāng)?shù)目臻g對(duì)于下面的引導(dǎo)裝置部分17c與芯子1有足夠的距離時(shí)，在這個(gè)部分17c單獨(dú)通過距離增加使中子吸收作用足夠地減小，因此引導(dǎo)裝置直徑有可能從上面部分16向下通過曲柄形狀的中間部分17d進(jìn)入下面部分17c可以保持恒定。在這種情況下在引導(dǎo)裝置中繼續(xù)減少由于變狹窄可能組成的堵塞危險(xiǎn)，特別是如果部分16、17d和17c之間的彎曲如同所表示的是圓滑的。
為了避免在引導(dǎo)裝置中的任何堵塞，如果出現(xiàn)這種情況時(shí)，本發(fā)明為了將引導(dǎo)裝置的地面端部取出的SAS重新傳送到存儲(chǔ)容器8中安排了空氣流，在引導(dǎo)裝置內(nèi)部將空氣流返回和向前進(jìn)方向吹。
附圖5、7、8和9表示了擴(kuò)展的SAS-引導(dǎo)裝置配置，在其中避免了變狹窄。如在附圖6和7中表示的，引導(dǎo)裝置的上面的部分16a的截面VII至VII有一個(gè)稍帶長(zhǎng)形的截面，這是由直的平行的壁構(gòu)成的，其中靠近芯子1近的一個(gè)是朝著芯子區(qū)域1和反射器區(qū)域2之間的鄰接線的。最短的正面18是弧形的。在截面線VIII-VIII上是成形為過度-引導(dǎo)裝置區(qū)域15c，在其中如附圖8所示，引導(dǎo)裝置的截面的構(gòu)造從稍帶長(zhǎng)形的變?yōu)閳A形的，從那里開始向下方向截面構(gòu)造重新改變?yōu)樯詭чL(zhǎng)形的，見附圖9類似于附圖7的那種，區(qū)別是現(xiàn)在短的弧形的引導(dǎo)裝置的壁19朝著芯子區(qū)域1，而長(zhǎng)的縱向的側(cè)邊在反射器2中向徑向遠(yuǎn)離芯子區(qū)域1擴(kuò)展。
顯然在附圖2至9中表示的結(jié)構(gòu)變型是可能的。例如附圖7和9的截面構(gòu)造之間的截面構(gòu)造的過度，比附圖6上表示的可以在更大的縱向的距離上面擴(kuò)展。在附圖2，3和4上的過度區(qū)域15、15a和15b可以逐漸變成更尖和在非常大的距離上面變成更尖和可以變細(xì)繼續(xù)向下進(jìn)入?yún)^(qū)域，現(xiàn)在作為部分17表示的，先決條件是將截面直徑減小到小于6 SAS-直徑。
這里使用的和在權(quán)利要求
書中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”，不局限于這個(gè)意義，附加的東西不僅限于術(shù)語(yǔ)，附加的東西也可以包括沒有專門考慮到的東西。
后面的權(quán)利要求
書是上述公開的一部分。
權(quán)利要求
1.使用移動(dòng)的中子吸收物體的中子吸收基礎(chǔ)上的一個(gè)系統(tǒng)或者用于控制調(diào)節(jié)和關(guān)閉功率輸出系統(tǒng)的核反應(yīng)堆，在其中與調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率輸出相匹配的調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括一個(gè)引導(dǎo)系統(tǒng)，引導(dǎo)系統(tǒng)將用重力作用輸入的，有流動(dòng)能力的，球形的中子吸收物體在裝置中可以裝載到可以調(diào)整的水平，這個(gè)裝置是這樣構(gòu)造的，在芯子區(qū)域提供最大的，快的中子吸收能力，在其上在預(yù)先規(guī)定的運(yùn)行條件下最大的功率輸出占統(tǒng)治地位，和向下方向跟隨著這樣構(gòu)造的一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域提供減小的或者零數(shù)值的中子吸收。
2. 按照權(quán)利要求
1的反應(yīng)堆，在其中為了調(diào)節(jié)功率輸出在裝置中使用或者構(gòu)成所謂的小吸收劑球(SAS)作為中子吸收物體，將這些使用在裝置中，裝置是這樣設(shè)計(jì)的，它在靠近反應(yīng)堆芯子的這部分的區(qū)域中提供最大的中子吸收作用，在其中最大的或者幾乎最大的功率輸出占據(jù)統(tǒng)治地位，和在一個(gè)區(qū)域中中子吸收作用減小，這些區(qū)域在那里與芯子鄰接，那里在不出現(xiàn)芯子中毒時(shí)功率輸出本身減小。
3.按照權(quán)利要求
1或2的反應(yīng)堆，從其結(jié)構(gòu)方式上是一個(gè)高溫反應(yīng)堆(HTR)。
4.按照權(quán)利要求
1，2或3的反應(yīng)堆，是這樣設(shè)計(jì)的，將具有或者不具有重新回收，部分消耗的燃料的新鮮核燃料在一個(gè)端部輸入和將具有或者不具有部分消耗的燃料的消耗燃料從對(duì)面的端部取出，和將SAS保存在一個(gè)裝置中，這個(gè)裝置是這樣設(shè)計(jì)的，它在臨近或者靠近反應(yīng)堆芯子一部分的區(qū)域中產(chǎn)生最大的中子吸收作用，在其中穿過反應(yīng)堆的燃料達(dá)到其最大的或者幾乎最大的功率輸出的目的，和在一個(gè)區(qū)域中產(chǎn)生減小的或者零數(shù)值的中子吸收作用，這個(gè)區(qū)域臨近芯子區(qū)域，在那里燃料放射性已經(jīng)減小。
5.按照上述權(quán)利要求
之一的反應(yīng)堆，結(jié)構(gòu)方式是散裝球類型的。
6.按照上述權(quán)利要求
之一的反應(yīng)堆，在其中，裝置是這樣設(shè)計(jì)的，它在臨近或者靠近反應(yīng)堆芯子的上半部分的區(qū)域中達(dá)到最大的或者幾乎最大的吸收作用和在一個(gè)區(qū)域中達(dá)到減小的或者零數(shù)值的吸收作用，從那里開始沒有中毒的芯子的功率輸出大約為最大功率輸出占統(tǒng)治地位的一半至三分之一。
7.按照上述權(quán)利要求
之一的反應(yīng)堆，在其中，減小或者零數(shù)值的吸收作用的區(qū)域在反應(yīng)堆地面反射器區(qū)域以上不小于整個(gè)高度1/10的水平上開始。
8.按照上述權(quán)利要求
之一的反應(yīng)堆，是多層燃料通過的反應(yīng)堆，在其中，芯子的最大功率輸出區(qū)域位于整個(gè)芯子高度的50和70％之間的一個(gè)水平上和裝置產(chǎn)生最大吸收作用的這個(gè)區(qū)域向下擴(kuò)展到反應(yīng)堆的地面反射器區(qū)域以上不大于整個(gè)芯子高度的30％的水平上。
9.按照上述權(quán)利要求
1至7之一的反應(yīng)堆，其結(jié)構(gòu)方式是一次-通過-然后-出來(0TT0)-的燃料裝載類型，在其中，芯子的最大功率輸出區(qū)域位于整個(gè)芯子高度的66和75％之間的水平上和在其中裝置達(dá)到最大吸收作用的區(qū)域向下擴(kuò)展到芯子的地面反射器區(qū)域以上整個(gè)芯子高度的40％以上的水平上。
10.按照權(quán)利要求
9的反應(yīng)堆，在其中，裝置達(dá)到最大吸收作用的區(qū)域向下擴(kuò)展到芯子的地面反射器區(qū)域以上不小于整個(gè)芯子高度的50％的水平上。
11.按照上述權(quán)利要求
之一的反應(yīng)堆，在其中，裝置包括向下對(duì)準(zhǔn)的引導(dǎo)裝置，引導(dǎo)裝置保持SAS的裝載或者與保持SAS裝載相匹配和容納在包圍反應(yīng)堆側(cè)壁的反射器中。
12.按照權(quán)利要求
11的反應(yīng)堆，在其中，中子吸收作用的減少是通過以下進(jìn)行的a) 一個(gè)或者多個(gè)引導(dǎo)裝置截面的減??；b) 一個(gè)或者多個(gè)引導(dǎo)裝置與芯子壁的距離增加；c) 一個(gè)或者多個(gè)引導(dǎo)裝置中的截面結(jié)構(gòu)改變；或者d) a)至c)的兩個(gè)或者多個(gè)特征的組合。
13.按照權(quán)利要求
12的反應(yīng)堆，在其中a)是逐漸減小的。
14.按照權(quán)利要求
12或13的反應(yīng)堆，在其中截面減小到不小于6 SAS-直徑。
15.按照權(quán)利要求
12至14之一的反應(yīng)堆，在其中b)距離是通過引導(dǎo)裝置的曲柄形狀的彎曲放大的。
16.按照權(quán)利要求
15的反應(yīng)堆，在其中曲柄形狀的彎曲是通過圓滑的折彎成形的。
17.按照上述權(quán)利要求
之一的反應(yīng)堆是用具有直徑小于10mm的SAS運(yùn)行的。
18.按照權(quán)利要求
17的反應(yīng)堆，在其中直徑為大約4至8mm。
19.按照權(quán)利要求
18的反應(yīng)堆，在其中直徑大約為5mm。
20.按照上述權(quán)利要求
之一的反應(yīng)堆，是應(yīng)用在直接驅(qū)動(dòng)氣體介質(zhì)的透平機(jī)上。
21.通過使用中子吸收物體的中子吸收的核反應(yīng)堆功率輸出的調(diào)節(jié)方法，在其中，當(dāng)使用與調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率輸出相匹配的調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)中子被吸收，具有用重力輸入的引導(dǎo)系統(tǒng)，將有自由流動(dòng)能力的球形的中子吸收物體在一個(gè)裝置中裝載到或者可以裝載到可調(diào)整的水平，這個(gè)水平是與可能的，最大的中子吸收能力鄰接地與芯子區(qū)域相匹配的，在那里在預(yù)先規(guī)定的運(yùn)行條件下最大的功率輸出占統(tǒng)治地位，其中跟在這個(gè)后面向下方向有這樣設(shè)計(jì)的一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域提供減小的或者零數(shù)值的中子吸收，此時(shí)中子被吸收，如果將在反應(yīng)堆反射器中用作為吸收物體的SAS位于這樣的裝置中，裝置在與反應(yīng)堆芯子的一部分鄰接的區(qū)域中產(chǎn)生最大的吸收作用，在其中最大的或者幾乎最大的中子吸收作用占統(tǒng)治地位，和在與芯子鄰接區(qū)域的方向上中子吸收作用減小，在其中不存在芯子中毒功率輸出也減少。
22.按照權(quán)利要求
21的方法，在其中，中子被吸收，如果將反應(yīng)堆的反射器中用作為吸收物體的SAS安排在一個(gè)裝置中，裝置在與反應(yīng)堆芯子的一部分鄰接的區(qū)域中產(chǎn)生最大的吸收作用，在其中最大的或者幾乎最大的中子吸收作用占統(tǒng)治地位，和在與芯子鄰接的區(qū)域的方向上中子吸收作用減小，在其上不存在芯子中毒功率輸出減少。
23.按照權(quán)利要求
21或22的方法，使用在一個(gè)高溫反應(yīng)堆(HTR)上。
24.按照權(quán)利要求
21至23之一的方法，應(yīng)用在反應(yīng)堆的核能生產(chǎn)上，在其中，在端部輸入具有或者不具有重新回收的、部分消耗的燃料的新鮮的核燃料和將具有或者不具有部分消耗的燃料的消耗的燃料從對(duì)面的端部取出，和將SAS保存在一個(gè)裝置中，這個(gè)裝置是這樣設(shè)計(jì)的，它在臨近反應(yīng)堆芯子一部分的區(qū)域中產(chǎn)生最大的中子吸收作用，在其中穿過反應(yīng)堆的燃料達(dá)到其最大的或者幾乎最大的功率輸出目的，和產(chǎn)生一個(gè)中子吸收作用，在臨近芯子區(qū)域的一個(gè)區(qū)域的方向上這個(gè)中子吸收作用減小，在其上燃料放射性已經(jīng)減小。
25.按照權(quán)利要求
21至24之一的方法，在其中，燃料包括用散裝形式在反應(yīng)堆芯子(球床)使用的球形的燃料物體。
26.按照權(quán)利要求
21至25之一的方法，在其中，在裝置中使用SAS，裝置在臨近或者靠近反應(yīng)堆芯子的上半部分的區(qū)域中產(chǎn)生最大的或者幾乎最大的吸收作用和在一個(gè)區(qū)域中產(chǎn)生減小的或者零數(shù)值的吸收作用，從那里開始沒有污染的芯子的功率輸出大約為其一半至三分之一，在那里最大的功率輸出占統(tǒng)治地位。
27.按照權(quán)利要求
21至26之一的方法，在其中，減小的或者零數(shù)值的吸收作用的區(qū)域在反應(yīng)堆地面反射器區(qū)域以上不小于整個(gè)高度1/10的水平開始。
28.按照權(quán)利要求
21至27之一的方法，應(yīng)用在具有多層燃料通過的一個(gè)反應(yīng)堆上，在其中，芯子的最大功率輸出區(qū)域位于整個(gè)芯子高度的50和70％之間的一個(gè)水平上和裝置提供最大吸收作用的區(qū)域向下擴(kuò)展到反應(yīng)堆地面反射器區(qū)域以上不大于整個(gè)芯子高度的30％的水平上。
29.按照權(quán)利要求
21至27之一的方法，應(yīng)用在裝載方式為一次-通過-然后-出來(0TT0)的一個(gè)反應(yīng)堆上，在其中，芯子的最大功率輸出區(qū)域位于整個(gè)芯子高度的66和75％之間的一個(gè)水平上和在其中裝置提供最大吸收作用的區(qū)域向下擴(kuò)展到芯子地面反射器區(qū)域以上整個(gè)芯子高度的40％以上的水平上。
30.按照權(quán)利要求
29的方法，在其中，裝置產(chǎn)生最大吸收作用的區(qū)域向下擴(kuò)展到芯子地面反射器區(qū)域以上不小于整個(gè)芯子高度的50％的水平上。
31.按照權(quán)利要求
21至30之一的方法，在其中，將SAS-裝置保留在引導(dǎo)裝置中，包括向下對(duì)準(zhǔn)的引導(dǎo)裝置中，這些引導(dǎo)裝置保存或者相匹配地保存一批SAS和容納在包圍反應(yīng)堆側(cè)壁的反射器中。
32.按照權(quán)利要求
31的方法，在其中，減少中子吸收作用是通過以下進(jìn)行的a)一個(gè)或者多個(gè)引導(dǎo)裝置中的截面減??；b)一個(gè)或者多個(gè)引導(dǎo)裝置與芯子壁的距離增加；c)一個(gè)或者多個(gè)引導(dǎo)裝置中的截面結(jié)構(gòu)改變；或者d)a)至c)的兩個(gè)或者多個(gè)特征的組合。
33.按照權(quán)利要求
32的方法，在其中a)是逐漸減小的。
34.按照權(quán)利要求
32或33的方法，在其中將截面減小到不小于6 SAS-直徑。
35.按照權(quán)利要求
32，33或34的方法，在其中在b)中距離是通過引導(dǎo)裝置曲柄形狀的彎曲放大的。
36.按照權(quán)利要求
35的方法，在其中曲柄形狀的彎曲是通過圓滑的折彎成形的。
37.按照權(quán)利要求
21至36之一的方法，是用具有直徑小于10mm的SAS運(yùn)行的。
38.按照權(quán)利要求
37的方法，在其中直徑為大約4至8mm。
39.按照權(quán)利要求
38的方法，在其中直徑大約為5mm。
40.按照權(quán)利要求
21至39之一的方法，是應(yīng)用在直接驅(qū)動(dòng)氣體介質(zhì)的透平機(jī)上。
41.吸收能力小的小球(SAS)，適合于使用在按照權(quán)利要求
1至40的本發(fā)明上，具有直徑為小于10mm。
42.按照權(quán)利要求
41的吸收能力小的小球，直徑大約為4至8mm。
43.按照權(quán)利要求
42的吸收能力小的小球，直徑大約為5mm。
44.按照權(quán)利要求
1的反應(yīng)堆，原則上如上所述。
45.具有一個(gè)系統(tǒng)或者具有調(diào)節(jié)和關(guān)閉功率輸出控制系統(tǒng)的新的核反應(yīng)堆，是建立在使用移動(dòng)的，球形的或者球的中子吸收物體的中子吸收的基礎(chǔ)上的，原則上是在附圖基礎(chǔ)上敘述的或者在其上表示的。
46.具有一個(gè)系統(tǒng)或者具有調(diào)節(jié)和關(guān)閉功率輸出控制系統(tǒng)的新的核反應(yīng)堆，是建立在使用移動(dòng)的中子吸收物體的中子吸收包括所有新的和按照本發(fā)明的特征或者特征的組合，如這里敘述的或者表示的。
47.按照權(quán)利要求
20的方法原則上如同上面敘述的。
48.使用吸收中子的物體通過中子吸收的調(diào)節(jié)核反應(yīng)堆功率輸出的方法在其中，中子被吸收，如果使用作為吸收物體的球形物體或者SAS位于反應(yīng)堆反射器的一個(gè)裝置中，這個(gè)裝置在一個(gè)區(qū)域中提供最大的吸收作用，如這原則上在附圖基礎(chǔ)上敘述的或者在其上表示的。
49.使用吸收中子的物體通過中子吸收的調(diào)節(jié)核反應(yīng)堆功率輸出的方法，在其中，中子被吸收，如果被用作為吸收物體的球形物體或者SAS位于反應(yīng)堆反射器的一個(gè)裝置中，這個(gè)裝置在一個(gè)區(qū)域中提供最大的吸收作用，包括所有新的和本發(fā)明的特征或者特征的組合，如在這里敘述的或者表示的。
50.使用吸收中子的物體通過中子的吸收用于調(diào)節(jié)核反應(yīng)堆功率輸出的調(diào)節(jié)系統(tǒng)在其中，中子被吸收，如果被用作為吸收物體的球形物體或者SAS位于反應(yīng)堆反射器的一個(gè)裝置中，這個(gè)裝置在一個(gè)區(qū)域中提供最大的吸收作用，這個(gè)區(qū)域用于調(diào)節(jié)SAS的水平在一個(gè)裝置中是按照上述 之一構(gòu)成的，依賴于一個(gè)調(diào)節(jié)輸入使得能量功率輸出增加或者減少。
專利摘要
本發(fā)明涉及到一個(gè)反應(yīng)堆具有一個(gè)系統(tǒng)或者具有調(diào)節(jié)和關(guān)閉功率輸出的控制系統(tǒng)是在中子吸收基礎(chǔ)上使用移動(dòng)的中子吸收物體,用于調(diào)節(jié)核反應(yīng)堆的輸出功率的方法,吸收物體與這種方法和調(diào)節(jié)系統(tǒng)相匹配。在反射器中的引導(dǎo)裝置的一個(gè)裝置中使用球形的吸收物體,例如SAS,這個(gè)裝置在芯子最大輸出功率的區(qū)域上產(chǎn)生最大的中子吸收和產(chǎn)生減小的或者零數(shù)值的吸收,在那里芯子的輸出功率減少。
文檔編號(hào)G21C7/107GKCN1343360SQ00804821
公開日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2000年1月7日
發(fā)明者W·舍雷, H·格爾溫 申請(qǐng)人:于利奇研究中心有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan