本發(fā)明涉及核電領(lǐng)域，尤其涉及一種重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)主要采用如下結(jié)構(gòu)方案，1、由控制棒應(yīng)急停堆子系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)方案，其中：控制棒應(yīng)急停堆子系統(tǒng)的停堆斷路器與反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)相連接，當(dāng)接收反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出的緊急停堆信號(hào)并實(shí)現(xiàn)控制棒下落。2、具有溫度觸發(fā)功能的停堆的結(jié)構(gòu)方案，其中：利用軟磁材料在堆芯出口冷卻劑溫度超過(guò)軟磁材料的居里點(diǎn)溫度時(shí)，由于自身的物理性能而失去磁性，軟磁材料斷開(kāi)與永磁鐵的吸附，從而把加速器的正負(fù)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)非能動(dòng)停堆的目的。3、由燃料組件、第一套控制棒、第二套控制棒以及鈹組件組成的結(jié)構(gòu)方案，其中：采用機(jī)械控制棒作為第二套停堆系統(tǒng)的堆芯，當(dāng)?shù)谝惶卓刂瓢艨ㄔ谂R界棒位無(wú)法實(shí)現(xiàn)停堆動(dòng)作時(shí)，可以通過(guò)第二套控制棒實(shí)現(xiàn)快速停堆。

以上重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)存在的問(wèn)題是：重金屬冷卻劑的密度較大，控制棒組件需增加配重材料，以保證控制棒組件插入堆芯；控制棒組件存在卡棒風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致部分控制棒無(wú)法順利插入堆芯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)，可主動(dòng)或被動(dòng)投入運(yùn)行，為堆芯引入足量的負(fù)反應(yīng)性，保證堆芯始終處于反應(yīng)性可控狀態(tài)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)，包括：重金屬冷卻反應(yīng)堆本體，重金屬冷卻反應(yīng)堆本體中設(shè)有多組燃料組件；可使重金屬冷卻劑自下而上進(jìn)行流動(dòng)的孔道，多組燃料組件環(huán)繞設(shè)置在孔道的外周；設(shè)置在孔道中的隔板，隔板位于多組燃料組件活性段的下端面以下的位置；設(shè)置在孔道中的且由隔板進(jìn)行隔擋的多個(gè)中子吸收球，其中：隔板被打開(kāi)，重金屬冷卻劑中的多個(gè)中子吸收球上浮至孔道中的多組燃料組件活性段的區(qū)間位置，以吸收中子使重金屬冷卻反應(yīng)堆緊急停堆。

其中，孔道設(shè)置在按一定規(guī)則進(jìn)行排布的多組燃料組件的中心位置。

其中，燃料組件的截面呈六邊形，孔道的截面為圓形，多組燃料組件依次緊密排布將孔道圍擋在其中。

其中，隔板設(shè)置為可供重金屬冷卻劑自下而上進(jìn)行流動(dòng)的網(wǎng)格狀。

其中，隔板設(shè)置為可主動(dòng)打開(kāi)。

其中，隔板設(shè)有由熱敏材料構(gòu)成的開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)設(shè)置的使隔板打開(kāi)的動(dòng)作溫度可調(diào)節(jié)。

其中，中子吸收球?yàn)樘蓟鹬凶游涨颉?/p>

其中，碳化硼中子吸收球的內(nèi)部可設(shè)為空心，以降低碳化硼中子吸收球的等效密度。

其中，孔道可設(shè)置為多個(gè)，用以提高其中裝載中子吸收球的數(shù)量。

本發(fā)明所提供的重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)，具有如下有益效果：

第一、由于孔道中設(shè)置隔板，隔板位于多組燃料組件活性段的下端面以下的位置；多個(gè)中子吸收球設(shè)置在孔道中的且由隔板進(jìn)行隔擋，其中：隔板被打開(kāi)，重金屬冷卻劑中的多個(gè)中子吸收球上浮至孔道中的多組燃料組件活性段的區(qū)間位置，以吸收中子使重金屬冷卻反應(yīng)堆緊急停堆。本系統(tǒng)可以主動(dòng)或被動(dòng)投入運(yùn)行，在反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間，中子吸收球被隔板隔離無(wú)法進(jìn)入燃料組件的活性段區(qū)間，自堆芯下部向上流動(dòng)的重金屬冷卻劑可以通過(guò)中子吸收球之間的縫隙和網(wǎng)狀隔板上的開(kāi)孔流入到孔道內(nèi)部以冷卻堆芯。當(dāng)緊急狀態(tài)時(shí)，隔板被打開(kāi)，中子吸收球?qū)⒖焖偕细〉娇椎乐械娜剂辖M件的活性段區(qū)間，從而吸收中子使反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)緊急停堆。

第二，當(dāng)重金屬冷卻反應(yīng)堆接收到停堆信號(hào)、或者反應(yīng)堆一回路冷卻劑溫度超過(guò)設(shè)計(jì)限值時(shí)，可主動(dòng)或被動(dòng)投入運(yùn)行，為堆芯引入足量的負(fù)反應(yīng)性，保證堆芯始終處于反應(yīng)性可控狀態(tài)。

第三、結(jié)構(gòu)合理，安全可靠。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)的徑向結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

結(jié)合參見(jiàn)圖1-圖2所示，為本發(fā)明重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)施例一。

本實(shí)施例中的重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)，包括：重金屬冷卻反應(yīng)堆本體1，重金屬冷卻反應(yīng)堆本體1中設(shè)有多組燃料組件2;可使重金屬冷卻劑L自下而上進(jìn)行流動(dòng)的孔道3，多組燃料組件2環(huán)繞設(shè)置在孔道3的外周；設(shè)置在孔道3中的隔板4，隔板4位于多組燃料組件2活性段2a的下端面21以下的位置；設(shè)置在孔道3中的且由隔板4進(jìn)行隔擋的多個(gè)中子吸收球5，其中：隔板4被打開(kāi)，重金屬冷卻劑L中的多個(gè)中子吸收球5上浮至孔道3中的多組燃料組件2活性段2a的區(qū)間位置，以吸收中子使重金屬冷卻反應(yīng)堆緊急停堆。

具體實(shí)施時(shí)，重金屬冷卻反應(yīng)堆本體1的形狀并不限定，其內(nèi)部能夠承載重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)的其它零構(gòu)件及重金屬冷卻劑L即可。

本實(shí)施例中的燃料組件2呈條狀，其截面呈六邊形，因此，多組燃料組件2依次緊密排列可以排成蜂巢狀的結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施時(shí)，燃料組件2設(shè)置的數(shù)量以及排列方式并不限定，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。此外，根據(jù)功能劃分，燃料組件2的中下部為本實(shí)施例中所指定的活性段2a，燃料組件2的底部端面為燃料組件2的下端面21。

孔道3設(shè)置在重金屬冷卻反應(yīng)堆本體1的內(nèi)部，其所提供的功能是重金屬冷卻劑L自下而上進(jìn)行流動(dòng)的通道和中子吸收球5上浮的通道，其中，重金屬冷卻劑L在流動(dòng)過(guò)程中可對(duì)燃料組件2進(jìn)行冷卻，從而降低堆芯的熱點(diǎn)因子。本實(shí)施例中，孔道3也呈條狀，其截面呈圓形，孔道外側(cè)有冷卻劑流通，如此設(shè)置，可以充分冷卻堆芯內(nèi)部的熱組件，以提升冷卻效果。進(jìn)一步的，孔道3與多組燃料組件2之間相對(duì)位置并不限定，主要滿足多組燃料組件2環(huán)繞設(shè)置在孔道3的外周即可。

優(yōu)選的，孔道3設(shè)置在按照巢狀排布的多組燃料組件2的中心位置。如此設(shè)置的作用是：由于重金屬冷卻反應(yīng)堆的中心位置具有更高的中子注量率，在多組燃料組件2的中心位置布置孔道3，可以使孔道3中的中子吸收球5的吸收效果最明顯，使停堆系統(tǒng)的價(jià)值最大化。此外，由于中子注量率與燃料組件2的功率成正比關(guān)系，因此，中心位置的燃料組件2一般是最熱的組件，取消中心位置的燃料組件并設(shè)置供冷卻劑流通的孔道3，有利于正常運(yùn)行期間對(duì)燃料組件2進(jìn)行冷卻，從而降低堆芯熱點(diǎn)因子。

可以理解的是，孔道3可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置在其它被多組燃料組件2環(huán)繞圍擋的位置，從而可以容納大量中子吸收球，為堆芯引入充足的負(fù)反應(yīng)性。

此外，燃料組件2和孔道3的截面形狀并不限定在上述六邊形，只要滿足多組燃料組件2依次緊密排布將孔道3圍擋在其中即可。

進(jìn)一步的，隔板4設(shè)置在孔道3中，其位于多組燃料組件2活性段2a的下端面21以下的位置，隔板4的作用是：對(duì)放置在孔道3中下部的多個(gè)中子吸收球5進(jìn)行阻隔。在反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間，中子吸收球5被隔板4隔離無(wú)法進(jìn)入燃料組件2的活性段2a區(qū)間，自堆芯下部向上流動(dòng)的重金屬冷卻劑L可以通過(guò)中子吸收球5之間的縫隙和隔板4流入到孔道3的內(nèi)部以冷卻堆芯。將隔板4設(shè)置在多組燃料組件2活性段2a的下端面21以下的位置，可以在反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間阻止中子吸收球5進(jìn)入堆芯活性段2a，從而避免裂變反應(yīng)產(chǎn)生的中子被吸收。

優(yōu)選的，隔板4設(shè)置為可供重金屬冷卻劑L自下而上進(jìn)行流動(dòng)的網(wǎng)格狀，如此設(shè)置的作用是：重金屬冷卻劑L可以不受隔板4的影響，自下而上流動(dòng)通過(guò)，對(duì)多組燃料組件2進(jìn)行冷卻。

進(jìn)一步的，隔板4設(shè)置為可主動(dòng)打開(kāi)或被動(dòng)打開(kāi)。例如：隔板4上設(shè)有打開(kāi)的開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)在接收到外部緊急停堆信號(hào)后即被觸發(fā)，重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，投入使用。再如: 隔板4上設(shè)置的開(kāi)關(guān)為由熱敏材料構(gòu)成的熱敏開(kāi)關(guān)，通過(guò)合理設(shè)置熱敏開(kāi)關(guān)的動(dòng)作溫度，當(dāng)重金屬冷卻劑L溫度超過(guò)一定限值時(shí)，熱敏開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)，使停堆系統(tǒng)自動(dòng)投入運(yùn)行。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例中的多個(gè)中子吸收球5為多個(gè)碳化硼中子吸收球，本實(shí)施例中，碳化硼中子吸收球的密度為2.51 g/cm³。

將中子吸收球5設(shè)為碳化硼中子吸收球的作用是: 中子吸收球?yàn)榍蛐?，可使在停堆過(guò)程中不會(huì)發(fā)生卡棒的狀況。此外，碳化硼中子吸收球之間的間隙也可以使重金屬冷卻劑L自下而上流動(dòng)通過(guò)。

優(yōu)選的，碳化硼中子吸收球的內(nèi)部設(shè)為空心，以降低碳化硼中子吸收球的等效密度。如此設(shè)置的作用是：在保證停堆裕量足夠的前提下，碳化硼中子吸收球設(shè)置為空心，能夠提高碳化硼中子吸收球上浮至堆芯相應(yīng)區(qū)段的速度。

本實(shí)施例中的重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)在具體實(shí)施時(shí)，在反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間，碳化硼中子吸收球被隔板4隔離無(wú)法進(jìn)入燃料組件2的活性段2a區(qū)間，自重金屬冷卻反應(yīng)堆的堆芯下部向上流動(dòng)的重金屬冷卻劑L可以通過(guò)碳化硼中子吸收球之間的縫隙和網(wǎng)格狀隔板4上的開(kāi)孔流入到孔道3的內(nèi)部以冷卻堆芯。當(dāng)重金屬冷卻反應(yīng)堆接收到停堆信號(hào)、或者反應(yīng)堆一回路冷卻劑溫度超過(guò)設(shè)計(jì)限值等緊急狀態(tài)時(shí)，隔板4被打開(kāi)，由于冷卻劑L和碳化硼中子吸收球的密度差異很大，碳化硼中子吸收球?qū)⒖焖偕细〉蕉研净钚远?a的區(qū)段，從而吸收中子使反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)緊急停堆。由于碳化硼中子吸收球的球型設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以及在專門(mén)的孔道3內(nèi)上浮，因此不會(huì)發(fā)生卡澀問(wèn)題。停堆后，冷卻劑L仍然可以通過(guò)碳化硼中子吸收球之間的縫隙將衰變熱帶走。

本發(fā)明的重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)的其它實(shí)施方式中，孔道3可以設(shè)置為多個(gè)，任一個(gè)孔道3被燃料組件2環(huán)繞圍擋，任一個(gè)孔道3的內(nèi)部分別設(shè)置上述隔板4和中子吸收球5，如此設(shè)置能夠提高孔道3中裝載中子吸收球5的數(shù)量，其具體實(shí)施方式與上述實(shí)施方式相同，不再贅述。

實(shí)施本發(fā)明的重金屬冷卻反應(yīng)堆的緊急停堆保護(hù)系統(tǒng)，具有如下有益效果：

第一、由于孔道中設(shè)置隔板，隔板位于多組燃料組件活性段的下端面以下的位置；多個(gè)中子吸收球設(shè)置在孔道中的且由隔板進(jìn)行隔擋，其中：隔板被打開(kāi)，重金屬冷卻劑中的多個(gè)中子吸收球上浮至孔道中的多組燃料組件活性段的區(qū)間位置，以吸收中子使重金屬冷卻反應(yīng)堆緊急停堆。本系統(tǒng)可以主動(dòng)或被動(dòng)投入運(yùn)行，在反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間，中子吸收球被隔板隔離無(wú)法進(jìn)入燃料組件的活性段區(qū)間，自堆芯下部向上流動(dòng)的重金屬冷卻劑可以通過(guò)中子吸收球之間的縫隙和網(wǎng)狀隔板上的開(kāi)孔流入到孔道內(nèi)部以冷卻堆芯。當(dāng)緊急狀態(tài)時(shí)，隔板被打開(kāi)，中子吸收球?qū)⒖焖偕细〉娇椎乐械娜剂辖M件的活性段區(qū)間，從而吸收中子使反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)緊急停堆。

第二，當(dāng)重金屬冷卻反應(yīng)堆接收到停堆信號(hào)、或者反應(yīng)堆一回路冷卻劑溫度超過(guò)設(shè)計(jì)限值時(shí)，可主動(dòng)或被動(dòng)投入運(yùn)行，為堆芯引入足量的負(fù)反應(yīng)性，保證堆芯始終處于反應(yīng)性可控狀態(tài)。

第三、結(jié)構(gòu)合理，安全可靠。