專利名稱:間歇運行的煤球爐式核反應(yīng)堆的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種采用間歇方式裝料和卸料的煤球爐式核反應(yīng)堆。
通常，煤球爐式反應(yīng)堆是以連續(xù)方式運行，即通過殼蓋反射層里的裝料管輸入新的燃料元件時，從堆芯壓力容器里不斷地提出多少有些燃耗的球，裝料和卸料都是在反應(yīng)堆處于全功率工作狀態(tài)下進行，在一定情況下可以說是準連續(xù)進行，此時，兩個裝料過程的時間間隔如此之短，以致根本不會出現(xiàn)反應(yīng)性變化。
這種運行的缺點是必須在結(jié)構(gòu)上為在全功率工作狀態(tài)下卸出燃料元件準備許多輔助設(shè)備，這些設(shè)備不便維修，又需要定期檢查和由受過訓練的人員來操作，必要時還需要有熟練的技術(shù)人員進行維護。
因此，在要申請人同時遞交的一份專利申請中，描述了一種新的堆芯裝料方式，按照此種方式，開始，用裂變材料含量高的燃料元件，只是部分地裝填堆芯空心區(qū)，這部分裝料對在予定功率下的臨界狀態(tài)是足夠的，隨著核燃料燃耗增加，可再補充裝料，直到完全裝滿整個空心區(qū)。
對此，開始的部分裝料，首先只裝滿空心區(qū)的 1/4 到 2/3 ，最好裝滿 1/3 左右，同時，首批裝料中下面的 2/9 和上面的 1/9 裝料中裂變材料含量分別比初始裝料(使反應(yīng)堆呈臨界狀態(tài))中的平均裂變材料含量低12%和高24%。
補裝燃料元件中的裂變材料含量適當?shù)乇乳_始裝料的裂變材料平均含量高1.5到2.5倍，最好高約1.9倍。在這種裝料方式中，可在完全裝滿堆芯空心區(qū)之后，使反應(yīng)堆停止運行并予冷卻，然后從上面開始進行卸料。
相比而言，一個這樣運行方式煤球爐式反應(yīng)堆很少卸料(大約運行2-5年后，而在反應(yīng)堆低功率密度情況下，可作為熱電站其運行周期則達15-30年)，這就是說，核燃料球體經(jīng)過很長時間在堆芯中都不變化，這可通過裝料過程得到合理安排。
在這些“基本上”靜止的球裝料中-它們不僅處于新的裝料方式中，而且還處在于反應(yīng)堆的簡單的間歇運動中-予期會出現(xiàn)因熱和燃耗引起的球膨脹，這必然導致球裝料的變得更為致密，并給堆芯空心區(qū)的側(cè)壁造成巨大的壓力負荷。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，避免對堆芯空心區(qū)側(cè)壁產(chǎn)生不允許的高壓力負荷。
根據(jù)本發(fā)明，通過一個煤球爐式反應(yīng)堆可以作到這一點，其特征是從堆芯填充料起，通過自下向上逐漸增加堆芯空心區(qū)橫斷面，或通過帶有呈方格子狀排列的凹坑的空心區(qū)底板，來限制對作用于堆芯空心區(qū)表面的壓力。凹坑的最小(交叉點)間距約比球直徑大1-8%，尤以大到約5%為佳。
對附圖加以說明，圖中所示圖1a-c 穿過堆芯空心區(qū)的垂直斷面圖2和圖3 帶凹坑底板和側(cè)壁結(jié)構(gòu)部分斷面。
由熱和輻射作用引起的膨脹所產(chǎn)生的力有一垂直的，與那里裝料的重量起反作用的垂直分力和一對側(cè)壁產(chǎn)生負荷的水平分力，通過使側(cè)壁呈傾斜狀(圖1a)，就可以減少這種負荷，如果傾斜角α(偏斜于垂直線)足夠大，就會產(chǎn)生一個與壁平行的朝上的分力，傾角以選定15°～45°為好，最好則是25°。
在下面堆芯區(qū)域，比如在下面的三分之一，選擇傾斜角要比上面區(qū)域的大一些則更為有利(圖1b)最好讓堆芯空心區(qū)的橫斷面這樣構(gòu)成拱形，使得垂直的分力在任何高度位置上對容器壁的作用都相同。這些只有通過容器橫斷面的成型才能實現(xiàn)，這可近似地按公式R＝Ro-a(Z-Zo)2進行，(R＝堆芯空心區(qū)中軸的距離，Ro＝球裝料表面的半徑，Z＝高度位置，Zo＝球裝料表面的高度位置，a＝從對側(cè)壁所允許的負荷中計算得出。(圖1c)把球從水平方向的間隙排列裝入，也可以阻止對空心區(qū)側(cè)壁產(chǎn)生過量的壓力，前面提到的帶有呈柵格狀的排列的凹坑的堆芯底板和球之間形成1-8%的間隙就是為此目的的，球與球之間初始存在的側(cè)面的間隙允許球膨脹，而不會出現(xiàn)側(cè)面的壓力(參見圖2)。
這種方格狀配置有令人驚異的優(yōu)點，即在裝料中達到了最大可能的排列狀態(tài)，因為從復(fù)蓋帶凹坑底板的首批球?qū)悠穑恳粋€隨后而來的球都進入明顯有利的位置，這些位置與為獲得有序的填料結(jié)構(gòu)所要求的位置相符合，用這種方式，所形成的可能最好的有序的球填料裝載，一般在45°以下是呈現(xiàn)六角形的最致封的球填料迭層結(jié)構(gòu)，在理論上，可求得的總填充系數(shù)為074。
這意味著，以這種方式還有另一優(yōu)點，即在堆芯可達高功率密度，以及對所存在的球產(chǎn)生的壓力負荷分布均勻。
球直徑和堆芯空心區(qū)直徑之間的明顯差別使得圓柱形空心區(qū)壁附近出現(xiàn)一定的無序狀態(tài)是可以允許的。
必要時，空心區(qū)的橫斷面可與球排列的內(nèi)壁相應(yīng)地構(gòu)成。因此，可根據(jù)燃料球尺寸的整數(shù)倍確定出壁的大小，裝上垂直拱肋，可構(gòu)成與壁相鄰的排列有序的球?qū)?，圖3舉例說明了一個八角形堆芯的橫斷面，此堆芯有序排列即通過兩個不同的壁型A和B加以限制，A型壁適當?shù)匮b上所示式樣的垂直拱肋，B型壁如圖所示，也可以是平滑的或垂直拱肋。
為了避免促使不穩(wěn)定的球到邊緣區(qū)域(垂直于下層球的位錯層中的球排列，在拱肋之間形成的溝槽曲率半徑比球半徑大，如圖中所示。
在堆芯空心區(qū)呈長方形的，通常有Zn(n＝2，3，4…)個角的橫斷面情況下，所需的加肋壁結(jié)構(gòu)也可按類似的方法簡單產(chǎn)生。一般，根據(jù)選定的空心區(qū)平面配置圖和其內(nèi)描述的有序排列的燃料球裝填就可得出一個合適的壁面結(jié)構(gòu)，基本上作為兩個互相交叉燃料球?qū)拥耐饩壐采w層。
權(quán)利要求
1.采用間歇方式裝料和卸料的煤球爐式反應(yīng)堆，其特征是從堆芯填充料起，通過自下向上增加的橫斷面，或通過帶有呈方格狀排列的凹坑的空心區(qū)底板，來限制由堆芯裝料產(chǎn)生的作用于堆芯容器表面的壓力，凹坑的最小(交叉點)間距比球直徑大1-8%，尤以大到5%左右為佳。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1，反應(yīng)堆特征是有一截錐形的殼表面，它相對于垂直面的傾斜度在15°至45°之間，最好是25°左右。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2，反應(yīng)堆特征是殼表面下面三分之一有大約45°的傾斜角度，上面的三分之二對垂直面的傾斜角度約為25°。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1，反應(yīng)堆特征是縱斷面的容器內(nèi)壁滿足下列等式R＝Ro-a(Z-Zo)2，R表示壁距堆芯空心區(qū)中心軸的垂直距離，Ro為壁到球裝料表面的距離，Z為高度位置，Zo為球裝料表面的高度位置，a為所允許的壁負荷的系數(shù)。
5.根據(jù)上述各權(quán)利要求
，反應(yīng)堆特征是堆芯空心區(qū)的(水平)橫斷面形成2n個角(n＝2，3，4，……)
6.根據(jù)上述各權(quán)利要求
，反應(yīng)堆特征是壁內(nèi)的垂直的拱肋向外凸出，這促進了從堆芯底部到堆芯表面形成了有規(guī)則的燃料球裝填堆放。
專利摘要
在一個間歇式裝料和卸料的煤球爐式反應(yīng)堆中，通過自下而上增加橫斷面，或通過一個帶凹孔的空心區(qū)底板，來限止由堆芯裝料的產(chǎn)生的加在堆芯容器表面的壓力。底板上的凹孔呈球狀排列，兩相鄰的球狀之間水平間距為球直徑的1％到8％。
文檔編號G21C1/06GK85106254SQ85106254
公開日1987年2月18日 申請日期1985年8月19日
發(fā)明者埃伯哈特·托伊謝特, 克勞斯-阿恩·哈斯, 赫爾穆特·格溫 申請人:克恩科殊恩沙拉格祖利殊公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan