堆和/或根據(jù)本公開的方法冷卻的是加壓 水反應(yīng)堆（PWR)。PWR是上述輕水反應(yīng)堆中的一種類型，其中初冷卻劑水以過熱狀態(tài)保持在 也含有反應(yīng)堆的堆芯的密封壓力容器中。然后，使這種未沸騰的熱水與轉(zhuǎn)為蒸汽并驅(qū)使渦 輪機(jī)的二級較低壓水系統(tǒng)交換熱量。在PWR中，初冷卻劑水的壓力和溫度均是受控的。在 根據(jù)本公開的方法和核反應(yīng)堆的一些實(shí)施例中，本文所公開的含水溶液包含在反應(yīng)堆壓力 容器中。
[0032] 在一些實(shí)施例中，根據(jù)本公開的核反應(yīng)堆和/或根據(jù)本公開方法冷卻的是重水反 應(yīng)堆（HWR)。同上文所述PWR操作HWR，但初冷卻水為D 20而非H20。
[0033] 在一些實(shí)施例中，核反應(yīng)堆為小型模塊化反應(yīng)堆。此類反應(yīng)堆通常具有小于500 兆瓦特（MW)的電輸出。模塊化反應(yīng)堆在中央工廠場所設(shè)計(jì)制造和組裝，然后送至其新場所 安裝。小型模塊化反應(yīng)堆可為輕水冷卻的或重水冷卻的且可為沸水反應(yīng)堆或加壓水反應(yīng) 堆。
[0034] 在一些實(shí)施例中，根據(jù)本公開的方法可用作核反應(yīng)堆的緊急關(guān)閉程序。即將關(guān)閉 的核反應(yīng)堆可為上述的那些核反應(yīng)堆中的任何一個。在一些實(shí)施例（包括根據(jù)本公開的方 法和核反應(yīng)堆的實(shí)施例）中，緊急堆芯冷卻系統(tǒng)可用于緊急關(guān)閉程序。在一些緊急堆芯冷 卻系統(tǒng)中，噴嘴定位成將冷卻劑直接噴射到燃料棒上，從而抑制蒸汽的產(chǎn)生。緊急堆芯冷卻 系統(tǒng)可包括含有冷卻劑的容器和從所述容器向處于某一位置的施用裝置引出的管道，以向 所述核反應(yīng)堆的堆芯遞送所述冷卻劑。施用裝置可使用使冷卻劑與核反應(yīng)堆的堆芯接觸布 置的任何方法（例如，栗送、注射、傾倒、排放、置換、點(diǎn)施、或噴射含水溶液）。在一些實(shí)施例 中，施用裝置為注射器或噴射器（例如，蓮蓬頭或噴嘴）。在任何上述實(shí)施例中包含多面體 硼烷陰離子或碳硼烷陰離子中的至少一者的含水溶液可用作緊急堆芯冷卻系統(tǒng)中的冷卻 劑。使多面體硼烷陰離子或碳硼烷陰離子與核反應(yīng)堆的堆芯接觸且可充當(dāng)中子毒物，使得 核裂變反應(yīng)終止。可用的緊急關(guān)閉系統(tǒng)的示例在美國專利申請公布2010/0239062 (Yeon等 人）和 2〇l2/〇24365l(Malloy)中示出。
[0035] 要求多數(shù)核反應(yīng)堆（包括BWR和PWR類型的那些）具有含可溶性硼的有效緊急池 在緊急關(guān)閉情況下成為必要。通常，緊急池含有栗送到反應(yīng)堆中以淬滅裂變反應(yīng)的飽和硼 酸或五硼酸鈉溶液。在緊急關(guān)閉情況下，與硼酸和五硼酸鈉溶液相比，本文所公開的含水溶 液提供了若干優(yōu)點(diǎn)，所述含水溶液包含多面體硼烷陰離子或碳硼烷陰離子中的至少一者。 第一，在一些實(shí)施例中，與硼酸和五硼酸鈉相比，多面體硼烷鹽和碳硼烷鹽的溶解度更大可 使中子毒物的引入更快，從而導(dǎo)致裂變反應(yīng)的淬滅更快。由于溶解度提高，故與多面體硼 烷鹽和一些多面體碳硼烷鹽一起使用的水的體積可能較小，這可保護(hù)反應(yīng)堆系統(tǒng)的安全密 封。在沸水反應(yīng)堆中，由于可溶性硼系統(tǒng)在緊急事件中造成腐蝕，故在此類事件期間引入傳 統(tǒng)可溶性硼將導(dǎo)致反應(yīng)堆的堆芯不可恢復(fù)。已知硼酸和五硼酸鈉沉積物在反應(yīng)堆系統(tǒng)中通 過多個機(jī)制（例如，電化腐蝕和歸因于pH下降的腐蝕）造成嚴(yán)重腐蝕。由于本文所公開的 多面體硼烷鹽和碳硼烷鹽更易溶和中性的pH，據(jù)信它們將會有相當(dāng)小的腐蝕性。
[0036] 在一些實(shí)施例中，根據(jù)本公開的方法還可用作核反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間的中子慢化 劑。例如，對于 235u，較慢的中子更易于引起裂變反應(yīng)。為了減慢反應(yīng)堆的堆芯中的中子，使 用了慢化劑。慢化劑可包括上述的輕水或重水和本文所公開的多面體硼烷陰離子或碳硼烷 陰離子。盡管在一些情況下，包含中子慢化劑的核反應(yīng)堆可為上述那些核反應(yīng)堆中的任何 一個，但在無中子慢化劑的情況下操作小型模塊化反應(yīng)堆。通過充當(dāng)"化學(xué)補(bǔ)償物"，本文 所公開的多面體硼烷陰離子或碳硼烷陰離子的存在可有利于能量升級。整個燃料負(fù)載壽命 中，由燃料棒釋放的能量將持續(xù)減少，這導(dǎo)致反應(yīng)堆的能量輸出降低。這是不期望的。為了 平衡反應(yīng)性，將燃料自身的一部分用中子毒物覆蓋，這使中子流且因此裂變反應(yīng)平穩(wěn)。進(jìn)一 步的能量升級通過在慢化劑中使用"化學(xué)補(bǔ)償物"來實(shí)現(xiàn)。
[0037] 硼酸的某些特性限制其作為化學(xué)補(bǔ)償物的效用。例如，起因于沉積物的硼酸腐蝕 可影響壓力容器和相關(guān)系統(tǒng)的完整性。由于溶解度的提高，多面體硼烷鹽和某些多面體碳 硼烷鹽將不易于沉積，并且如果確實(shí)發(fā)生沉積，不希望它們具有相同的腐蝕性。而且，將硼 酸用作化學(xué)補(bǔ)償物導(dǎo)致微酸性PH，這可造成燃料棒包殼的腐蝕。為了使pH回到可接受的水 平，向水中添加 7LiOH。然而，存在過多LiOH也可造成包殼的腐蝕。為了進(jìn)一步保護(hù)包殼免 于腐蝕，通常添加與燃料包殼材料互相作用的貧氧化鋅。多面體硼烷鹽和碳硼烷鹽是pH中 性的，這可降低或消除這些反應(yīng)堆中使用的昂貴的LiOH和貧氧化鋅。
[0038] 此外，使用根據(jù)本公開的方法和核反應(yīng)堆中的含水溶液中的多面體硼烷鹽將不會 向反應(yīng)堆的堆芯引入當(dāng)前不存在的任何附加原子。多面體硼烷陰離子和碳硼烷陰離子通常 是熱穩(wěn)定的且無毒的?；\形結(jié)構(gòu)的多面體硼烷陰離子和碳硼烷陰離子使它們具有高度的化 學(xué)穩(wěn)定性，這允許它們長期儲存。然后，含有這些鹽的含水溶液在需要時(shí)即可使用。
[0039] 本公開的一些實(shí)施例
[0040] 在第一實(shí)施例中，本公開提供了 一種使核反應(yīng)堆的堆芯冷卻的方法，該方法包 括：
[0041] 使核反應(yīng)堆的堆芯與含水溶液接觸，所述含水溶液包含多面體硼烷陰離子或碳硼 烷陰離子中的至少一者。
[0042] 在第二實(shí)施例中，本公開提供了第一實(shí)施例的方法，其中將含水溶液用作核反應(yīng) 堆正常運(yùn)行期間的中子慢化劑。
[0043] 在第三實(shí)施例中，本公開提供了第一實(shí)施例的方法，其中核反應(yīng)堆的堆芯與含水 溶液接觸是在核反應(yīng)堆的緊急關(guān)閉期間進(jìn)行的。
[0044] 在第四實(shí)施例中，本公開提供了一種核反應(yīng)堆，該核反應(yīng)堆包含含水溶液，所述含 水溶液包含多面體硼烷陰離子或碳硼烷陰離子中的至少一者，作為中子慢化劑、處于緊急 堆芯冷卻系統(tǒng)中、或既作為中子慢化劑又處于緊急堆芯冷卻系統(tǒng)中。
[0045] 在第五實(shí)施例中，本公開提供了第四實(shí)施例的核反應(yīng)堆，其中該核反應(yīng)堆包含處 于緊急堆芯冷卻系統(tǒng)中的含水溶液，所述含水溶液包含多面體硼烷陰離子或碳硼烷陰離子 中的至少一者，所述緊急堆芯冷卻系統(tǒng)包括：
[0046] 含有一定體積的含水溶液的容器，所述含水溶液包含多面體硼烷陰離子或碳硼烷 陰離子中的至少一者；和
[0047] 從所述容器向處于某一位置的施用裝置引出的管道，以向所述核反應(yīng)堆的堆芯遞 送所述含水溶液。
[0048] 在第六實(shí)施例中，本公開提供了第五實(shí)施例的核反應(yīng)堆，其中施用裝置為注射器 或噴射器。
[0049] 在第七實(shí)施例中，本公開提供了第一至第六實(shí)施例中任一個的方法或核反應(yīng)堆， 其中多面體硼烷陰離子或碳硼烷陰離子中的至少一者富含 WB。
[0050] 在第八實(shí)施例中，本公開提供了第一至第七實(shí)施例中任一個的方法或核反應(yīng)堆， 其中多面體硼烷陰離子或碳硼烷陰離子中的至少一者由溶解的I族元素的鹽或銨鹽提供。
[0051] 在第九實(shí)施例中，本公開提供了第八實(shí)施例的方法或核反應(yīng)堆，其中I族元素的 鹽或銨鹽具有至少25重量％的硼。
[0052] 在第十實(shí)施例中，本公開提供了第八或第九實(shí)施例的方法或核反應(yīng)堆，其中I族 元素的鹽或銨鹽在20°C下具有至少15克/100克溶液的水中溶解度。
[0053] 在第^^一實(shí)施例中，本公開提供了第一至第十實(shí)施例中任一個的方法或核反應(yīng) 堆，其中陰離子為包括隊(duì)品。 2、BnH14、或B12H12 2中的至少一者的多面體硼烷陰離子。
[0054] 在第十二實(shí)施例中，本公開提供了第^^一實(shí)施例的方法或核反應(yīng)堆，其中多面體 硼烷陰