中央芯体监控装置组件的制作方法

本实用新型涉及核反应领域，尤其涉及一种中央芯体监控装置组件。

背景技术：

在泰拉能源行波反应堆(TWR)裂变设备(其更通常可称为核裂变爆燃波反应堆或核燃烧波反应堆)中，主要反应堆构件是充填有液态钠冷却剂的反应堆容器和反应器芯体。TWR裂变设备是依靠现场增殖并燃烧的亚临界重载燃料运行的直通式快速反应堆。反应堆芯体浸入反应堆容器中的钠池内。在一种设计中，在芯体的中央是由贫铀/枯竭铀(U-238)的棒包围的一些浓缩铀(U-235)的棒。U-235用作引发剂，在外力作用下开始行波反应——一种经铀棒行进的平行裂变波的缓慢移动链反应。这些平行波在芯体的中央引发，从而缓慢地消耗燃料并且在芯体中发热。这种运行模式有时被形象地表示为其中增殖并然后燃烧可裂变物质的波将相对于燃料行进的反应堆。然而，泰拉能源的TWR裂变设备还包括所谓的“驻波”设计，其中反应堆芯体的中央附近的耗尽铀棒与来自反应堆芯体外周的未耗尽铀棒调换作为使反应经静态棒径向向外传播的替代方案。

钠冷却剂用于从芯体散热。安全壳包围反应堆容器以在万一从反应堆容器泄漏的情况下防止钠冷却剂的损失。泵使主钠冷却剂在反应堆芯体与位于池内的中间热交换器之间循环。这些热交换器在热交换器的另一侧具有非放射性的中间钠冷却剂。经加热的中间钠冷却剂循环到产生蒸汽以驱动发电机的涡轮的蒸汽发生器。

理论上，TWR裂变设备不需要燃料再加工，使用贫铀或天然铀作为它们的主燃料，在起动时仅需少量浓缩铀，并且永远不需要再加燃料。这种芯体长寿性取决于铀的初次装料的规格和在反应堆运行期间实现的燃料燃耗率。

技术实现要素：

在一个方案中，该技术涉及一种中央芯体监控装置组件，其具有：可伸出的仪器管单元，其包括仪器组件；和引导组件，该引导组件可选择性地操作以将可伸出的仪器管单元定位在反应堆芯体中的中央位置。在一个例子中，可伸出的仪器管单元的尺寸设定为能进入位于中央位置的仪器套筒中。在另一例子中，仪器组件包括中子探测器。在又一例子中，仪器组件包括流量探测器。在再另一例子中，仪器组件包括温度探测器。

在上述方面的另一例子中，可伸出的仪器管单元包括上部探测器单元、中间探测器单元和下部探测器单元。在一个例子中，上部探测器单元、中间探测器单元和下部探测器单元中的每一者都包括流量探测器、温度探测和中子探测器。在另一例子中，中央位置邻近多个燃料组件。在又一例子中，中央位置邻近六个燃料组件。在再另一例子中，六个燃料组件是进给燃料组件。

在上述方面的另一例子中，仪器套筒构造成与设置在反应堆芯体中的材料试验组件配合，该材料试验组件包括多个试样。在一个例子中，中央芯体监控装置的第一端在反应堆顶盖上方延伸；并且其中中央芯体监控装置组件包括位于中央芯体监控装置的第一端和第二端之间的密封件，第二端与第一端相对。在另一例子中，中央芯体监控装置包括位于反应堆顶盖中的端口，该端口位于反应堆顶盖中的旋转塞内，该旋转塞可旋转至多个位置。在又一例子中，可伸出的仪器管单元构造成能在加燃料操作期间缩回到本体中。

附图说明

以下构成本申请的一部分的附图对所描述的技术而言是说明性的且并非意在以任何方式限制要求专利权的技术的范围，该范围应当基于在此所附的权利要求。

图1以框图形式示出行波反应堆的一些基本构件。

图2是行波反应堆中的示例性反应堆组件的俯视平面图。

图3是图2所示的反应堆组件沿着线V-V的侧面剖视图。

图4是行波反应堆的反应堆顶盖顶盖的剖视透视图。

图5是行波反应堆的中央芯体监控装置组件的示意性侧视平面图。

图6是与图2的反应堆组件的一部分对接的图5的中央芯体监控装置组件的一部分的示意性侧面剖视图。

具体实施方式

图1以框图形式示出行波反应堆(TWR)裂变设备100的一些基本构件。一般而言，TWR裂变设备100包括容纳多个燃料组件(未示出)的反应堆芯体102。芯体102设置在保持一定体积的液态钠冷却剂106的池 104内。池104被称为热池并且具有比也容纳液态钠冷却剂106的周围冷池108高的钠温度(归因于通过反应堆芯体102中的燃料组件产生的能量)。热池104通过凸角部110与冷池108分开。钠冷却剂106的液面上方的顶盖空间112充填有诸如氩气的惰性保护气体。反应堆容器114包围反应堆芯体102、热池104和冷池108，并且利用反应堆顶盖116密封。反应堆顶盖116提供通向反应堆容器114的内部中的多种检修点。

反应堆芯体102的尺寸基于多个因素来选择，包括燃料的特性、期望的发电量、可获得的反应堆100空间等等。TWR裂变设备的多种例子可根据需要或期望用于低功率(约300MWe-约500MWe)、中功率(约 500MWe-约1000MWe)和高功率(约1000MWe以上)应用中。可通过在芯体102周围设置未示出的一个或多个反射体以中子反射回到芯体102中来改善反应堆100的性能。另外，能产生裂变物质和可裂变的核组件在芯体102内和其周围移动(或“倒换”)以控制其中发生的核反应。

钠冷却剂106经由主钠冷却剂泵118在容器114内循环。主冷却剂泵 118从冷池108抽吸钠冷却剂106并且在反应堆芯体102下方将它喷射到增压室(plenum)中。冷却剂106强制向上通过芯体并且由于反应堆芯体 102内发生的反应而被加热。加热的冷却剂106从热池104进入中间热交换器(多个)120，并且离开中间热交换器120并重新进入冷池108。这种主冷却剂环路122因而使钠冷却剂106完全在反应堆容器114内循环。

中间热交换器120结合了始终与主钠池104和108物理地分开(即，中间钠和主钠永远不会混合)的液态钠闭环的一段。中间热交换器120将热从主冷却剂环路122(完全容纳在容器114内)传递到中间冷却剂环路 124(仅部分地位于容器114内)。中间热交换器120穿过凸角部110，从而桥接热池104和冷池108(以便允许主冷却剂环路122中的钠106在其间流动)。在一个例子中，四个中间热交换器120分布在容器114内。或者，两个或六个中间热交换器120分布在容器114内。

中间冷却剂环路124使经管道进出容器114的钠冷却剂126经由反应堆顶盖116循环。位于反应堆容器114外部的中间钠泵128使钠冷却剂126 循环到发电系统123。热从主冷却剂环路122的钠冷却剂106传递到中间热交换器120中的中间冷却剂环路124的钠冷却剂126。中间冷却剂环路 124的钠冷却剂126穿过中间热交换器120内的多个管130。这些管130 保持主冷却剂环路122的钠冷却剂106与中间冷却剂环路124的钠冷却剂 126分隔开，同时在其间传递热能。

直接热交换器132延伸入热池104内并且通常在紧急情况下向主冷却剂环路122内的钠冷却剂106提供冷却。直接热交换器132构造成允许钠冷却剂106从热池104进入和离开热交换器132。直接热交换器132具有与中间热交换器120相似的结构，其中所述管134保持主冷却剂环路122 的NaK(钠-钾)与直接反应堆冷却剂环路138的直接热交换器冷却剂NaK 136分隔开，同时在其间传递热能。

其它辅助反应堆构件(位于反应堆容器114内的和位于反应堆容器114 外的)包括但不限于未示出但对本领域的技术人员而言将显而易见的泵、止回阀、截止阀、凸缘、排泄槽等。穿过反应堆顶盖116的另外的贯通孔 (例如，用于主致冷剂泵118的端口、惰性覆盖气体和检查端口、钠处理端口和报复气体端口等)未示出。控制系统140用于控制和监测组成反应堆100的各种构件和系统。

宽泛而言，本公开描述了改善图1所示的反应堆100的性能的构型。具体地，用于监控反应堆100的性能的中央芯体监控装置组件的例子、构型和布置结构被示出并且以下参考下图更详细地描述。

图2-6示出示例性中央芯体监控装置(CCMD)组件200的多个视图。在各图中未示出以下描述的每个构件。图中为了清楚起见，省略了多个反应堆构件。其它实施例可以包括或多或少的构件。

图2是行波反应堆中的示例性反应堆组件的俯视平面图，而图3是图 2所示的反应堆组件沿着线V-V的侧面剖视图。反应堆芯体226在图2和 3中被示出。在该实施例中，中央芯体组件214大致位于反应堆芯体226 的截面的几何中心处。中央芯体组件214优选地是不加燃料的组件。另外，中央芯体组件214构造成用于仪器管(未示出)的插入，其中仪器管包括一个或多个探测器或传感器。以下特别参考图5和6更详细地讨论该仪器管。

多个活性燃料组件228靠近中央芯体组件214设置。如图所示，邻近中央芯体组件214的六个燃料组件228中的每一个都是进给燃料组件。反应堆芯体226的其它构型可具有或多或少的邻近中央芯体组件214的燃料组件228。另外的进给燃料组件从中央芯体组件214径向向外延伸。多个反射器组件230包围反应堆芯体226中的燃料组件228，而屏蔽组件231 包围反射器组件230。组件的不同总数是可以的，取决于反应堆芯体226 的尺寸和构型。

图4示出了支承CCMD组件200的反应堆顶盖220的剖视图。反应堆顶盖220经由附接至反应堆顶盖220的顶盖的CCMD喷嘴205支承 CCMD组件200。更具体地，CCMD喷嘴205附接至小旋转塞224并且位于多个控制棒驱动机构端口242附近。CCMD组件200在图4中未被示出，但是将安装在并且位于CCMD端口202处。

CCMD组件200(在图4中未示出)从顶盖上方从该位置经由CCMD 端口202延伸穿过反应堆顶盖220，并且在反应堆芯体的顶盖附近向下延伸(在图1-3中被示出)。CCMD本体204由CCMD端口202支承并且沿长度方向延伸以便刚好在反应堆芯体226上方终止。CCMD组件200相对于反应堆芯体226的横向定位经由大旋转塞222和/或小旋转塞224的旋转来调节。中央芯体监控装置端口202位于反应堆顶盖220上，并且在待机和控制棒驱动机构的阵列内以在反应堆的通常运行期间将中央芯体监控装置本体204定位在中央芯体组件正上方(图2和3)。

图5是示例性CCMD组件200的侧面剖视图。通常，CCMD组件200 通过将仪器组件选择性地下降到反应堆芯体226的中央位置来提供监控在各种时间的反应堆芯体性能的功能。通过将仪器组件定位在中央反应堆芯体位置，来从仪器组件周围的360度获取性能数据。仪器组件的延伸入反应堆芯体中的部分可在多种时间被拔出，例如在加燃料操作期间和可能损伤仪器构件的操作期间。CCMD组件200主要用于获得在反应堆芯体226 的中央的轴向中子通量数据，不过如下所述，CCMD组件200可以构造成获得另外的数据。

CCMD组件200包括用于密封以及升起、降下和引导仪器管212的多种构件。通常，CCMD组件200包括中央芯体监控装置端口202、中央芯体监控装置本体204和仪器管212。CCMD本体204包括构造成升起或降下仪器管212并且密封内部以防止反应堆顶盖上方的气体或液体的任何逸出的各种构件。优选地，为了在燃料区的整个长度上进行轴向通量监控，仪器管212插入燃料区的底部中，并且在一些实施例中，插入燃料区的底部下方。

仪器管212是容许多种仪器装置插入芯体中的可伸出中央管。另外，仪器管212可支持设备初始起动和/或运行期间的一个范围的监控需求。示例性监控需求包括：中子监控，温度监控，和流量监控。例如，由CCMD 组件200提供的仪器组件可用于监控沿燃料棒的长度的轴向通量轮廓。其它监控仪器与CCMD组件200一起使用。

在运行模式中，仪器干井212从CCMD本体204延伸入仪器套筒208 中并且容纳仪器组件215。仪器干井212延伸到仪器和轴向屏障217。为了插入和拔出仪器，驱动组件(以下参考图5讨论)升起和降下仪器干井212。可移除仪器干井212的一端可以包括轴向屏障217。轴向屏障217在探测器或仪器在高反应堆功率下被拔出时向它们提供屏蔽以延长探测器或仪器的寿命。在一些实施例中，仪器组件215包括单个监控探测器，例如轴向通量探测器。在另一些实施例中，仪器组件215包括位于三个不同位置的单一类型的监控探测器。在再另一些实施例中，仪器组件215在单个位置或在多个位置多包括多种类型的探测器。

图5也示出仪器组件215的示例性构型。如图所示，仪器组件215包括相对于反应堆燃料位于三个位置的探测器：上部探测器单元232、中间探测器单元234和下部探测器单元236。上部探测器单元232、中间探测器单元234和下部探测器单元236沿中央芯体组件214的长度优选均等地间隔开以提供可靠的监控。其它布置结构是可以的。

驱动组件260选择性地升起和降下可移除的仪器干井212。驱动组件 260通过升起或降下附接至可移除的仪器干井212的缆绳261的各种构件的协作来控制可移除的仪器干井212的高度。图5示出包括驱动电机262、齿轮减速器264、缆绳卷盘266和探测器/仪器电缆/信号线268的驱动组件 260的一个实施例的构件。传动机构270穿过CCMD本体204并由传动机构轴承支承。传动机构270上的外螺纹与附接至可伸缩套筒208的滚珠丝杠272对接以降下和升起仪器套筒208。金属波纹管206设置在CCMD本体204中，以使得CCMD本体204被密封在钠液面238下方以防止钠在反应堆顶盖上方经由CCMD组件200喷出。

参照图6，中央芯体组件214包括引导漏斗216，其在顶部倾斜以由此方便仪器管212随着它从CCMD本体204伸出而进入仪器套筒208中。引导管210提供在CCMD内的引导以使仪器管212在芯体组件214上方定心。在所示的例子中，CCMD组件200不接触中央芯体组件214的操纵管座，而是存在充分间隙以使得大旋转塞222和小旋转塞224可以针对燃料操纵操作而不需要主CCMD本体204的提升或移除。

在所示实施例中，中央芯体组件214还包括材料试验组件218。材料试验组件218包括用于随时监控反应堆性能的试样和/或密封样品。例如，反应堆芯体构件辐射材料试验组件218内部的构件，其中所述构件可以是不锈钢、箔等。如图所示，材料试验组件218限定与仪器套筒208配对的孔或通道，其中仪器套筒208使得仪器管212能够经过其中。另外，如图所示，由材料试验组件218限定的孔或通道定心。在另一些实施例中，由材料试验组件218限定的整体可以偏心定位。

在反应堆通常运行期间，仪器管降下到仪器套筒208中。优选地，仪器套筒208延长了中央芯体组件214的全长。仪器套筒208促进监控仪器以及潜在地其它仪器向它们在芯体内的完全插入位置的插入和引导。由此，可以获得跨越整个反应堆芯体226的轴向通量轮廓。部分插入位置的一个例子在图6中被示出。由于全部长度的仪器套筒208将限制来自加燃料组件的退出流动，所以中央芯体组件214不是加燃料的芯体组件。在加燃料操作期间，仪器管212从中央芯体组件214的仪器套筒208被拔出并且大旋转塞222和小旋转塞224可旋转以使CCMD组件200移动到与中央芯体组件214不对齐的位置。在加燃料操作期间，大旋转塞222和小旋转塞 224可移动它们各自的操作位置，并且仪器管212重新插入仪器套筒208 中。

应理解，尽管提供了与TWR裂变设备有关的上述公开内容，但本文中描述的结构适用于其它快速反应堆中。例如，CCMD组件200可用于钠冷却式快速反应堆、铅或铅-铋冷却式快速反应堆和/或使用支持快谱的冷却剂的其它反应堆中。

还应理解，本公开不限于在此公开的特定结构、处理步骤或材料，但扩展至相关领域的普通技术人员将认识到的它们的等同物。还应理解，这里使用的术语仅仅是出于描述具体例子的目的，且并非意图进行限制。必须指出的是，如在本说明书中所用，单数形式的一摂、一个摂和所述的摂包括复数的指代，除非在上下文中另有明确的说明。

将显而易见的是，这里描述的系统和方法很好地适合实现提到的目的和优点以及其中固有的目的和优点。本领域的技术人员将认识到，本说明书内的方法和系统可采用许多方式实施并且因此不应受前面例示的实施例和例子限制。在这方面，这里描述的不同例子的任意数量的特征可组合成一个例子并且具有比这里描述的全部特征多或少的特征的替代例子是可以的。

虽然已出于本公开的目的描述了各种例子，但可做出各种变更和修改，其很好地处于本公开所设想的范围内。可做出本领域的技术人员将任意地想到并且被涵盖在本公开的精神内的许多其它变更。