用于增压水核反应堆的重径向中子反射器的制造方法
【专利说明】用于增压水核反应堆的重径向中子反射器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年12月20日申请的名称为“HEAVY RADIAL NEUTRON REFLECTORFOR PRESSURIZED WATER REACTORS”的美国专利申请序列号13/721，138的优先权，通过引用将其并入于此。
技术领域
[0003]本发明总体上涉及增压轻水核反应堆领域，尤其涉及径向中子反射器，该径向中子反射器围绕核芯，用于改进中子的有效使用以降低燃料成本并减小压力容器上的辐射剂量。
【背景技术】
[0004]核反应堆中的裂变反应产生热量并且释放出在原子核燃料中产生附加的裂变反应的中子。这种裂变材料聚集在反应堆中使得中子流密度足以保持持续的裂变过程。在商用反应堆中，裂变材料的粒丸封装在锆棒中，所述锆棒安装在模块化的细长燃料组件中，这些燃料组件的横截面基本上是正方形的。大量这些正方形细长燃料组件聚集起来以形成基本圆柱形的反应堆芯，所述反应堆芯接收在水平的上不锈钢芯板和下不锈钢芯板之间的圆柱形不锈钢芯管的内部。该整个组件然后安装在压力容器内部，所述压力容器具有基本半球形的上头部和下头部。通过入口喷嘴引入到压力容器中的反应堆冷却剂向下流到芯管与压力容器之间的环形空间中，在所述容器的下部增压室中反向，通过下部芯板中的开口向上流动，并在通过出口喷嘴从压力容器径向引出之前流过由于裂变反应而被加热的燃料组件。使用通过反应堆冷却剂从所述芯提取的热量来发电从而降低以闭环形式通过反应堆循环的反应堆冷却剂的温度。
[0005]因为燃料组件的横截面是正方形的，所以在所述堆芯的外周与所述芯管的圆形内表面之间存在不规则空间。通常的做法是将纵向延伸的平的挡板沿着燃料组件的外表面放置，以将向上的冷却剂流限制到这些燃料组件。所述挡板由水平的不规则仿形板保持就位，所述仿形板由螺栓连接到纵向挡板与芯管并且位于纵向挡板与芯管之间。所述仿形板中的孔允许有限的冷却剂在纵向挡板与芯管之间的基本环形的空间中流动以对这些元件进行冷却并平衡纵向挡板两侧上的压力。
[0006]尽管竖直挡板的初始目的是要引导反应堆冷却剂流过所述燃料组件，但是已经意识到在某种程度上它们还将中子朝向外围的燃料组件反射。然而，因为这些板相对较薄，从所述堆芯径向逃逸的大多数中子迀移到挡板与所述芯管之间的大量水中，所述水吸收或热化具有非常小的反射的中子。
[0007]径向反射器设计成在能量操作过程中将中子辐射反射回反应堆容器的内部活性堆芯区域中，以提高反应堆的效率并在能量操作过程中防止反应堆容器在数年的放射作用下变脆。
[0008]随着世界范围内反应堆的老化，目前存在通过更有效地使容器壁屏蔽放射来延长反应堆容器寿命的需要，以满足工厂许可牌照延期的需要。此外，新的反应堆设计有越来越大的芯，这有必要使反应堆容器壁有更有效的屏蔽以实现所需的操作寿命。
[0009]因此，本发明的目的是提供一种径向反射器设计，其为反应堆容器壁抵抗辐射提供了改进的保护，这将延长容器的寿命。
[0010]本发明的另一个目的是提供一种新的径向反射器设计，其构造经济并且优选地从后面配合在现有反应堆中。
[0011]此外，本发明的另一个目的是提供这样一种径向反射器设计，其可以适应甚至更大的反应堆芯，并且反应堆容器的尺寸增加得最小。
【发明内容】
[0012]这些以及其他目的是通过本发明实现的，本发明提供了一种核反应堆，该核反应堆具有反应堆压力容器，该反应堆压力容器具有支撑在反应堆压力容器内并与反应堆压力容器的内部间隔开的圆柱形的芯管，其中所述圆柱形的芯管具有与所述压力容器的中心轴线基本同轴对准的中心轴线。包括形成燃料组件阵列的多个燃料组件的核芯支撑在芯管内并与所述芯管间隔开。芯罩支撑在所述芯管与燃料组件阵列之间，燃料组件阵列部分地具有与所述芯管的内轮廓基本匹配的外轮廓、具有与燃料组件阵列的外轮廓基本匹配的内轮廓、以及具有中空内部部分。中子反射器位于所述罩的中空内部中并且包括紧密堆积的细长杆的阵列，所述细长杆的阵列具有在轴向方向上延伸的细长尺寸。
[0013]在一个实施方式中，所述罩包括仿形板，这些仿形板附接到所述芯管的内表面并且从所述芯管的内表面延伸，以串联地间隔开的阵列支撑在多个间隔开的高度处。所述罩还包括在所述仿形板之间基本轴向延伸的挡板。这些挡板基本形成了所述罩的内轮廓。所述中子反射器的细长杆在所述挡板与所述芯管之间并且在所述仿形板之间轴向延伸，所述细长杆在第一端部和第二端部处附接到所述仿形板。优选地，所述细长杆的第一端部和第二端部相对于这些细长杆的中心轴向部分具有减小的直径。最佳地，所述第一端部和第二端部的减小的直径配合到所述仿形板中的开口中。优选地，所述细长杆具有基本圆形的横截面，被紧密地堆积，或者沿着一轴向延长部围绕相邻杆的外周的一部分接触每个相邻杆，并且这些细长杆沿着所述轴向延长部围绕相邻杆的外周的另一部分与该相邻杆间隔开，以沿着该相邻杆的该另一部分形成轴向冷却剂通道。优选地，所述仿形板中的流孔与所述冷却剂通道对准，并且所述细长杆的第一端部和第二端部附接到所述仿形板中的开口。最佳地，所述第一端部和第二端部焊接到所述仿形板中的开口。在另一个实施方式中，至少一些细长杆的减小直径的端部与中心轴向部分之间的过渡部形成为斜面，并且相应的流孔具有比对准的冷却剂通道更大的直径。
[0014]优选地，在一些仿形板之间在最低的高度处延伸的至少一些细长杆在轴向上与在这些仿形板之间在位于所述最低高点处的细长杆上方的高度处延伸的其他细长杆对准。在一个实施方式中，对准的细长杆在至少五个串联地间隔开的仿形板之间延伸，其中紧位于对准的细长杆上方的上仿形板和紧位于对准的细长杆下方的下仿形板具有一个厚度，在中间高度处的串联阵列中的多个仿形板具有两倍于所述一个厚度的厚度。在一个实施方式中，在中间高度处的所述多个仿形板包括背对背堆叠的两块仿形板。在另一个实施方式中，所述中子反射器包括许多轴向堆叠的细长杆模块，其中每个模块包括由仿形板在相对的端部处支撑的多个细长杆段。在另一个实施方式中，至少一些细长杆在将这些模块联接在一起的模块之间延伸。
[0015]在另一个实施方式中，这些细长杆从下仿形板延伸到上仿形板，其中所述下仿形板在下芯支撑板的上方间隔开，燃料组件支撑在该下芯支撑板上，所述上仿形板与约束燃料组件的上芯板间隔开。上芯板与上仿形板之间的空间形成了上冷却剂入口增压室，该上冷却剂入口增压室具有穿过所述芯管的输入孔，下芯板与下仿形板之间的空间形成了下冷却剂出口增压室，该下冷却剂入口增压室具有输出孔，所述输出孔穿过挡板的下部，以便用于冷却反射器的冷却剂从芯管进入，穿过所述输入孔，进入到上冷却剂入口增压室，通过围绕所述细长杆的仿形板进入到下冷却剂出口增压室中，在下冷却剂出口增压室中冷却剂通过输出孔进入到所述芯中。
[0016]替代性地，可以使沿着细长杆的流动反向，从而导致向上流的状态。在这种向上流的状态中，流体流进入下仿形板与下芯支撑板之间的下增压室，在所述芯的底部处，通过仿形板、围绕所述细长杆、进入到上冷却剂增压室中，在所述上冷却剂增压室处冷却剂从所述反射器出来并且在芯出口处与主冷却剂流动路径重新汇合。
[0017]在一个实施方式中，所述细长杆在三角形节距上支撑。在替代性实施方式中，所述细长杆在矩形节距上支撑。最佳地，所述仿形板由许多分段形成，例如8个分段，它们围绕所述芯的外周而周向延伸。
【附图说明】
[0018]在结合附图阅读了下面的优选实施方式的描述之后可以对本发明有进一步的理解，其中:
[0019]图1是可以应用本发明的核反应堆系统的简化示意图；
[0020]图2是典型的增压水反应