本发明涉及核反应堆技术领域。更具体地，涉及一种在反应堆堆芯一回路冷却剂(又称载热剂)的流量异常减少时用于中断核反应堆内中子活动的无源触发型安全装置。
本发明特别适用于但不限于快中子反应堆领域，尤其是使用液态金属钠作为一回路冷却剂的快中子反应堆。
背景技术：
在堆芯由冷却剂冷却的反应堆中，如液态金属钠冷却快中子反应堆(rnr-na)，反应性的控制一般是通过多个可以停止中子反应的安全装置实现的。同一个反应堆中配备的多个安全装置的冗余和技术差异应该能够使上述停止功能故障的可能性降到最低。
这些安全装置的工作原理一般是将吸收棒(又称为中子吸收棒)下落或插入到堆芯中，以实现停堆。通常，这些吸收棒被平移上升到反应堆中的保护套内。将由吸收棒和保护套构成的组件设置在装有裂变材料的组件的周围。这些吸收棒用于保护内部的吸收针束。
必须冷却这些吸收针。事实上，辐照会使吸收针的温度升高。尤其是，如果利用硼-10同位素(10b)来吸收中子，在构成吸收针的碳化硼材料(b4c)中会产生热功率。然而，为了确保吸收针构件的各种功能和/或机械强度，必须限制这些组件的温度。这就是必须冷却吸收针的原因。
迄今为止，钠冷却式快反应堆(rnr-na)的主安全装置都是有源器件，从这种意义上来说，吸收棒插入堆芯这一动作是由外置电动控制装置或电信号的消失触发。为了下一代钠冷却式快反应堆(rnr-na)，拟开发无源型辅助安全装置，在主安全装置(有源型安全装置)故障时使用。这些无源型辅助安全装置必须能够在无检测装置或无操作人员的情况下使吸收棒下落到堆芯中。相反地，在发生触发装置敏感的物理现象(如一回路冷却剂流量异常减少或温度升高)时，必须能够直接触发吸收棒的下落动作。
本发明涉及后一种类型的安全装置。
为了确保在一回路冷却剂流量异常减少时能够通过无源方式触发吸收棒的下落动作，已经提出了多个技术方案。
应当指出，一回路是指其冷却剂直接将堆芯内释放的热量带出堆外的回路。一回路直接与装有裂变材料的组件接触。
有必要提高现有无源触发型安全装置的可靠性。
技术实现要素：
本发明涉及一种无源触发型安全装置，用于活性区热量由冷却剂带出堆外的核反应堆，该装置包括组件，所述组件包括：
保护套，沿着纵向方向近似垂直地延伸，有冷却剂纵向流过；
活动单元，沿纵向方向平移上升到保护套中，并且至少包括中子吸收段，所述中子吸收段至少包括中子吸收材料，其主要沿着纵向方向延伸，并配置为由冷却剂纵向流过；
此外，所述活动单元包括第一支承段，而保护套包括第二支承段。第一支承段和第二支承段的构造如上所述。如果第一支承段和第二支承段是以相向的方式设置在垂直于纵向方向的横向方向上，那么第一和第二支承段将共同限定冷却剂流通空间，假设该空间为s1段(或空间j1)，则：
-当纵向流过保护套的冷却剂流量qf小于触发吸收棒下落到堆芯这一动作的冷却剂流量q触发时，冷却剂向活动单元施加的力足以支承保护套中的活动单元并保持活动单元在该支承力作用下的垂直状态；
-当流量qf<q触发时，冷却剂向活动单元施加的力不足以支承保护套中的活动单元，也不足以保持活动单元在该支承力作用下的垂直状态，因此，该活动单元将在重力作用下沿着保护套下降直至终点位置，即吸收棒的下落状态；
此外，无源触发型安全装置包括一个活动单元的阻尼器，用于活动单元下落到保护套中这一过程。所述阻尼器包括：
-第一阻尼件，由活动单元支撑并设置为与冷却剂接触；
-第二阻尼件，由保护套支撑并设置为与冷却剂接触；
第一阻尼件和第二阻尼件的构造如上所述，因此，在活动单元下落且在到达下落状态行程终点位置之前，第一阻尼件将进入第二阻尼件，然后，第一和第二阻尼件互相配合，以形成粘滞阻尼器。
此外，第一支承段和第一阻尼件或第二支承段和第二阻尼件是由同一构件支撑的。
因此，所述由保护套或活动单元支撑的构件确保了粘滞阻尼功能和支承功能。
通过这个结构，本发明在安装限制方面具有重要优势。此外，此结构在解决元件内部的尺寸限制问题方面具有特别的优势。因此，本发明能够减少关键元件的数量，例如必须特别精确加工的元件。
减少了关键元件的数量，也就提高了无源触发型安全装置的可靠性。
根据本发明的一个示例性实施例，第一支承段和第一阻尼件或第二支承段和第二阻尼件(至少一部分)的纵向高度是相同的。
此外，本发明至少可具有以下任意一个特点：
第一支承段和第一阻尼件或第二支承段和第二阻尼件(至少一部分)的纵向高度相同
根据本发明的一实施例，以单独或组合的方式，无源触发型安全装置至少可具有以下任意一个可选特点：
-第二支承段和第二阻尼件是由同一构件支撑的。保护套至少包括一个套管，而保护套内的支承构件是由所述套管形成的。
在此实施例中，设计了设置在相同的固定部分上的阻尼系统，以便于支承。这样的实施例具有如下所述优点：
-对于现有阻尼元件，在进行支承功能要求的高度高于阻尼功能要求的高度的操作时，无需更改活动单元的长度和行程，因此，不会对装配高度产生影响；
-此外，无需设计一个阻尼区，因为阻尼区的功能实际上减少有效的阻尼，其相当于一个引导区。因此，在此实施例中，不需要创建新的引导区，这将有利于阻尼器中的活动单元在面对卡阻、震颤等风险时的插拔可靠性(因此有利于减缓下落的速度)。这些卡阻、震颤等风险一般来是由辐照下，装置的结构变形，如偏移/偏斜引起的。根据本实施例，该技术方案提高了阻尼器活动部分插入套筒部分的可靠性，这样的插入动作是在套管构成的引导区内完成的。
在此实施例中，阻尼功能和支承功能(至少部分功能)是由套管确保的。所述实施例可能具有其他优点。
-套管包括充满冷却剂的腔室，所述腔室形成了上述第二阻尼件。第一阻尼件形成了嵌入件，以便于在活动单元到达其行程终点位置前插入上述腔室并驱动冷却剂。
-套管被纵向地设置在活动单元底部与中子吸收段之间，最好是在活动单元底部与活动单元的顶部之间。
-第一阻尼件的成形有利于其进入套管的腔室。所述腔室是圆形的，具有横向的环状开口。通过所述开口，第一阻尼件将在活动单元到达其下落配置状态下的行程终点位置前插入所述腔室。第一阻尼件形成了一根小管，其自由端的成形有利于其通过上述开口进入腔室。
-第二支承段是由套管的内表面形成的。
-上述腔室是在套管的厚度内形成的，有底部。第二支承段是由套管的内表面形成的，沿纵向设置(至少部分)，朝向腔室。
根据本发明的第二实施例：
-第一支承段和第一阻尼件是由同一构件支撑的，所述构件形成了活动单元上的定位销。
-所述定位销的外表面限定了第一支承段和第一阻尼件。
-根据本发明的非限制性一实施例，相对于中子吸收段，第一支承段发生纵向偏移。
在最佳情况下，第一支承段和第二支承段构造成使得：如果第一支承段和第二支承段未沿着横向方向以相向的方式设置，则第一支承段和朝向第一支承段的保护套内表面将共同限定冷却剂流通空间，即s2段，如s2段>s1段，则即使流量qf>q触发，冷却剂向活动单元施加的力也不足以使该活动单元平移回升到保护套中。
因此，本发明提供了一个简单、有效的技术方案，即通过无源方式触发中子吸收材料(通常是吸收针)的下落动作，使其下落到核反应堆的堆芯活性区中。
一旦冷却剂流量qf<q触发，活动单元就会自动下落，此时的冷却剂流量不足以支承该活动单元。那么，活动单元中包含的中子吸收材料就会下落到反应堆的堆芯活性区中，从而停止中子反应。
只有冷却剂流量减少，才能实现上述触发方式。因此，这样的安全装置是完全无源的。不同于由控制装置自动启动或由操作人员手动启动的主安全装置，无源触发型安全装置不依赖于电控触发，从而提高了安全性。
例如，当控制装置故障时，可能无法触发有源型主安全装置中吸收棒的下落动作，那么，这些吸收棒就无法下落到堆芯中。相反地，根据本发明，一旦冷却剂流量减少到低于触发阈值q触发，活动单元就会下落。
此外，根据本发明，即使在流量变化的影响下，无源型安全装置的系统也可以准确地控制活动单元的垂直位置。
第一个现有技术方案请参阅对比文件fr1362783。在所述技术方案中，建议通过冷却剂循环产生的流体和一根导向管来实现吸收棒的上升；在这种情况下，冷却剂将受到一个粘滞阻力。通过减少冷却剂流量，能够使吸收棒落到导向管中；直到没有任何冷却剂流入时，吸收棒就会被放置在其停堆位置。
然而，在前述的对比文件fr13622783提出的技术方案中，无法控制活动单元的位置，也无法防止活动单元的不适当运动和相关反应性变化，例如在搬运状态下(一级回路冷却剂流量不为零)和功率状态下(因冷却剂流量突降突升使吸收棒上升时)。实际上，无论吸收棒的垂直位置如何，吸收棒与保护套之间的冷却剂流通段都是相同的。例如，如果活动单元已因冷却剂流量减少而下落，那么，随后冷却剂流量增加直到高于触发阈值时，活动单元将被释放，重新升到堆芯上方，从而停止安全装置对中子活动产生的作用。
在本发明的范围内，一旦活动单元由于冷却剂流量异常减少而下落，第一支承段就不再与第二支承段相向设置，而活动单元也不再回升，即使冷却剂流量后来增加到高于触发阈值q触发，因为保护套和第一支承段之间的流通空间太大，以至于冷却剂施加的力不足以使活动单元回升。
此外，当qf>q触发时且确保支承功能时，第一支承段相对于中子吸收段垂直偏移，第二支承段朝向中子吸收段但不垂直于中子吸收段，在此基础上，本发明具有诸多优点。事实上，中子吸收段的支承功能和冷却功能是配套的。事实上，在确保支承功能时，根据实施例，冷却剂先通过两个相向设置的支承段限定的流通空间，然后通过中子吸收段限定的的流通空间，或采用相反的顺序。
因此，活动单元的支承是由通过保护套的所有冷却剂来确保的。
此外，中子吸收材料的冷却可以由通过保护套再通过中子吸收段的全部或至少大部分冷却剂来确保。因此，即使冷却剂流量被限制，中子吸收材料(通常是吸收针)的冷却也可以是非常有效的。通常情况下，为了冷却大约由19根吸收针构成的针束，冷却剂流量必须达到2.5-3kg液态钠/每秒。当达到冷却剂的额定流量，即6kg液态钠/每秒时，本发明可以完成大量的冷却工作并可支承活动单元。
第二个现有技术方案，请参阅对比文件ru2069019。在所述技术方案中，建议通过吸收棒中子吸收段的外表面和保护套内表面之间的配合，在堆芯上方设置一个吸收棒支承区域。
然而，在前述的对比文件ru2069019提出的技术方案中，必须共享冷却剂流量，以确保中子吸收棒的支承功能和冷却功能。由此可见，在反应堆配置相同时，必须开发更高的组件流量，而这样的方式存在两个显著的缺点：降低反应堆的冷却效率(堆芯的总流量不是最优的)；如果组件被过冷却(相较于周围的燃料组件，温差大)，增加堆芯上方结构的热裂风险。
此外，根据本发明，支承功能是由含有中子吸收材料的独立段确保的，也可以由设计和尺寸可精确控制的段来确保，以提高支承功能的准确性和可靠性。相反，在对比文件ru2069019提出的技术方案中，中子吸收段提供液压配合以生成支承功能，而该支承段的尺寸控制是非常复杂的，因为中子吸收段本身的结构也非常复杂，涉及多个零部件。然而，第一和第二支承段之间的间隔的不准确性(毫米的十分之几)，要么会妨碍活动单元上升影响其下落(会对反应堆的可用性产生影响)，要么会在瞬变流动过程中延时触发(装置的安全功能故障)。
在此实施例中，相对于中子吸收段，第一支承段发生纵向偏移。所述实施例可能具有其他优点。
-第一支承段和第二支承段的构造如上所述，则：如果第一支承段和第二支承段未沿着横向方向以相向的方式设置，则第一支承段和朝向第一支承段的保护套内表面将一起界定一个冷却剂流通空间，即s2段，假设s2段>s1段，则：即使流量qf>q触发，冷却剂向活动单元施加的力不足以使该活动单元平移回升到保护套中。
-第一支承段由活动单元的外表面支撑。
-第二支承段设置在保护套的外表面上；
-保护套至少包括一个在管道内的套管，并且，所述第二支承段是由该套管形成的；
-第二支承段(通常是套管)采用整体加工方式。这样的话，可以通过机械加工的方式，非常精确地制造第二支承段。
-第一支承段采用整体加工方式。这样的话，可以通过机械加工的方式，非常精确地制造第一支承段。
-纵向方向是垂直的。
-第二支承段只在保护套纵向尺寸的一部分上作纵向延伸。例如，第二支承段的长度与保护套的长度(底座以上)之比为1/12。
因此，只有保护套内相对位置精确的活动单元才能实现支承。
-中子吸收段包括一根小管，所述小管内包含多根吸收针，而这些吸收针纵向延伸，并包含中子吸收材料。
-活动单元包括推压壁，使得通过保护套的冷却剂向该推压壁施加一个推力，而该推力的一个分力可抵消活动单元的重量。
该装置的配置如上所述，则：当冷却剂流量不能确保保护套中的活动单元的支承时，该活动单元在重力作用下下降，直至到达终点，这样就可确保吸收棒的下落状态。
该装置的配置如上所述，则：在吸收棒的下落状态中，中子吸收段沿着横向方向设置，且朝向保护套的一个区域，所述区域就是朝向反应堆堆芯活性区的核心区。
根据本发明的一实施例，以单独或组合的方式，无源触发型安全装置至少可具有以下任意一个可选特点：
-第一支承段位于中子吸收段的垂直下方。
在支承配置条件下，第一支承段位于上述核心区的垂直下方。换言之，第一支承段位于中子吸收段的上游，相对于保护套中的冷却剂流。
-第二支承段位于上述保护套核心区的垂直下方，而该核心区朝向反应堆的堆芯活性区。
因此，第一支承段不在中子流中。所以，第一支承段所受的辐照量是有限制的。然而，辐照对中子流下的金属材料所造成的微损害，宏观表现为尺寸变化，特别是随着辐照量的增加尺寸膨胀。因此，与在中子流中设置第一支承段的技术方案相比，本发明能够确保其功能性，并且不会影响第一支区域的几何形状，这使得该安全装置更加可靠。
-第一支承段沿纵向设置，且其与中子吸收段之间隔着一个分隔段。所述分隔段的纵向长度至少等于活动单元在支承状态与下落状态之间的纵向行程。
-活动单元包括一个支撑第一支承段的定位销。
定位销是吸收棒棒脚的一部分。在纵向上，所述定位销相当于支承段；在横向上，所述定位销相当于推力壁。
-定位销位于活动单元的底部。
-定位销的下端有助于形成一个冷却剂推力壁，以确保活动单元的支承。
-第一支承段包括一个位于支承壁上的支承区，而该支承壁是由定位销支撑的。
-该支承壁是圆柱形的。
-定位销是一个整体构件，通常采用以下材料之一或其合金制成：em10铁素体-马氏体不锈钢。当然，可以根据反应堆的运行条件，考虑使用其他钢材或金属(如难熔金属)。
-定位销是空心的，其限定了一个封闭的内部容积。
-第二支承段是一个由保护套内表面支撑或形成的套管；
-套管的内表面是圆柱形的；
-套管内表面与定位销支承壁之间的距离限定了s1段和j1间隔。
根据本发明的一实施例，以单独或组合的方式，无源触发型安全装置至少可具有以下任意一个可选特点：
-分隔段至少包括一根拉杆，以确保中子吸收段与第一支承段之间的机械连接。
-分隔段至少包括两根加固件(优选地，三根)。这些加固件通常是拉杆，从移动单元的中心开始，呈放射状延伸到移动单元的内壁；并从中子吸收段开始，纵向延伸到第一支承段。
根据横截面图，拉杆和加固件占据的面积小于20％，优选地，小于10％，并且最好小于中子吸收段横截面积的5％。
因此，吸收棒棒脚结构有利于冷却剂在该安全装置内流通。
所述吸收棒棒脚结构配备了拉杆和加固件(优选地，三个加固件)，加固件排列呈120°，具有如下优点：提供了整个行程上的机械导向；较好的机械刚度；使支承区失效的液压鲁棒性强；重量轻，这对支承来说很重要；以及低负载量损失。
根据本发明的第二实施例：
分隔段至少包括一根穿孔管，以确保中子吸收段与第一支承段之间的机械连接。
优选地，该穿孔管包括多个主要沿纵向延伸的开口。
-这些开口分布在整个穿孔管的表面。
-这些开口分布在整个分隔段的纵向尺寸上。
因此，吸收棒棒脚结构有利于冷却剂在该安全装置内流通。
根据本发明的一实施例，以单独或组合的方式，无源触发型安全装置至少可具有以下任意一个可选特点：
-第一支承段位于中子吸收段的垂直上方。
在支承条件下，第一支承段位于保护套核心区的垂直上方。
在此实施例中，如果第一支承段位于吸收棒棒脚，也就是在支承条件下位于保护套核心区的垂直下方，则第一支承段仍然远离中子流。由此可知，第一支承段接收的辐照量是有限制的，以避免辐照引发的膨胀。
根据堆芯和组件顶端的距离，选择将支承结构定位在吸收棒棒脚还是拉杆上。
-第一支承段位于吸收棒顶部与中子吸收段之间，纵向延伸。吸收棒顶部构成活动单元的上端。
根据本发明的一实施例，第一支承段由位于拉杆顶部和中子吸收段之间的凸起结构构成，并由活动单元支撑。所述凸起结构增加了活动单元的横截面。
-活动单元包括一根拉杆，至少从活动单元的上端延伸到中子吸收段。并且，所述第一支承段就是一个由活动单元上端和中子吸收段之间的拉杆支撑的凸起结构。
-所述凸起结构设置在两个拉杆段之间。
-凸起结构的下端有助于形成一个冷却剂推力面，以确保活动单元的支承。
-所述凸起结构是空心的，设置有多个冷却剂排出孔。
-所述凸起结构是纵向延伸的圆柱形壁，第二支承段是一个由保护套内表面支撑或形成的套管。凸起结构圆柱形壁外表面与套管内表面之间的空间j1，称为s1段。
根据本发明的一实施例，以单独或组合的方式，无源触发型安全装置至少可具有以下任意一个可选特点：
保护套包括至少一个引导部件来引导活动单元平移；
引导段包括三个垫块，呈放射状、规律地分布在活动单元平移轴周围；
引导段包括设置在所述保护套上的垫块支撑环；
引导段被纵向定位在保护套中，便于活动单元的移动，优选地，当活动单元在下落状态中时，引导部件位于中子吸收段的下端；当活动单元未被支承时，引导部件位于中子吸收区的上端。
因此，中子吸收段的外表面和焊盘之间的相互配合，确保了在整个运行过程中活动单元在套管中被精确的引导移动。
本发明的另一方面涉及一种无源反应终止装置，其包括根据本发明的无源触发式的安全装置和用于活动单元定位抓取的抓持装置。抓取装置能够使安全装置移动，以便将其移动到特定位置中或者使其从特定位置返回到原位。
本发明的另一方面涉及一种核反应堆，其包括可裂变区和在其主回路内循环的冷却剂，并且包括至少一个根据本发明提供的装置。
该核反应堆优选为快中子类型的反应堆。
附图说明
附图被作为示例给出并且不限制本发明。它们仅代表本发明的一个实施方案。
图1是根据本发明的实施例给出的无源切换安全装置在升降结构中的纵向剖视图。即当活动单元在纵向流经保护套的热交换流体产生的升力作用下时无源切换安全装置的纵向剖视图。
-图2示出下落状态中的安全装置，也就是活动单元未被支承而是在重力作用下下落到保护套中的终点位置。
-图3包括图3a和图3b。图3a示出了活动单元正在重力作用下下降且未到达保护套中的终点位置这一状态中的安全装置。图3b是安全装置的横剖面图，该剖面位于保护套导向段和活动单元中子吸收段之间。
-图4包括图4a至图4c。图4a示出了图1。图4b是图1所示安全装置的横剖面图，该剖面位于间隔段和支承配置之间。图4c是图1所示的安全装置的横剖面图，该剖面位于第一支承段和支出配置之间。
-图5包括图5a至图5c。图5a示出了图1。图5b是图1所示安全装置的横剖面图，该剖面位于间隔段和支承配置之间。图5c是图1所示安全装置活动单元端点的透视图。
-图6包括图6a至图6c。图6a示出了图2。图6b是图6a所示安全装置的放大剖视图，该剖面位于阻尼装置和下落配置状态之间。图6c是图6a所示安全装置的放大透视图和剖面图，剖面位于阻尼装置和下落配置状态之间。
-图7示出了本发明的多个运行步骤。
-图8包括图8a和图8b。图8a是根据本发明一个实施例的安全装置的纵剖面图。图8b示出了图8a所示安全装置的下落配置状态。
-图9包括图9a至图9c。图9a示出了图8b。图9b是图8a所示安全装置的放大图。图9c是图8a所示安全装置的横剖面图，该剖面位于套管和穿孔管之间。
-图10包括图10a至图10c。图10a是根据本发明一个实施例的安全装置的纵剖面图。其中第一支承段位于所述中子吸收部上方，图10b是图10a的放大图，该剖面位于第一和第二支承段之间。图10c是图10b的透视图。
-图11是本发明一实施例中第一和第二支承段配合的放大图。
上述附图是原理示意图，便于理解本发明，并不一定按比例绘制。特别地，第一支承段和保护套内表面或套管内表面之间的间隔实际中未必存在。
具体实施方式
在核反应器中，裂变区的热量传递给至少一种冷却剂。通常，装置包括几种组件。一部分组件包括可裂变材料，其他的组件包括控制棒，用于控制中子活动。剩下的组件用于组成无源触发型安全装置，以在反应堆运行异常时，阻止或减慢中子活动。
现在将参考图1至6详细说明本发明的实施例所提供的无源触发型安全装置。
该装置主要包括一个用于插入到反应器的堆芯中的保护套200。所述保护套200的一部分作为核心区240，该区朝着横向方向，所述横向方向垂直于反应堆的裂变区10的纵向方向3。因为保护套200在反应堆的操作过程中被固定，所以该核心区240总是位于裂变区10下方。
该保护套200在纵向方向3延伸。操作过程中，该纵向方向在水平方向上是倾斜的。通常情况下，如图所示，该纵向方向3是垂直的。
该保护套200从上端202和组件底部204延伸，该上端可使处理组件被抓取，所述组件底部用于使该组件位于反应堆的底部，并且确保冷却剂如液体钠的供应。
保护套200用于使得冷却剂从位于组件底部204的入口205横向流过该保护套200，然后到达位于上端202的出口203，并由供给灯205照亮。
优选地，该保护套200包括一个由部分六角形管201形成的外套。保护套200纵壁是密封的。
所述无源触发型安全装置还包括活动单元100，所述活动单元设置在保护套200中内，并沿保护套的纵向方向3移动。在核工业中，活动单元也被称为棒。活动单元100主要沿着纵向方向3延伸，因此，如图所示，在垂直方向上执行操作。活动单元100从顶部101延伸到底部103。活动单元包括位于顶部101和底部103之间的中子吸收段130，其包括中子吸收材料。
用于由液态金属冷却的快中子核反应堆，中子吸收材料可以是碳化硼(b4c)，其富集少许10b。可选地，所述中子吸收材料也可以是铪基材料。因为所述材料密度高，因此缩短了下降时间，避免了辐照下释放气体，进而避免了膨胀，所述材料的抗应变性能不会显著降低。或者，所述中子吸收材料也可以是耐火硼化物吸收材料，例如，hfb2和tib2，其熔点约为3300℃。也可以使用铕六硼化物eub6或eu2o3，在辐射下，它们不会释放气体，并且这些材料的吸收能力强。
在压力水冷反应堆中，该吸收材料可以是，例如是铪化合物，dy11b6、gd11b6、sm11b6、er11b4，天然的hfb2或天然的tib2。
所述中子吸收段130通常包括主体104内包封的吸收性针束131。针束131主要沿纵向方向3延伸。冷却剂从组件底部204横向流过中子吸收段130到达出口203以冷却该中子吸收段。从图3b可以清楚看出，中子吸收段130的机械连接件132位于吸收性针束131之间。这些连接件132界定的通道133用于使流通中子吸收段130的冷却剂横向流过该通道使其冷却。
在图7中，活动的单元100的顶部101与抓钩式抓持装置300配合，用于操作期间，使保护套200内的活动单元100位于合适的位置。
活动单元100还包括第一支承段110，用于当冷却剂的流量低于预定阈值时，触发活动单元100的下落动作。此功能将在后文详述。
活动单元100还包括第一阻尼件140，与保护套200上的设置的第二阻尼件220配合，用于为下落过程中的活动单元100提供阻尼。下文详细描述第一阻尼件140和第二阻尼件220。
下面说明活动单元100的无源触发机制。通过该机制，当冷却剂的流量异常减小并低于行程触发阈值q触发时，活动单元100在重力的作用下下降。因此，活动单元100可到达下落过程的终点位置，中子吸收段130相对于反应堆的裂变区10及保护套200的核心区240为横向。
活动单元100的第一支承段110具有与保护套200的内壁相对的外壁。保护套200内壁的横截面变窄，并且形成了第二支承段210。在纵向方向上，限制保护套200的横截面的变窄。通常，该第二支承段210纵向延伸的长度小于保护套200长度的1/5，优选地，小于1/10，更优地，小于1/15。具体地，所述第二支承段210的长度和保护套200位于反应堆底部上方的长度之间的比例约为1/12。
第一支承段110和保护套200的内表面所限定的空间能够使冷却剂在保护套200中流动。当第一支承段110相对于第二支承段210横向设置时，该空间减小。
优选地，相对于中子吸收段130，第一支承段110纵向位移。在图1-9和11示出的实施例中，第一支承段110位于中子吸收段130下方。该实施例的优点将在后文描述。根据另一实施例，如图10所示，第一支承段110位于中子吸收段130上。在上述所有的实施例中，第一支承段110没有设置在中子吸收段130上，其与中子吸收段在纵向3上保持一定的距离。
第一支承段110和第二支承段210按如下方式设置：第一支承段110和第二支承段210在垂直于纵向方向3的横向方向上相向设置，以形成下落。第一支承段110和第二支承段210共同限定供冷却剂流通的空间。该空间具有s1段，如果整个活动单元100的外围上的空间j1是规则的，那么所述间隔可以限定该空间。
通过设置第一支承段110和第二支承段210，或者说使其相向，在支承作用下，所述s1段(或空间j1)通过如下方式设置：
-当纵向流过保护套200的冷却剂流量qf大于预定的流量q触发时，冷却剂向活动单元100施加的力足以抵消保护套200中的活动单元100的重力，使活动单元在该支承力下处于垂直状态。
具体地，活动单元100还包括至少一个推压壁117，推压壁基于其在垂直于冷却剂的流动方向上的投影(即根据横向投影确定)的表面积大于零，。冷却剂向推力壁117施加的力和活动单元100的质量相反。
-当流量qf<q触发时，冷却剂向活动单元100施加的力不足以支承保护套200中的活动单元100，也不足以保持活动单元100在该支承力条件下处于垂直状态。因此，该活动单元100在重力作用下，将沿着保护套下降，直到到达行程终点位置。在所述位置上，中子吸收段130与堆芯10相向，以停止或减慢中子活动。
所述第一支承段110和第二支承段210或者其相向面通过如下方式设置：当第一支承段110和第二支承段210在横向没有相向时，第一支承段110和相向于第一支承段110的内壁共同限定了供冷却剂流通的空间，该空间具有s2段，且s2>s1(或者空间j1>j1)。以所述s2段或者s1段通过如下方式界定：如果冷却剂的流量qf大于跳闸值(根据规定，其为额定功率下流量值的110％)时，冷却剂向活动单元100施加的力不足以支承保护套200中的活动单元100，因此，在以正常速率下降时，吸收棒不能从裂变区10中释放出来，只能借助抓持装置300将吸收棒从裂变区分离。
因此，根据上述实施例，本发明提出了一种通过第一支承段110和第二支承段210的配合形成位于堆芯下方的液压支承区的方案。当活动单元100未被支承时，液压支承区不启动。
本发明提供的安全装置牢固、高效、实用。事实上，它有如下优点：
由第一支承段110形成的部分液压区位于中子吸收段130的下方，液压(支承)和热工流体(束冷却)功能区不耦合，但串联。这使得针束131的冷却和活动单元100的提升很好控制；
所以组件所分配的流速实际上可以用来提升和冷却。因此，当径向间隙与支承区域面积相等时，理论上，吸收棒棒脚的承载区比位于中子吸收段的提升区所需的冷却剂量少，也就是说，吸收棒本身可以支撑起更重的(或等同)物质；
在插入阶段，无论针束位于纵向的什么位置，针束131的冷却是相同的。
提升区部件的制造公差的灵活性：在提升区，如果第一支承段110和第二支承段210是由无数的小段形成的，必须能够轻松观察到几毫米(为制造公差的1/10)的径向间隙；
针束131的设计具有一定的自由性：针束131尺寸的改变不会影响第一支承段110和第二支承段210的尺寸。这不仅有益于实际开发(该项目的工作)，而且有利于延长反应堆的寿命；
为计算方面提供便利；以及
在活动单元的下落过程中或悬浮状态中，机械问题导致的故障易控。
本发明并不局限于用圆筒形壁限定冷却剂流通的的空间即s1段。只要能保证支承功能和触发下落，它可以是任何形状的。
优选地，保护套200包括设置在六角形管201的内的套管211，该套管211形成第二支承段210。通过为套管211施加作用力，可以达到为六角形管201施加作用力的目的。相比于现有技术中直接给六角形管201施加作用力，本方法降低了制造复杂度和成本。例如，通过该套管211，可以很好的控制保护套的尺寸。
优选地，根据图1-9以及图11所示的实施例，第一支承段110是活动单元100的定位销112界定。定位销112设置在底部103上。定位销112和底部103形成至少一部分推力壁117。在所述实施例中，该推压壁117是由平面形成的底部103和沿着底部103延伸向定位销112的斜面构成。
如上所述，通过该推力壁117，流过所述保护套200的发热流体施加给活动单元100的推力的一个分量用于抵消活动单元100的重力。此推力作用于位于所述推力壁的横向投影的面上，并且用于平衡第一支承段110的上端和下端之间的压力差。
所述定位销112用于限定活动单元100和保护套200之间的空间的部分。如实施例所示，第一支承段110是圆柱形的。所述定位销是一个整体构件，通常采用以下材料或其合金：例如em10铁素体-马氏体不锈钢。实际上也可以采用其他钢材料或金属，比如难熔金属等，材料的选择根据实际反应堆的实际操作条件确定。
优选地，可大规模制作定位销112，以更加精确地控制定位销的尺寸，而且，这种制作方法也有利于s1段的限定。
在一个实施例中，定位销是实心件。
根据又一有利实施例中，定位销是空心的，因而重量更轻。可以通过机械加工或其他方法制造定位销。为了避免在定位销的顶部的边缘产生凹陷，在定位销的底部增设一个塞子。
优选地，在图1-9和图11所示的实施例中，第一支承段110垂直位于中子吸收段130的下方。因此，在支承状态中，定位销112位于堆芯的下方。当冷却剂5在保护套200内的流动时，第一支承段110位于中子吸收段130的上部。
在一个可选实施例中，第一支承段110垂直位于中子吸收段130的上方。其描述具体参照图10。
第一支承段110垂直位于中子吸收段130的下方的实施例具有诸多优点。
因为第一支承段110不在中子流中，所以第一支承段110所受的辐照量是有限的。然而，辐照对中子流下的金属材料所造成的微损害的宏观表现为尺寸变化，特别是随着辐照量的增加尺寸膨胀。因此，与在中子流中设置第一支承段的技术方案相比，本方案不会影响第一支区域的几何形状，而且确保其功能性，这使得该安全装置更加可靠。
参照图11，此处详述通过确定冷却剂产生的力以实现提升的方案。
图11示出了由套管211形成的第二支承段210，所述定位销112界定出活动单元100的第一支承段110，其纵壁朝向套管211的纵壁，其推力壁117承受由冷却剂产生的提升力。在该图中，定位销的直径d112和由套管形成的内通道的直径d211被示出，而且这两个直径之间的间隙j1也被示出。在该图中还示出冷却剂5的流动方向和套管211上端的压力p1和下端的压力p2。在提升过程中，l211代表纵向长度。沿着此方向，被套管211界定出的第一支承段110面对第二支承段210。
由液压合作区和直径为d112的定位销的部分之间的压降所产生的提升力基于如下参数：长度l112-211、直径d211、径向间隙j1＝d211-d112。此外，事实上，当活动单元100的定位机构与抓取装置300分离后，活动单元100在此过程中移动的距离为l112-211。这有利于活动单元的提升，使反应更好进行，并且使装置可靠和稳定。
分离后，不可避免的，承载区要支撑活动单元的下落，即使在流量qf的值仍然高于触发值q触发。分离的存在是由系统的不稳定性造成的，不稳定性是由几何/机械(保护套内的活动单元未对准)、液压(例如液压扰动，振动)或其他原因(例如，销和套管之间的间隙中存在杂质)造成的。
根据额定流量qn和触发阈值q触发，在活动单元100的下落过程中，本领域技术人员知道，第一支承段110和第二支承段210的尺寸，尤其是其横截面和长度，保持不变。
具体地，作用在活动单元上的f推力可使活动单元时在qf大于q触发时被提升，并且第一支承段110和第二支承段210相向。该推力如下所示：
f推力＝f压力+f摩擦力
其中：
-f摩擦力代表液压合作区的粘性阻力。如图11所示的实施例，所述摩擦力主要取决于长度l211、冷却液的粘度以及间隔j1间隔，其中，j1＝d211-d112。
-f压力代表冷却液施加在投影面上的压力(通常来自推力壁117的定位销112)和冷却液的施加在投影面上的压力p1。如图11所示的实施例，施加在投影面上的压力的大小主要取决于直径d112和压力p1。
因此，f推力至少要抵消吸收棒的质量，也就是说，从所述推力中减去所述浮力。
根据一个实施例，第一支承段110纵向位于中子吸收段130下，并且与中子吸收段之间相距一定的距离以形成分隔段120。隔离段的长度等于活动单元提升和下落过程中的行程。这保证了第一支承段110不会位于堆芯。不管第一支承段110位于何处，都会具有如上所述的优点。而且，当第一支承段110处于中子流中时，还可以减少第一支承段110所受的辐射量。
分隔段120可以根据各种实施例来执行。如图1-9和图11所示的实施例，分隔段包括一拉杆122与一个加固件121，以确保中子吸收段130与第一支承段110之间的机械连接。优选地，如图4b所示，分隔段120包括三个加强件121，所述加固件121从移动单元100的中心开始呈放射状延伸，并从中子吸收段130开始纵向延伸到第一支承段110)。所述结构具有下列优点：实现了整个行程中的机械引导；提高了机械强度；减少了重量，这对支承非常重要；压力损失小；没有复杂的液压设计。
图8和9示出了分隔段120的实施例。分隔段120包括穿孔管123。穿孔管123具有纵向延伸的开口124。这些开口124分布在穿孔管123的整个外形和分隔段120的整个纵向尺寸上，因此，冷却剂能够穿过这些开口124来减少中子吸收段130的能耗，并使其冷却。
根据实施例，穿孔管123具有与拉杆及其加固件相同的优点。然而，穿孔管需要更先进的液压和机械技术。
通过包括抓持装置300的吸收棒机构，活动单元100在操作位置的抓取变得简单可行。所述抓持装置用于抓取活动单元的头部101。在下文中，为了确保活动单元100下落过程是通过无源触发实现的，所述机构仅用于抓取。
现在将参考图7描述根据本发明的无源触发型安全装置的工作原理。
在图7a所示的下落位置处，活动单元100和保护套200之间,更具体地各自支承段(110，210)之间的的液压合作间区未被激活。
在发生反应之前，通过包括抓持装置300的吸收棒机构，活动单元100做好下落准备。即，当反应堆激活时，活动单元100已做好了下落准备。所述活动单元100的吸收段130位于堆芯。所述抓持装置抓持活动单元的顶部101(如图7b所示)，以提升所述活动单元100使其竖直。提升过程如图7c所示。
上述步骤中，冷却剂流量qf与反应堆的处理速率值保持一致，并且低于下文提到的释放速率。
随后，通过吸收棒机构，使活动单元悬空时，冷却剂流量qf增加，(如图7d所示)。
qf至少等于q触发≤q释放，优选地，当q触发<q释放时更安全，此时抓持装置300打开，吸收棒机构释放活动单元100，如图7e所示，其中，q释放<qn。
优选地，活动单元100被抓持装置的300提拉时，其具有位于保护套200内的第一支承段110和第二支承段210。q释放产生的力用于提升活动单元100。
只要q触发<qf，qf可以继续增加到其额定值，以保证活动单元100的下落，如图7e所示。
然而，如果qf<q触发，qf产生的力不能提升活动单元100，活动单元在重力(如图7f所示)的作用下下落到其行程的终点位置，如图所示7g所示。
因此，当主回路中未受保护的瞬态流量值突然减小到低于为部件分配的流量时，液压合作停止，使得在重力作用下，以无源触发方式下降的活动单元100和吸收剂材料130插入堆芯10。
参考图10a、10b、10c，在一个可选实施例中，第一支承段110垂直位于中子吸收段130的上方。因此，第一支承段110垂直位于保护套200的核心区240上方，因此位于反应堆堆芯10上方。具体而言，第一支承段110位于活动单元100的顶部101和中子吸收段130之间。
根据一个实施例，第一支承段110是由拉杆102上的凸起115构成的。凸起115在活动单元100的顶部101和中子吸收段130之间延伸。因此，凸起115位于拉杆102两端之间。如图10a所示，通过分隔段120，第一支承段110的凸起115与中子吸收段130保持一定距离。凸起115具有下端，以形成用于冷却剂的推力壁117，实现活动单元100的提升。
优选地，凸起115为中空的，设置有多个冷却剂排出孔(116，118)。在这些孔中，上冷却剂排出孔118位于凸起115的上端，至少一个下冷却剂排出孔116位于凸起115的下端。凸起115具有是纵向延伸的圆柱形壁，而第二支承段210是由保护套200形成的套管211；凸起115的圆柱形壁的外表面与套管211内表面之间的空间称为s1段，供冷却剂流通。
优选地，安全装置包括活动单元100的阻尼器，用于活动单元的下落过程。
所述阻尼器包括第一阻尼件140，由活动单元100支撑并设置为与冷却剂接触，第二阻尼件220，由保护套200支撑并设置为与冷却剂接触。
第一阻尼件140和第二阻尼件220形成为使得在活动单元100下落且在其到达下落配置状态下的行程终点位置前，第一阻尼件140将进入第二阻尼件220，然后，第一阻尼件140和第二阻尼件220互相配合，以形成一个粘滞阻尼器。
优选地，第二阻尼件220形成了活动单元100限位件。因此，避免了活动单元100与位于保护的套200的下端的底壁206碰撞。
根据在图1-6，图8-9所示的实施例，该装置的第一阻尼件140被纵向地设置在活动单元100底部103与中子吸收段130之间，具体地是在中子吸收段130的下端。在另一实施例中，第二阻尼件220形成一凹形部分且具有至少一个腔室225，腔室225的横截面为以活动单元的平移轴线为中心的环形，并且从腔室225的上端的开口226处纵向延伸到腔室225的底部227。
第一阻尼件140形成了嵌入件，以便于在活动单元100到达其行程终点位置前插入上述腔室225。
第一阻尼件140形成了一根小管，其自由端141的形状有利于其进入腔室。如图6b和6c所示，该管的另一端与活动单元100机械连接。优选地，该端与中子吸收段130的下端相邻。
腔室225大致设于活动单元100的中心轴线上，插入的尺寸与腔室225的尺寸对应，以便在插入过程中，腔室225内的冷却剂被驱出，产生粘性力，用于阻止插入件的插入。具体地，所述腔室225和插入件尺寸的确立用于保证可以产生足够的粘性阻尼力，阻止活动单元100下落到其行程终点位置前。
优选地，腔室225是在套管211厚度内形成的。优选地，第二支承段210也由套管211形成。
因此，套管211具有两个壁，每个壁提供一个非常特殊功能：
-当流量充足时，套管211的一个壁中与活动单元配合，以实现其提供；
-当流量异常减小时，套管211的另一个壁确保阻尼力，阻止活动单元100的下落到其行程终点位置前。
优选地，第二阻尼件220用于提供粘性阻尼，第二支承段210具有升降功能，第二阻尼件和第二支承段至少部分在纵向方向上相向设置，即，在水平位置上，它们处于同一高度。这样的设置非常有利于实现尺寸控制。从图4c和图5b可以看出，活动单元100的提升动作在腔室225和空间j1之间完成。在本实施例中，需要进行精细加工的关键部件的数目减少了。此外，显著节省了空间。
在此实施例中，套管211提供的阻尼和提升功能具有如下所述优点：
-对于现有阻尼元件，在进行提升功能要求的高度高于阻尼功能要求的高度的操作时，无需更改活动单元的长度和行程，因此，不会对装配高度产生影响；
-此外，无需设计一个阻尼区，因为阻尼区的功能实际上减少有效的阻尼，其相当于一个引导区。因此，在此实施例中，不需要创建新的引导区，这将有利于阻尼器中的活动单元在面对卡阻、震颤等风险时的插拔可靠性(因此有利于减缓下落的速度)。这些卡阻、震颤等风险一般是由辐照下装置的结构变形，如偏移/偏斜引起的。根据本实施例，该解决方案提高了阻尼器活动部分插入套管部分的可靠性，这样的插入动作是在套管211构成的引导区内完成的。
根据未示出的实施例，阻尼功能还可以由销112和保护套200之间的配合提供，优选地由底壁206提供。
因此，第一支承段110和第一阻尼件140由活动单元100的销112的外表面113限定。因此，在本实施例中，所述提升和阻尼功能由活动单元100承载的相同部件提供，所述部件可以是定位销112。底壁206优选地固定到套筒的内部，例如固定在底部204上。
如图1至6和图8-10中的优选实施例所示，所述安全装置包括：至少一个导向段230，其用于引导活动单元100在保护套200中移位。如图3b所示，导向段230包括由至少两个、优选地由三个垫块231组成的至少一个导向段230，所述垫块231关于活动单元100的移动轴对称分布。图3b中的垫块231彼此分别以120°的间隔布置。优选地，导向段230由在其内侧面限定了垫块231的垫块轴承圈构成。
导向段230纵向布置在保护套200中，以便在移动单元100处于提升状态时到达中子吸收段130。因此，中子吸收段130的外侧面与所述垫块231之间的配合保证了活动单元100在保护套200中精确、可靠的移位引导。
但是，上述实施例并非是限制性的。
鉴于上述描述，很显然地，本发明提供了特别可靠的和安全的解决方案，当冷却剂流量异常减少时，使吸收棒完全依靠无源方式下落。
本发明不局限于上述描述的实施例，可以延伸到由权利要求书所涵盖的所有实施例。
附图标记
1.装置3.纵向方向5.冷却剂
10.堆芯100.活动单元101.顶部
102.拉杆103.底部104.吸收棒
110.第一支承段112.定位销113.外表面
115.凸起结构116.排出孔117.推力壁
118.顶空120.分隔段121.加固件
122.拉杆123.穿孔管124.开口
130.中子吸收段131.吸收针132.连接件
133.冷却剂通道140.第一阻尼件141.管端
200.保护套201.六角管202.顶部
203.出口204.装配脚205.电源指示灯
206.壁210.第二支承段211.套管
212.内壁220.第二阻尼件225.腔室
226.开口227.腔室底230.导向段
231.垫块240.核心区300.紧固件