堆芯分離型混合反應堆的製作方法
2023-12-11 01:22:02
本發明涉及可使單一的反應堆以輸出運行模式或臨界實驗模式運行的堆芯分離型混合反應堆。尤其涉及一種在輸出運行模式下不分離堆芯運行，但在臨界實驗模式運行時，分離移動堆芯的一部分，以確保臨界實驗用空間的堆芯分離型混合反應堆。
背景技術：
在原子能領域，臨界設施一般是將作為構成反應堆的堆芯的基本要素的核燃料、減速材料、冷卻材料等單位柵格重複排列以形成臨界狀態的反應堆物理實驗裝置，用於通過實驗了解對象排列的核特性。為了所述用途，需根據需要容易改變排列，而熱輸出需儘量低。所述臨界設施廣泛用於設計並解釋新的反應堆或核燃料的相關領域。
另外，研究用反應堆(Research Reactor)是利用在核分裂過程中產生的中子的設施，其用途與上述臨界設施的用途大不相同。
全世界的教育用反應堆大部分設置於大學內，因為大部分是數百kW至數MW的低輸出反應堆，除核工程專業的實驗教育之外，主要限制性地用於NAA(Neutron Activation Analysis，中子活化分析)、RI(Radio-Isotope，放射性同位素)生產等。另外，因反應堆的結構是固定的，不能以核燃料或柵格結構不同的反應堆為對象研究反應堆物理特性或進行教育。與此相反，美國的ATR、HANARO等數十MW級別的高輸出研究反應堆，需為核燃料及材料調查實驗、冷中子束利用等不停地長時間運行，因此不適合於需隨時改變運行狀態的教育用或反應堆物理實驗用途。
在現有技術的公開於註冊專利第KR 10-1524798 B1的具備固定型核燃料桶和移動型核燃料桶的加壓輕水型核發電的核燃料聚合體中，只公開只有位於上部區域的核燃料能夠上下移動的結構，未公開利用單一的反應堆確保臨界實驗用空間進行柵格特性實驗的技術結構。因此需要開發出利用單一的反應堆以正常輸出運行模式或臨界實驗模式運行的新的方案。
先行技術文獻
【專利文獻】
(專利文獻1)註冊專利KR10-1524798 B1
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術之不足而提供一種利用單一的反應堆，可進行通常的研究用反應堆那樣的輸出運行模式的運行，還可以根據需要用作臨界設施的混合反應堆。
本發明的另一目的在於，提供一種在將反應堆用作臨界設施時，分離堆芯的一部分橫向移動以確保臨界實驗用空間，並在該空間內重複排列反應堆堆芯構成物質的單位柵格，從而可進行堆芯柵格特性實驗的混合反應堆。
為達到所述目的，本發明的一實施例，包括：混凝土水槽；堆芯分離型混合反應堆，其設置於所述混凝土水槽的內部；及模式轉換用驅動部，其調節所述混合反應堆的運行模式；所述堆芯分離型混合反應堆，包括：分離型結構的柵格結構物，其設置於所述混凝土水槽的底面部；分離型結構的反射體結構物，其設置於所述柵格結構物的邊緣部位；及分離型結構的隔壁結構物，其在所述柵格結構物的上部設置成圍住所述反射體結構物。
在本發明的一實施例中，所述柵格結構物包括：固定型柵格結構物，其設置於所述混凝土水槽的內部並具備柵格結構的收納空間；及移動型柵格結構物，其組裝成相對於所述固定型柵格結構物可分離的結構，並具備柵格結構的收納空間。
在本發明的一實施例中，所述反射體結構物包括：固定型反射體，其設置於所述固定型柵格結構物的邊緣部位；及移動型反射體，其設置於所述移動型柵格結構物的一側邊緣部位，並與所述固定型反射體一同圍住所述柵格結構物的邊緣部位的全部區域。
在本發明的一實施例中，所述隔壁結構物包括：固定型隔壁結構物，其設置於所述固定型柵格結構物並一側開口；及移動型隔壁結構物，其設置於所述移動型柵格結構物並通過與所述固定型隔壁結構物結合形成堆芯分離型反應堆。
發明效果
本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆可利用單一的反應堆進行輸出運行模式或臨界實驗模式選擇性運行，在以臨界實驗模式運行時，可將堆芯的一部分橫向移動以確保臨界實驗用空間，並在確保的臨界實驗用空間內重複排列反應堆堆芯構成物質的單位柵格，從而進行堆芯柵格特性實驗。
即本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆只利用一座教育用反應堆，就可進行以輕水作為冷卻材料的各種堆芯柵格反應堆物理特性實現和利用低輸出反應堆的教育和研究，從而在教育領域用作多種目的。
另外，本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆，較之為臨界實驗目的進行建造的臨界反應堆，單位柵格數大約減少1/10左右。
另外，本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆可通過實驗確認堆芯的特性並利用其確保新核燃料的反應堆物理特性實測資料。
另外，本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆，若適用在以輸出模式運行時利用控制系統自動移動堆芯的一部分的設計，則也可用於反應堆自動停止。
附圖說明
圖1為本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆的整體結構圖，尤其是，為便於理解從混凝土水槽分離堆芯分離型混合反應堆而表示的示意圖；
圖2為表示本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆以輸出運行模式運行的狀態的平面圖；
圖3為用於更便於理解本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆的整體結構的放大示意圖，是在以如圖2所示的輸出運行模式運行時的混合反應堆的結構狀態示意圖；
圖4為表示本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆的結構的一次部分分解斜視圖；
圖5為表示用於更便於理解本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆的結構的二次完全分解斜視圖；
圖6為表示本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆以臨界實驗模式運行的狀態的平面圖；
圖7為在以如圖6所示的臨界實驗模式運行時的混合反應堆的結構狀態斜視圖。
*附圖標記*
10：混凝土水槽 20：模式轉換用驅動部
30：驅動側旋轉軸 40：齒輪箱
42：蝸杆 44：蝸輪
50：從動側旋轉軸 52：導螺杆
100：混合反應堆 110：支撐結構物
130：柵格結構物 132：固定型柵格結構物
140：移動型柵格結構物 142：嚙合部
150：反射體結構物 152：固定型反射體
154：移動型反射體 170：隔壁結構物
172：固定型隔壁結構物 174：移動型隔壁結構物
具體實施方式
下面，結合示例附圖對本發明的較佳實施例進行詳細說明。
圖1為本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆的整體結構圖，而且，是從混凝土水槽分離堆芯分離型混合反應堆所表示的示意圖。圖2為表示本發明的堆芯分離型混合反應堆以輸出運行模式運行的狀態的平面圖。圖3為在以如圖2所示的輸出運行模式運行時的混合反應堆的結構狀態斜視圖。圖4為表示本發明的堆芯分離型混合反應堆的結構的一次部分分解斜視圖。
如圖1所示，本發明的堆芯分離型混合反應堆100包括：混凝土水槽10，其上部開放並在內部儲存一定量的水；及模式轉換用驅動部20，其為調節運行模式，在上端部露出至所述混凝土水槽10的外部的同時，沿水槽的內壁部沿垂直方向向下設置。
如圖2至圖4所示，所述堆芯分離型反應堆100還包括支撐結構物110、柵格結構物130、反射體結構物150及隔壁結構物170。
所述支撐結構物110相對於所述混凝土水槽10的底面部固定設置並從下部支撐所述柵格結構物130，為使水的流入和流出變得順暢，在部件的全部區域形成多個貫通孔。另外，所述支撐結構物110為了與所述混凝土水槽10的底面部結合，在側部的下端部位一體形成向外部突出的形狀的凸緣部112。
所述柵格結構物130固定設置於所述支撐結構物110的上部，以柵格結構形成用於設置多個核燃料(NF，Nuclear Fuel)的多個收納空間。尤其是，所述柵格結構物130以可相互分離的分離型結構的結構物形式構成，在以輸出運行模式(Power Operation Mode)運行反應堆時結合，並在以臨界實驗模式(Criticality Operation Mode)運行反應堆時分離以在內部形成用於臨界實驗的空間。
所述反射體結構物150以直立狀態固定設置於所述柵格結構物130的邊緣部位，與所述柵格結構物130一樣，以可相互分離的分離型結構構成。此時，所述反射體結構物150也在以輸出運行模式運行反應堆時維持相互結合的狀態，並在以臨界實驗模式運行時分離以在內部形成用於臨界實驗的空間。
所述隔壁結構物170在所述柵格結構物130的上部，以在外部圍住所述反射體結構物150的形式設置，並與所述柵格結構物130和所述反射體結構物150一樣，以可相互分離的分離型結構構成。此時，所述隔壁結構物170也在以輸出運行模式運行時維持相互結合的狀態，並在以臨界實驗模式運行時分離以在內部形成用於臨界實驗的空間。
圖5為表示用於更便於理解本發明的一實施例的堆芯分離型混合反應堆的結構的二次完全分解斜視圖。
如圖5所示，所述柵格結構物130為在所述混凝土水槽10的內部固定於所述支撐結構物110的上部的可相互分離的結構物，包括：固定型柵格結構物132，其以柵格結構形成用於設置核燃料(NF)的多個收納空間；及移動型柵格結構物140，其以相對於所述固定型柵格結構物132可橫向分離的結構組裝並以柵格結構形成用於設置核燃料(NF)的多個收納空間。
在本發明的實施例中，所述固定型柵格結構物132的橫截面的形狀大致呈馬蹄形形狀。即所述固定型柵格結構物132為了以收納於內部的方式組裝所述移動型柵格結構物140而具有一面向外部開放的結構的開口部。當然，所述組裝方式可以各種變形實施例實現。
所述固定型柵格結構物132在與所述移動型柵格結構物140對應的組裝部位形成至少一對的導向槽134，所述移動型柵格結構物140在與所述導向槽134對應的組裝部位形成用於結合的至少一對導向凸起144。此時，所述導向槽134和所述導向凸起144可採用相互相反的形狀，而且，為了確保結合時順利的引導可以各種變形實施例實現。
所述固定型柵格結構物132為了在所述混凝土水槽10的底面部與所述支撐結構物110結合而在側部的下端部位一體形成向外部突出的形式的凸緣部136。另外，所述支撐結構物110為了與所述凸緣部136結合，也在側部的上端部位一體形成向外部突出的形式的凸緣部114。
所述移動型柵格結構物140為根據所述模式轉換用驅動部20的運行而進行聯動，在一側具備以向外部突出的形式形成並用於螺紋結合的嚙合部142。
所述反射體結構物150包括：固定型反射體152，其設置為以直立狀態固定於所述固定型柵格結構物132的邊緣部位；及移動型反射體154，其設置為以直立狀態固定於所述移動型柵格結構物140的一側邊緣部位，並與所述固定型反射體152一同圍住所述柵格結構物130的邊緣部位的全部區域。
即所述固定型反射體152限於在所述固定型柵格結構物132的全部區域中，除了所述移動型柵格結構物140的組裝部位的其餘柵格結構的收納空間中的邊緣部位，以直立狀態組裝，所述移動型反射體154限於在所述移動型柵格結構物140的全部區域中，除了所述固定型柵格結構物132的組裝部位的其餘柵格結構的收納空間中的邊緣部位，以直立狀態組裝起來。
所述隔壁結構物170包括：固定型隔壁結構物172，其設置於所述固定型柵格結構物132的上部並一側開口以從外部圍住所述固定型反射體152；及移動型隔壁結構物174，其設置於所述移動型柵格結構物140的上部並從外部圍住所述移動型反射體154，且通過與所述固定型隔壁結構物172的結合而形成堆芯分離型反應堆。
為此，所述固定型隔壁結構物172為了與所述固定型柵格結構物132結合，在邊緣的全部周圍部位的下端一體形成向外部突出的形式的凸緣部173。另外，所述移動型隔壁結構物174為了與所述移動型柵格結構物140結合，在邊緣部位的下端一體形成向外部突出的形式的凸緣部175。此時，所述移動型隔柵格構物140為了與所述移動型隔壁結構物174的凸緣部175結合，在一側一體形成向外部突出的形式的凸緣部146。
另外，所述模式轉換用驅動部20包括：驅動側旋轉軸30，其沿所述混凝土水槽10的內壁沿垂直方向向下設置並可通過使用者進行旋轉；從動側旋轉軸50，其與所述柵格結構物130的移動性柵格結構物140螺紋結合；及齒輪箱40，其設置於所述驅動側旋轉軸30和所述從動側旋轉軸50之間，並將從所述驅動側旋轉軸30提供的動力傳遞至所述從動側旋轉軸50。
在本發明的實施例中，所述齒輪箱40包括：蝸杆42，其設置於所述驅動側旋轉軸30的下側自由端部；蝸輪44，其嚙合於所述蝸杆42並設置於所述從動側旋轉軸50的一側自由端部；主體46，其分別可旋轉地設置所述蝸杆42和所述蝸輪44；及蓋子48，其相對於所述主體46可開閉地結合。
另外，所述驅動側旋轉軸30以設置於所述混凝土水槽10的內壁部的多個安裝架32為媒介被支撐以能夠更穩定地進行旋轉。
另外，在所述從動側旋轉軸50的自由端部結合有導螺杆52，所述導螺杆52通過螺紋結合方式與所述移動型柵格結構物140的嚙合部142組裝在一起。結果，所述驅動側旋轉軸30的旋轉經過所述齒輪箱40傳遞至所述從動側旋轉軸50，而所述從動側旋轉軸50的旋轉引起所述導螺杆52的旋轉，從而所述移動型柵格結構物140相對於所述固定型柵格結構物132向分離的位置移動或相反向組裝位置移動。
因此所述結構的本發明的堆芯分離型混合反應堆100可將單一的反應堆選擇為輸出運行模式或臨界實驗模式中的一種模式運行。
這是因為所述柵格結構物130為由固定型柵格結構物132和移動型柵格結構物140構成的可分離的結構，所述反射體結構物50為由固定型反射體152和移動型反射體154構成的可分離的結構，而所述隔壁結構物170為由固定型隔壁結構172和移動型隔壁結構174構成的可分離的結構。另外，所述一系列運行模式轉換可利用所述模式轉換用驅動部20實現。
首先，在以輸出運行模式運行時，分別如圖2和圖3所示，構成所述柵格結構物130的固定型柵格結構物132和移動型柵格結構物140在設置於不相互分離的位置的狀態下，利用設置於分別形成的柵格結構的收納空間的核燃料(NF)起到低輸出的研究用目的的反應堆的作用。例如，混合反應堆100可利用在堆芯中產生的中子進行NAA(Neutron Activation Analysis，中子活化分析)、RI(Radio-Isotope，放射性同位素)生產等低輸出反應堆可實現的實驗和生產活動。若適用在以輸出模式運行時，利用控制系統自動移動模式轉換用驅動部20的設計，則其也可用於反應堆自動停止。
與此不同，在以臨界實驗模式運行時，各如圖6和圖7所示，根據所述模式轉換用驅動部20的運行，構成所述柵格結構物130的固定型柵格結構物132和移動型柵格結構物140轉換為移動至相互分離的位置的狀態以在其間形成用於臨界實驗的一定的空間X，並利用所形成的用於臨界實驗的空間X進行可在臨界狀態下進行的各種堆芯柵格的特性實驗。
即在模式轉換用驅動部20中，因所述從動側旋轉軸50以根據所述驅動側旋轉軸30的旋轉引起的所述蝸杆42和所述蝸輪44之間的聯動作用產生的動力傳遞為媒介進行旋轉，因此所述導螺杆52的旋轉被動進行。
此時，因所述導螺杆52的旋轉將所述移動型柵格結構物140從所述固定型柵格結構物132橫向移動，因此所述移動型柵格結構物140和所述移動型反射體154及所述移動型隔壁結構物174一同橫向移動。結果，在所述混合反應堆100的堆芯內部，在所述固定型柵格結構物132和所述移動型柵格結構物140之間，可形成用於臨界實驗的空間X。
另外，若向所述用於臨界實驗的空間X裝填由新的反應堆構成物質構成的柵格，則現有的設置於固定型柵格結構物132和移動型柵格結構物140的核燃料(NF)將起到用於臨界特性實驗的中子的供應源的作用，因此無需另外建設可進行反應堆物理柵格實驗的臨界實驗裝置。
例如，如圖6所示，本發明的混合反應堆100在將堆芯以8*10排列的柵格結構構成時，在最外圍柵格結構的收納空間分別設置固定型反射體152(用A表示)和移動型反射體154(用B表示)，以在將堆芯的全部周圍部位用反射體結構物150圍住的狀態下，若在所述固定型反射體152的收納空間設置3*6排列的核燃料(用a表示)，在所述移動型反射體154的收納空間設置3*6排列的核燃料(用b表示)，則在其間形成2*6排列的柵格結構的用於臨界實驗的空間X，而若在所形成的空間裝填新的反應堆構成物質的柵格，則可進行對相應物質的柵格特性實驗，而所述對新的反應堆構成物質的柵格特性實驗，可確認與現有技術下在利用核燃料構成臨界堆芯的狀態下進行的情況非常類似的中子束分布，從而可獲得可將單一的反應堆選擇為輸出運行模式或臨界實驗模式中的一種運行的經濟效果。
上述實施例僅用以說明本發明而非限制，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明進行修改、變形或者等同替換，而不脫離本發明的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
工業實用性
本發明涉及堆芯分離型混合反應堆，可用於核能相關工業領域。