一種緊湊型反應堆堆芯和功率展平方法與流程

2023-12-11 01:32:22

本發明涉及一種核反應堆堆芯設計，具體涉及一種緊湊型反應堆堆芯和反應堆堆芯的功率展平方法。

背景技術：

目前世界和中國均面臨化石能源枯竭所導致的能源危機和化石燃料燃燒所衍生的溫室效應問題。為應對能源世界的這一嚴峻局面，世界各國均非常重視發展可再生能源和新能源。考慮所有綜合因素後，核能影響環境程度小，且核電廠能提供連續的電力需求，並不受氣候影響，加之核燃料運輸與儲存方便、發電成本穩定、核電技術與產業化成熟等優勢，核能被公認為是目前最有希望可大規模代替化石能源的一次能源，並得到大力發展。

目前，小型反應堆已經備受世界各國的關注和青睞，國際原子能機構也鼓勵發展和利用安全性能高，系統構築物可靠、投資相對較小的中小型反應堆。特別是為了滿足海島海洋平臺、偏遠地區分布式供電需求，則需要發展迷你型核電裝置，因此發展緊湊型反應堆變得至關重要。

反應堆的功率輸出是由傳熱能力來決定的，因此局部的功率峰值會限制整個反應堆的輸出功率，為了儘可能提高反應堆的總輸出功率，就需要進行功率展平。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種功率分布均勻的緊湊型反應堆堆芯。

本發明的目的還在於提供一種反應堆堆芯的功率展平方法，以在實現堆芯的緊湊性的基礎上，實現功率的均勻分布。

為此，本發明提供了一種緊湊型反應堆堆芯，包括若干燃料層、若干反射層和屏蔽層，其中，所述若干燃料層與反射層在屏蔽層內側依次交替布置，以實現堆芯的緊湊性和堆芯功率在燃料層內均勻分布。

進一步地，上述燃料層使用液態金屬進行冷卻。

進一步地，上述燃料層與反射層沿徑向方向交替布置或沿環向方向交替布置。

進一步地，上述燃料層與反射層沿徑向方向環形交替布置或沿環向方向扇形交替布置。

進一步地，上述燃料層與所述反射層沿環向、徑向混合交替布置。

進一步地，上述反射層為以慢化效果作為選材指標的液態或固態的反射材料。

根據本發明的另一方面，提供了一種反應堆堆芯的功率展平方法，包括：選用根據上面所描述的緊湊型反應堆堆芯作為反應堆堆芯，通過調整所述反射層厚度或大小來調整堆芯功率在所述燃料層內的均勻分布性。

進一步地，通過提高反射層的反射材料的慢化效果，以在燃料區形成快熱混合能譜，實現堆的緊湊性以及深燃耗。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)、根據本發明的緊湊型堆芯布置，可以為迷你型核電裝置堆芯布置提供參考；

(2)本發明提供的緊湊型堆芯功率分布均勻，有利於提高反應堆的總輸出功率。

除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成

本技術：
的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據本發明一實施例的環形交替布置堆芯平面圖；

圖2是根據本發明一實施例的扇形交替布置堆芯平面圖；以及

圖3是根據本發明一實施例的環形交替布置的功率分布圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

本發明提出反射層和燃料層的交替布置的一種反應堆堆芯，其一方面利用堆芯燃料層內形成的快熱混合能譜實現堆芯的緊湊性以及深燃耗，同時實現了中子通量在燃料層內展平，實現了功率的均勻分布。

圖1至圖3示出了根據本發明的一些實施例。

如圖1所示，本發明的堆芯主要由若干燃料層1、若干反射層2、屏蔽層3組成，所述若干燃料層1與反射層2在屏蔽層3內側依次交替布置，從而實現堆芯的緊湊性以及堆芯功率在燃料層內的均勻分布。

其中，燃料層1主要用於裂變產能；反射層2一方面用於將燃料層1洩露出的中子反射回燃料層1繼續用於裂變產能，另一方面用於中子慢化；屏蔽層在燃料層和反射層之外，用於屏蔽中子、光子等，以保證反應堆的放射性物質不外洩。

其中，反射層2採用慢化效果好的反射材料，可以為固態慢化材料，也可以為液態慢化材料。一方面將燃料層1洩露出來的中子反射回燃料層1，提高中子利用率；另一方面對中子進行慢化，在燃料層形成快熱混合能譜，利用中低能中子提高燃料的裂變率，從而使反應堆更容易達到臨界，實現反應堆的緊湊性小型化。

燃料層1和反射層2的排布上可以採用徑向方向的交替布置，如圖1所示為環形交替布置；也可以採用環向方向的交替布置，如圖2所示為扇形交替布置；也可採用環形、徑向交替布置方式。通過調節反射層2的厚度或大小，實現中子通量在各燃料層1內的展平，從而實現功率在燃料層內的均勻分布。

圖3為採用如圖1中所示的燃料、反射層環形交替布置的一個具體實例的功率分布圖，實例中燃料層共三層，每層包含兩圈燃料棒，將其功率分布的結果與燃料層一體化的功率分布結果做了對比。從圖中可以看到，對於燃料層一體化的分布，其邊緣的燃料棒的功率比較高，中間燃料棒的功率比較低，即整體功率分布非常不均勻；對於燃料層、反射層分層布置的情況，其各圈燃料棒上的功率分布式比較一致的，即本發明所示堆芯布置功率分布確實是比較均勻的。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。