[发明专利]用于核控制杆的具有开孔的固态界面接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种在核反应堆中使用的控制杆中的芯块堆与围绕它们的包壳之间的界面。

用于本发明的目标应用包括：

-气冷(RNR-gaz)快速反应堆(RNR)指的是以诸如加压氦气的气体的形式冷却剂操作的第IV代反应堆，并且使用具有由陶瓷基复合(CMC)材料制成的包壳以及混合的铀和钚碳化物型燃料芯块的核燃料杆[9]；

-快速中子反应堆通过钠冷却剂(RNR-Na)操作[12]；

-加压水反应堆(REP)[3]或者沸水反应堆(REB)。

本发明涉及一种用于能量反应堆的控制杆，其中芯块由B₄C中子吸收材料[8]，[5]制成。

贯穿该应用，术语《核反应堆》具有如在目前所理解的通常含义，即利用其中发生裂变反应以释放通过与冷却它们的冷却流体热交换而从元件获得的热能的燃料元件用于根据核裂变反应产生能量的发电厂。

贯穿该应用，《核控制杆》(或《吸收剂》)具有例如在Dictionnaire des Scienceset Techniques nucléaires(核科学与技术辞典)中定义的其官方含义，即包含中子吸收材料的杆并且该杆根据其在堆芯中的位置对核反应堆的反应性具有影响。

背景技术

根据核反应堆的操作条件和性能存在不同类型的控制杆。

通过核控制杆执行的主要功能是：

●通过核反应使中子能够受控地吸收，其施加性能约束(吸收核的密度)与安全约束(对于核反应性和冷却的控制必要的几何稳定性)，

●确保通过核反应释放的能量的受控的提取，这施加性能约束(可能使到冷却剂的传送变差的热障的限制)和安全约束(冷却剂通道的完整性、在吸收剂的熔化以前的裕度、产生可能导致在结构上的过多的机械载荷的差别膨胀的温度梯度的限制等。)

一般地在核设施中遇到的吸收剂可以根据它们几何构造的函数如下分类：

●圆柱体：在控制杆中的杆，例如在RNR反应堆或REP反应堆中；

●板：用于控制杆，例如在沸水反应堆(REB)中。

本发明专门地涉及具有圆柱形几何形状与圆形横截面的控制杆，其中具有圆形横截面的圆柱形B₄C中子吸收芯块堆叠在密封的管状包壳中，其具有在其端部之一的不具有任何芯块的被称作膨胀容器的区域，其适应在辐射下由于通过核反应引起的膨胀现象的芯块的列的延伸。在此圆柱形构造中，在堆叠的芯块与包壳之间具有界面。到现在为止，如在下面说明的，该界面在装配过程中可能减小到仅接触表面或者其可能与功能性间隙相对应其可以然后包括以气态或液态形式的一种或多种材料或者在层中。

发明人做出将要通过在吸收元件中的该界面执行的功能的列表。在下面描述它们。

主要功能：

f1/管理吸收芯块与包壳之间的机械解耦，以便通过使堆叠的芯块的列能够沿着径向方向与轴向方向自由膨胀限定芯块与包壳之间的机械相互作用(该相互作用在下文中称作IMPG)；

f2/使能够传送从中子吸收反应获得的气体产物(在B₄C芯块的情形中氦和氚)，通过吸收剂释放膨胀容器尽可能定位控制杆的轴向端部或者在形成在控制杆的包壳中的排气孔处以将这些气体释放到最初系统中(然后它们被从那里通过特定目的的净化回路去除)，

f3/管理吸收剂与包壳之间的热耦合：

i.特别地沿着径向方向使热障最小化，以防止吸收剂的任何过度的温度升高；

ii.确保该功能的特别地沿着轴向和地平经度方向的连续性，以使能够产生可能特别地在包壳上引起很大机械载荷的差别膨胀的温度异质化最小化。

由环境导致的功能：

f4/执行主要功能(f1至f3)以使在界面处的中子冲击最小化，以便维持反应堆堆芯的性能：

i.通过使几何尺寸最小化；

ii.通过利用可能与中子具有相互作用的大横截面的材料。

f5/执行主要功能(f1至f3)以确保界面与其外界环境的化学兼容性：

i.确保界面与包壳的化学兼容性(例如在意外情形下，在高温处速率不增加)；

ii.确保界面与吸收剂的化学兼容性(没有可能例如减小吸收剂熔化裕度的《低温》共熔)。

次要功能：