[发明专利]用于核反应堆应用的中子吸收复合材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2011年5月7日提交的美国临时申请No.61/518,478的优先权，其全部内容以引用方式并入本申请。

技术领域

本发明涉及核反应堆的安全运行，更具体地说，涉及提供对核反应堆内的辐射和该辐射对位于安全壳室内的设备部件的负面影响的保护手段。

背景技术

对于冷却水/蒸汽循环系统和其他设备(如用于控制燃料和控制棒的运动的部件)的部件而言，对核反应堆设施的安全壳室内的辐射的保护是尤其重要的。安全壳室通常由混凝土构造而成，其中容纳有金属反应堆压力容器，该压力容器包括填充有放射性铀的燃料棒的芯、和围绕该芯的金属围筒。在所述围筒的垂直壁和压力容器之间形成有充水的夹套，其接收转变成蒸汽的循环水。上述构造是沸水反应堆(BWR)的典型构造。由于自然灾害和安全壳室外的环境区域的污染的影响，近来就核反应堆已经出现安全问题。

发明内容

本发明提供一种多层复合材料以进一步保护这些设施以免意外释放辐射到环境，并对这些设施中的设备部件提供增强的保护，提高其使用寿命，避免或最小化辐射损害，并减少关闭之间的维修时间。更具体地说，本发明的实施方案提供一种多层复合材料，其包括含有中子吸收材料的层，该层可设置于各种设备部件(包括位于安全壳室内的那些设备部件)的表面、或至少接近该表面。在一些实施方案中，所述复合材料在构型上可与所要保护的设备部件的形状一致，或者当一致的形状不切实际时可具有尺寸上完全包封该部件的非一致的形状。

根据本发明的一个方面，为核反应堆提供一种辐射吸收系统，该核反应堆具有安全壳室和其中含有燃料棒芯的反应堆压力容器。该系统包括多层复合材料，该多层复合材料包括含有中子吸收材料的内层和设置于该内层的相反侧面上的外层。该复合材料设置为接近核反应堆的安全壳室内的设备部件的表面或在其上，以保护该部件免受辐射损害。在一个实施方案中，所述内层包含硼。

附图说明

将参照以下附图描述这些实施方案的特点，附图中相似的要素/元件相似地进行标记，其中：

图1为根据本发明的中子吸收复合材料的一个实施方案的横截面图；

图2为中子吸收复合材料的另一个实施方案的横截面图；

图3为施加到核反应堆的设备部件的中子吸收复合材料的横截面图。

所有附图均为示意图，并非按比例绘制。

具体实施方式

该对于说明性实施方案的描述旨在结合附图进行阅读，这些附图认为是整个说明书的一部分。在本申请所披露的实施方案的描述中，对于方向或取向的任何述及仅旨在便于描述，而非意图以任何方式限制本发明的范围。描述相对关系的术语，如“较低”、“较高”、“水平的”、“垂直的”、“以上”、“以下”、“上”、“下”，“顶”和“底”及其衍生术语(例如，“水平地”、“向下”、“向上”等)应解释为指示当时所描述的取向、或者在所讨论的附图中所示出的取向。这些描述相对关系的术语仅为了便于描述，而不需要将设备沿特定的取向构造或操作。

术语，如“连接的”、“固定的”、“耦接的”、“连接的”和“互连的”，是指其中结构体直接地或通过中介结构体间接地固定或连接到彼此之上的关系、以及可活动或刚性的连接或关系二者，除非另有明确描述。此外，参考这些实施方案对本发明的特征和有益效果进行了说明。因此，本发明明确地不应限于对本发明的特征的一些可能的非限制性组合进行说明的实施方案，这些特征可独立存在或为其他的特征组合；本发明的范围由所附的权利要求所限定。

在一个实施方案中，如图1所示，本发明包括可操作为吸收中子的多层复合材料10。在一个实施方案中，提供至少三层的复合材料10，如图所示，其具有包含中子吸收材料的内层20和设置于所述内层的相反侧面上的两个外层30。在一个实施方案中，所述中子吸收材料包括含硼组合物。在一个实施方案中，含硼层20为烧结碳化硼层。在另一实施方案中，碳化硼层的密度为约93％或更高。

碳化硼是一种极硬的材料，用作核反应堆设施的辐射屏蔽材料，这是由于该材料具有吸收中子而不形成寿命长的放射性核的能力。因此，该材料适合粉碎以形成粉末，该粉末可被烧结或烧制成各种有用的形状。一般来说，烧结工序涉及使用粉末状的硼，其被放置于模具中并烧制(即，加热)至低于该材料熔点的高温。该工序导致该材料致密化，其将颗粒融合在一起，从而制造形状与模具的形状一致的坚实的单块材料。