[发明专利]用于建模核反应堆堆芯内燃料棒功率分布的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2008年2月11日提交的序列号为12/029,005的申请的部分继续申请。

技术领域

本发明总体涉及建模核反应堆的堆芯内功率分配的方法，具体涉及用于设计核反应堆的初始和重新加载堆芯的方法。

背景技术

使用加压水冷却的核反应堆功率产生系统的初级侧包括与用于产生有用能量的次级侧隔离的并且处于热交换关系的闭合回路。初级侧包括反应堆容器，其围封支承容纳核燃料的多个燃料组件的堆芯内部结构，热交换蒸汽发生器内的初级回路，加压器的内部容积，用于循环加压水的泵和管道；所述管道将各蒸汽发生器和泵独立地连接至反应堆容器。包括蒸汽发生器、连接至容器的泵和管道系统的初级侧的各个部件形成初级侧的环路。初级侧还连接至辅助回路，包括用于加压水的容积和化学监测的回路。辅助回路，其布置为从初级回路分支，可以若需要通过使用测量量的水进行补充以保持初级回路中水量，并且可以监测冷却水的化学特性，尤其是它的硼酸的含量，这对反应堆的工作非常重要。

为了举例说明的目的，图1示出了简化的核反应堆初级系统，包括具有围封核堆芯（14）的围封头部（12）的通常为圆柱形的反应堆加压容器（10）。诸如水之类的液体反应堆冷却剂穿过堆芯（14）通过泵16泵送入容器（10），在此处热量被吸收并且释放至热交换器（18），通常称为蒸汽发生器，其中热量被输送至利用回路（未示出），例如蒸汽驱动涡轮发电机。反应堆冷却剂随后返回至泵（16），完成初级环路。通常，多个上述环路通过反应堆冷却管道（20）连接至单个反应堆容器（10）。

示例性的反应堆设计在图2中更为详细的示出。除了包括多个并行的、竖直的、共延伸的燃料组件（22）的堆芯（14）之外，为了描述的目的，其它容器内部结构可划分为下内部（24）和上内部（26）。在常规的设计中，下内部功能为支承、对齐和指引堆芯元件和器件，以及引导容器内的流。上内部约束燃料组件（22）或为燃料组件（22）提供二次约束（为附图中简单起见，仅示出了燃料组件中的两个），并且支承和指引器件和元件，例如控制棒（28）。在图2示出的示例性反应堆中，冷却剂通过一个或一个以上进口喷嘴（30）进入反应堆容器（10），向下流穿过容器和堆芯管（32）之间的环形物，在下集气室（34）内翻转180°，向上穿过下支承板（37）和其上放置燃料组件（22）的下堆芯板（36）并且穿过和围绕所述组件。在一些设计中，下支承板（37）和下堆芯板（36）通过单个结构、与（37）处于同一高度的下堆芯支承板替换。穿过堆芯和围绕区域（38）的冷却剂流通常比较大，以每秒接近20英尺的速度每分钟大约400,000加仑。所产生的压降和摩擦力易于使燃料组件上升，其运动受上内部（包括圆形的上堆芯板（40））的约束。离开堆芯（14）的冷却剂沿上堆芯板的下侧流动并且向上穿过多个穿孔（42）。冷却剂随后向上并且径向流向一个或一个以上出口喷嘴（44）。

上内部（26）可从容器或容器头部支承并且包括上支承组件（46）。负载在上支承组件（46）和上堆芯板（40）之间输送，主要通过多个支承柱（48）。支承柱在选定的燃料组件（22）和上堆芯板（40）中的穿孔（42）的上方对齐。

直线可移动控制棒（28）通常包括通过控制棒导向管（54）导向穿过上内部（26）并进入对齐的燃料组件（22）的中子抑裂变棒的连接柄组件（52）和驱动轴（50）。导向管固定地接合至上支承组件（46）并且通过压配合到上堆芯板（40）的顶部中的开口销（56）连接。销配置提供了导向管组件的便利和若需要情况下的更换，并且确保了特别是地震或其它高负载意外情况下的堆芯负载主要由支承柱（48）而非导向管（54）承受。这有助于减缓导向管在意外情况下的变形，这种变形会有害地影响控制棒插入能力。

图3是通过附图标记（22）总体表示的燃料组件的以竖直缩短的形式示出的立面图。燃料组件（22）是在加压水反应堆中使用的类型并且具有结构骨架，其在下端处包括底部喷嘴（58）。底部喷嘴（58）在核反应堆的堆芯区域中支承下堆芯支承板（36）上的燃料组件（22）。除了底部喷嘴（58）之外，燃料组件（22）的结构骨架还包括在其上端处的顶部喷嘴（62）和若干导向管或套管（54），其在底部喷嘴（58）和顶部喷嘴（62）之间纵向延伸并且在相反端牢固地连接在一起。