[发明专利]微粒去除系统

说明书

技术领域

本发明涉及提高核反应堆的安全性、可靠性和性能。更具体地说，本发明涉及一种用于通过除去杂质而提高轻水反应堆的主系统中的状态的方法和装置，否则该杂质可能在反应堆芯中活动，并沉积在主回路内的表面上，从而导致部件退化和增加剂量率。本发明可用于增压水反应堆(PWR)和沸水反应堆(BWR)。

背景技术

PWR核动力反应堆使用在反应堆冷却剂系统(RCS)中的再循环过冷水来除去由在芯中的裂变产生的能量。再循环水在压力下向上流过芯，然后流向一个或多个蒸汽发生器的“第一侧”，其中，能量通过蒸汽发生器管而传递给蒸汽发生器的第二侧，在该第二侧中，水沸腾，以便产生饱和或过热蒸汽。在蒸汽发生器中产生的大部分蒸汽引向涡轮发电机，以便产生电。一些蒸汽用于重新加热在第二循环中的蒸汽、驱动蒸汽涡轮驱动的泵、或者使得供给蒸汽发生器的给水预热。在一些设备中，蒸汽可以用于其它目的，例如海水淡化。

BWR核动力反应堆使用再循环水来除去由在芯中的裂变产生的能量，但是与PWR中不同，在反应堆的芯中产生池沸腾。为了保持有利的热传递和控制在BWR中的裂变处理，一个或多个再循环环路用于迫使液体水向上通过芯循环。有利的状态包括：(1)在通过再循环产生的更高速度下提高对流和沸腾热流；以及(2)更高的液体水部分，这增加了中子的减速。在芯中产生的蒸汽与在芯中产生的再循环蒸汽-水混合物分离，并引向涡轮发电机(以便产生电)、第二循环蒸汽再热器、蒸汽涡轮驱动的泵或者给水加热器(以便预热再循环的给水)。与蒸汽一起离开芯的液相水与蒸汽分离，并通过再循环泵而泵送回芯的下端中。再循环泵可以是马达驱动的离心泵或者喷射泵和离心泵的组合。

核动力反应堆通过裂变材料(例如U-235或Pu-239)的裂变而在它们的芯中产生热量。芯也可以包含可变成裂变物质的材料，例如Th-233，它能够通过在芯中的辐射而转变成可裂变的物质。在PWR或BWR中的裂变材料的浓度通常浓缩成超过在自然中发现的浓度。通常浓缩至2至20％，但是它可以高得多。燃料的平衡通常自然产生非裂变材料(例如U-238)。在轻水反应堆中，由裂变处理产生的中子通过水来“减速”。减速减少了中子的能量，并使得它们更可能促进燃料的合适裂变链反应。

在大部分反应堆中，燃料的化学组分形式是固体氧化铀或者是氧化铀和氧化钚的混合物，但是可以使用的其它形式包括铀或钚的固体金属合金。通常，氧化物燃料形成柱形芯块，这些柱形芯块在“覆层”内堆垛成燃料棒，并进一步分组成燃料棒组件。大部分覆层由锆合金制造，因为锆对中子的透明性(称为低中子截面)以及锆合金的良好抗腐蚀性。普通的PWR可以包含大约200个燃料组件，各燃料组件包含大约250个燃料棒(或销)，该燃料棒的长度为3至5米。普通的BWR可以包含600至800个燃料组件，各燃料组件通常包含60至100个燃料棒(或销)，该燃料棒的长度为3至4米。BWR燃料通常还容纳于可拆卸的“槽道”内，该槽道是细长的正方形管。槽道的主要目的是防止水和蒸汽在组件之间交叉流动，这进一步用于保证有利的热液压、热传递和裂变处理控制。在PWR中，并不避免水在组件之间的交叉流动；因此，燃料棒并不置于槽道中，而是分配成敞开的正方形或三角形节距组。

附图说明

图1是PWR主冷却剂环路的实施例的示意图；

图2是反应堆容器芯的实施例的平面图，该反应堆容器芯包括在圆形封套内的燃料组件；

图3是微粒去除装置实施例的示意平面图；

图4是具有单个过滤区域的微粒去除装置的实施例的正视图；

图5是具有在过滤区域中分离的多个区域的微粒去除装置的实施例的正视图。

图6是具有在过滤区域中分离的多个区域的微粒去除装置的实施例的正视图。

图7是微粒去除装置的实施例的正视图，表示了穿过该装置的旁路流动通路；

图8是微粒去除装置的实施例的示意平面图，该微粒去除装置除了过滤区域之外还包括多个燃料棒；

图9是微粒去除装置的实施例的正视图，其中，过滤元件只包括装置的总长度的一部分；以及

图10是表示在12至18个月的普通工作周期中微粒在芯中(杂质)的理论积累与根据本发明实施例的微粒去除的效率的曲线图。

具体实施方式