[发明专利]一种欠慢化反应堆堆芯

说明书

技术领域

本发明涉及一种欠慢化反应堆堆芯，特别是涉及一种在HFETR基础之上作出改进的提高欠慢化反应堆控制棒控制能力的欠慢化反应堆堆芯。

背景技术

我国高通量工程试验堆（HFETR、代号493）1980年投入运行至今已运行33年，现已准备退役。新建的中国工程试验堆（代号493-2）正在初步设计。493和493-2都是欠慢化反应堆。

493-2设计首先要考虑493设计、建造、运行的经验，哪些方面是设计成功的，哪些方面有改进的可能。

其次是参考国内、外欠慢化高通量堆建造经验，侧重于法国在建堆JHR的经验。

这里只涉及高通量工程试验堆控制能力问题。大部分高通量工程试验堆为占栅元控制棒，小尺寸的燃料组件为跟随体，以实现堆芯紧凑布置。只有法国JHR有27根控制棒布置在燃料组件中心孔内，这种布置给换料带来困难。我们不想采用。

493堆有18根控制棒。采用占栅元控制棒。

493控制棒：

堆芯高100cm，控制棒吸收体银铟镉合金长80cm，过渡段为不锈钢长20cm，下面为跟随体铍长100cm，再下面与驱动机构相连。

原设计过渡段为渗硼不锈钢，后由于制造原因改为不锈钢。

原设计跟随体可以是四层燃料组件也可以是铍。从运行经验看，采用跟随铍比四层燃料组件初始后备反应性减小不多，从减少燃料组件种类以及避免更换跟随四层燃料组件的困难，493以后的运行全部取消跟随四层燃料组件。

493-2设计的控制棒吸收体及跟随体与493的结构相当，只是尺寸有所增加。。堆芯高100cm，控制棒吸收体银铟镉合金长80cm，过渡段为不锈钢长20cm，下面为跟随体铍长100cm，再下面与驱动机构相连。

控制棒吸收体银铟镉合金重量百分比为：15%、5%、80%。

控制棒吸收体银铟镉合金对快热中子都有一定的吸收，但主要的还是热中子（见表一）。而从堆内燃料组件与控制棒布置看，控制棒周围绝大部分是燃料组件。因此控制棒接收的是以裂变中子为主。当然，在燃料组件内以及控制棒组件内也有一定的水慢化，但仍是欠慢化。从表一中可以看出，银铟镉吸收截面快一、二群很小，快三群比热群银、铟小5倍、镉小几百倍。这样应主要考虑控制棒吸收热中子。

控制棒吸收体吸收截面见表一：

表一（单位：cm²）

控制棒吸收体在控制棒导管内上下运动，而493控制棒导管壁比较厚（4mm），铝控制棒导管即没有中子慢化作用也没有中子吸收作用，只起导向作用。它降低了进入吸收体的中子注量率。从这个角度说也减弱了对中子的吸收，即控制棒控制能力低。

另外，过渡段不锈钢太长，减弱了吸收体对中子的吸收能力。

控制棒导管要穿过下栅板，因此在下栅板上开孔较大，降低下栅板强度。

因此亟需提供一种新型的欠慢化反应堆堆芯。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高欠慢化反应堆控制棒控制能力的欠慢化反应堆堆芯。

为解决上述技术问题，本发明一种欠慢化反应堆堆芯，控制棒跟随铍上部依次连接有控制棒过渡段和控制棒，控制棒外设有控制棒导管，控制棒为铍中孔控制棒，控制棒过渡段的长度为0～10cm。

铍中孔控制棒内壁设有内层包壳，外壁设有外层包壳；铍中孔控制棒之外套有铝管，铝管镶嵌于铍栅元之内；铍中孔控制棒之内设有开锁器；开锁器与内层包壳之间填充有水，铝管与外层包壳之间填充有水。

开锁器直径为8mm，内层包壳内壁直径为19mm，外壁直径为21mm；外层包壳内壁直径为31mm，外壁直径为33mm；铝管的内壁直径为36mm，外壁直径为39mm；正六边形的铍栅元的相对两条边的距离为69mm。

铍中孔控制棒为银铟镉合金制成，内层包壳、外层包壳与开锁器为不锈钢制成。

控制棒导管穿过下栅板的开孔尺寸与下栅板铍组件座开孔相一致。

控制棒过渡段的长度为5cm。

本发明将控制棒过渡段取消或减短提高了吸收体对中子的吸收能力。

本发明在相同的铀装量下，能提高初始后备反应性，即堆芯能装入更多的考验燃料组件的回路、考验材料的考验件以及高比度同位素生产（包括医用同位素、特种同位素）的靶件。

本发明提出了在占栅元铍中孔布置控制棒，并且控制棒导管穿过下栅板的开孔与下栅板铍组件座开孔相一致，提高了下栅板强度。

附图说明

图1为HFETR的堆芯布置图。