[发明专利]限制乏燃料池补给水的安全壳内乏燃料储存器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2013年3月14日提交的美国专利申请序列号No.61/781,245的优先权，其通过援引并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于核电站的被动式乏燃料冷却系统，并且更具体地，涉及一种限制乏燃料池补给水的安全壳内乏燃料储存器。

背景技术

核反应堆发电系统的二次侧产生用于发出可售电力的蒸汽。对于诸如压水反应堆或液态金属冷却反应堆的反应堆类型来说，一次侧包括封闭回路，该封闭回路是孤立的并且与用于产生有用蒸汽的二次回路呈热交换的关系。对于诸如沸水反应堆或气冷反应堆的反应堆类型来说，用于发出可售电力的气体在反应堆堆芯内被直接加热。将描述压水反应堆的应用，作为下文主张概念的示例性应用；但是应当理解，其它类型的反应堆也可以从本文公开的概念中同等地受益。

压水反应堆系统的一次侧包括包封堆芯内部结构(所述堆芯内部结构支撑含有可裂变材料的多个燃料组件)的反应堆容器、在热交换蒸汽发生器内的一次回路、增压器的内部容积、用于使被增压的水循环的泵和管道；所述管道将蒸汽发生器和泵中的每一个独立地连接至反应堆容器。包括蒸汽发生器、泵、和管道系统(所述管道连接至容器)的一次侧部件中的每一个形成一次侧的环路。

出于阐述的目的，图1示出了简化的压水核反应堆一次系统，所述一次系统包括大体圆筒形的反应堆压力容器10，反应堆压力容器10具有包封核堆芯14的闭合顶盖12。液体反应堆冷却剂(比如水)由泵16泵入容器10中、穿过堆芯14，热能在堆芯14中被吸收并且通过热交换器18(通常称为蒸汽发生器)排出，在热交换器18中，热量被传递至诸如蒸汽驱动涡轮发生器的利用回路(未示出)中。然后，反应堆冷却剂返回至泵16，从而完成一次环路。通常地，多个上述环路通过反应堆冷却剂管道20连接至单个反应堆容器10。

通常在12至18个月的周期内对压水核反应堆补给燃料。在补给燃料的过程期间，移除堆芯内的一部分已辐照的燃料组件，并使用新燃料组件进行补充，所述新燃料组件重新安置在堆芯周围。通常在离开反应堆安全壳22的水的作用下将移除的乏燃料组件传输至容纳乏燃料池的独立建筑中，所述独立建筑在图1中象征性地示出并用附图标记24表示，这些放射性燃料组件储存在乏燃料池中。乏燃料池中的水足够深，以将放射性屏蔽到可接受的水平，并且防止燃料组件中的燃料棒达到可能破坏燃料棒包壳的温度，所述燃料棒包壳密封地容纳放射性燃料材料和裂变产物。冷却至少持续到燃料组件内的衰变热降低至组件的温度对于干式储存来说可接受的水平。

日本的福岛第一核电站事件增强了对于长时间电力丧失对冷却乏燃料池的系统可能造成的后果的关注。由于海啸，存在厂区外和厂区内的电力丧失，这造成了电站断电期(stationblackoutperiod)。电力的丧失关闭了乏燃料池的冷却系统。一些乏燃料池中的水由于浸没在池中的高放射性乏燃料组件的加热所造成的池温升高而通过汽化和蒸发消散掉。在长时间没有电力将替换水泵入池中的情况下，燃料组件可能潜在地暴露出来，理论上，这可能升高这些组件中的燃料棒的温度，从而可能导致这些燃料棒包壳的破坏以及可能导致放射性逃逸到环境中。

最近设计的被动式冷却核电站(比如由宾夕法尼亚州蔓越莓镇的西屋电力有限责任公司提供的AP核电站设计，其使用了被动式安全系统)已经被评估为能够在发生像福岛那样的极端事件之后连续地提供至少三天的冷却。

本发明的一个目标是改变处理和储存乏燃料的方式，使得乏燃料能够在福岛类型的事件之后被冷却至少十天。

本发明的另一目标是提供这样的被动冷却，以便使商用1,100兆瓦的核电站能够使用被动装置向堆芯和乏燃料提供十天或更多天的冷却。

发明内容