[发明专利]一种快中子反应堆及一种快中子反应堆的中子反射层组件

说明书

发明所涉及的技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种含有可取出的中子反射层组件的液态重金属冷却快中子反应堆。

背景技术

现有技术中已知一种液态重金属冷却快中子反应堆，其包括反射层组件[参见:http://www.atomic-energy.ru/technology/36000]，[专利RU2408094公布日期27.12.2012]。

在用液态重金属冷却剂冷却的快中子反应堆中的反射层组件要符合以下要求：防止位于反射层外面的无法取出换装的核装置包壳受到中子及γ辐射；由于反射层金属结构中的能量释放量要比燃料元件中的释放量小2-3个数量级，而且在混合从堆芯元件部分流出的冷却剂时对反射层组件进行预冷却的冷却剂流量更多，能使流经反射层组件的冷却剂流量最小化；能使反射层组件横截面结构材料含量最少以减少中子的过量捕获。

目前，在现有用钠冷却剂冷却的快中子反应堆的核电站中，反射层组件由三部分组成：头部、中间部分和尾部。这种反射层组件用尾部将其固定到能用冷却剂冷却组件的反应堆集热器上。通过安装在组件内腔中的流量孔板实现组件内部的钠冷却剂的节流，在尾部外面通过“人字形”接头，以及在外罩上部通过流量孔板实现在组件间空间内流动的环流的钠冷却剂的节流。由于在钠中的速度能局部提高到8÷10米/秒，而且节流器的流道可以有面积较小的冷却剂的流通截面，因此上述所有这些在钠冷却剂中的节流结构都相当紧凑。

具体实施方式

该发明组的目的是提供一种能改进用液态重金属冷却剂冷却的反应堆装置的热工水力特性的快中子反应堆反射层组件结构，以保证液态重金属冷却剂的结构环流速度极限值。

实施所申请的发明组达到的技术成果为通过降低燃料元件包壳内的温度而提高了快中子反应堆运行的安全性，所述温度的降低是通过均衡堆芯径向的冷却剂温度实现的；通过提高冷却剂在堆芯出口的混合平均温度，即经过堆芯燃料元件部分的冷却剂的温度和经过反射层组件的冷却剂温度来提高快中子反应堆的效率，这需要通过提高经过反射层组件的冷却剂的温度来实现。

所申请的技术成果的实现是通过快中子反应堆包含由用液态重金属冷却剂冷却的燃料元件组成的堆芯和设置在堆芯周围的中子反射层组件，所述反射层组件包含壳体，在高出堆芯上边缘的壳体侧壁上设置有至少一个用于将部分冷却剂流从组件间的空间排到壳体内部的入孔，至少一个垂直管，所述垂直管安装在所述壳体上，排出的冷却剂流沿着所述垂直管经过堆芯的上边缘和下边缘进入壳体底部，以及在高出入孔的壳体外侧安装有用来在组件间空间内形成冷却剂流水力阻力的导流装置。

所申请的技术成果的实现还通过快中子反应堆的中子反射层组件包含壳体，在所述壳体侧壁上设置有至少一个用于将部分冷却剂流从组件间的空间排到壳体内部的入孔，至少一个垂直管，所述垂直管安装在所述壳体上并能引导排出的冷却剂流进入壳体底部，以及在高出入孔的壳体外侧安装有用来在组件间空间内形成冷却剂流水力阻力的导流装置。

在反射层组件之间流动的冷却剂在经过设置在壳体壁上的孔和垂直管后，第三次流经堆芯下边缘(堆芯入口)和堆芯上边缘(堆芯出口)之间，并相应地，通过冷却剂本身的辐射吸收，以及通过在反射层组件金属结构冷却过程中沿着整个冷却剂运动路径对其连续加热而实现三次更强地加热，在所述反射层组件金属结构中发生了与电离辐射吸收有关的能量释放。这样是用改变冷却剂流的流向并使其具有更长的运动路径的方式来替代具有局部高速的冷却剂节流器的使用。由于反射层组件壳体内部冷却剂流的回转，以及在更长的流动路径上的摩擦损失使得具有很高水力阻力，于是反射层组件的水力阻力也增大了，反射层组件和燃料元件在核装置一回路的液压流程图中是平行的，即，使得堆芯内的总的液压下降，因此，大量的冷却剂将会引导至堆芯的燃料元件部分，从而能够均衡堆芯径向的冷却剂加热温度。

通过增加在堆芯燃料元件部分流动的冷却剂流而均衡流经堆芯和反射层组件的冷却剂的加热温度能够降低燃料元件包壳内的最大温度(热点温度)，该温度是确定用液态重金属冷却剂冷却的快中子反应堆中燃料元件包壳的性能标准时的主要限制因素之一。

除此之外，在实施本发明的特定情况下，垂直管与高出堆芯上边缘的壳体相连接。

除此之外，在实施本发明的特定情况下，中子反射层组件的壳体由铁素体-马氏体结构钢制成。

除此之外，在实施本发明的特定情况下，中子反射层组件还进一步包括尾部。

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