[发明专利]一种铅冷反应堆停堆棒

说明书

一种用于液态铅或铅铋冷却核反应堆的停堆棒，能够在将停堆棒置于堆芯上方之后被动停堆，包括一列封闭在钢包壳管中的陶瓷硼化物吸收剂颗粒，其中钢包壳管的横截面区域至少包括10％的停堆棒横截面区域，停堆棒在400℃下的平均密度大于10.7g/cm³。

技术领域

本发明总体上涉及核反应堆和反应堆安全领域，具体地，涉及一种用于铅冷却和铅铋冷却反应堆的停堆棒。

背景技术

大多数核反应堆使用含有中子吸收材料的停堆棒，以便触发可控核裂变链式反应，或迅速终止此类裂变的可控或不可控链反应。在反应堆运行过程中，停堆棒置于堆芯上方或下方，当需要停止运行时，停堆棒会垂直移动，直到它吸收了足够的中子，使反应堆永久处于次临界状态。插入机构可以是主动的，例如使用发动机、液压装置或气体膨胀系统。在插入机构基于重力作用的情况下，停堆可以通过所谓的被动模式完成。出于安全考虑，现代反应堆设计希望具备使用被动机构(如重力)关闭反应堆的能力。

在使用热中子能谱的核电反应堆中，碳化硼、富集碳化硼、镉、银铟镉合金或铪可用作停堆棒中的中子吸收材料。然而，在快中子能谱反应堆中，所考虑的中子吸收材料仅限于硼和铕化合物，因为其他元素吸收快中子的能力远差于硼和铕化合物[Mahagin 1979，Dunner 1984]。

在用铅或铅铋冷却的快中子能谱反应器中，如果要利用重力(或更确切地说浮力)实现被动停堆，包含碳化硼、氧化铕或六硼化铕的停堆棒必须置于反应堆芯下方，因为上述吸收剂的密度远低于冷却剂的密度。这一位置增加了反应堆容器的高度，并使堆芯支撑结构的设计更加复杂。反之，为了将停堆棒放置在堆芯上方，吸收材料的密度必须显著高于液体铅或铅铋的密度，以便通过重力实现被动停堆。

可以注意到的是，二硼化铪基吸收剂材料在本领域中是公知的。例如，1971年发布的US 3,565,762公开了一种用于核反应堆的吸收剂元素，该核反应堆具有主要选自锆、钒、铪和钽的二硼化铪的高熔点硼化物堆芯。2002年发布的US 6,334,963公开了一种中子吸附材料，它是包含一种二硼化铪和二氧化铪的复合材料。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于液态铅或铅铋冷却反应堆的改进的停堆棒，能够在将停堆棒置于堆芯上方之后被动停堆。所述停堆棒主要由一列封闭在钢包壳管中的陶瓷颗粒组成。

独立权利要求中定义的方面和实施例实现了这一目的和其他目的。从属权利要求规定了其他优选实施例。

第一方面，涉及一种用于液态铅或铅铋冷却核反应堆的停堆棒，所述停堆棒包括一列封闭在钢包壳管中的陶瓷硼化物吸收剂颗粒，其中钢包壳管的横截面区域至少包括10％的停堆棒横截面区域，且停堆棒在400℃下的平均密度至少为10.7g/cm³。

根据所述方面的第一个实施例，陶瓷吸收剂颗粒主要由ReB₂(二硼化铼)组成。优选地，硼在硼-10中富集到至少90％。

根据所述方面的第二个实施例，陶瓷吸收剂颗粒主要由六方Rebe₂相的(W,Re)B₂(二硼化钨-铼)组成。优选地，硼在硼-10中富集到至少90％。

根据第三个实施例，陶瓷吸收剂颗粒主要由OsB2(二硼化锇)组成。优选地，硼在硼-10中富集到至少90％。

附图说明

以下将参考附图，以示例的方式对本发明及其实施例进行描述，其中:

图1是一个实施例的停堆棒或筒的横截面示意图。

具体实施方式

在描述本发明之前，应当理解的是，这里使用的术语仅用于描述特定实施例，而不旨在限制本发明，因为本发明的范围仅由所附的权利要求及其等同物来限制。