具有容器内堆芯外中子检测器的核反应堆和相应控制方法技术

核反应堆(1)包括：‑容器(3)，具有中心轴线(X)；‑堆芯(5)，设置在容器(3)中，堆芯(5)包括多个核燃料组件，一次水层(7)将堆芯(5)与容器(3)从中心轴线(X)径向隔开并围绕堆芯(5)；‑以及用于控制并保护核反应堆的系统(9)，控制和保护系统(9)包括用于连续地测量由堆芯(5)发出的中子通量的装置(11)。测量装置(11)包括设置在将堆芯(5)与容器(3)隔开的一次水层(7)中的至少一个中子检测器(12)。

Nuclear reactor with in vessel out of core neutron detector and corresponding control method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有容器内堆芯外中子检测器的核反应堆和相应控制方法
本专利技术总体涉及用于运行和保护核反应堆的系统，通常称作仪表和控制(Instrumentation&Control,I&C)系统。更具体地，根据第一方面，本专利技术涉及一种装备有该仪表和控制系统的核反应堆。
技术介绍
仪表和控制系统通常包括用于连续地测量由堆芯所发出中子通量的装置。在启动反应堆时和在其正常运行期间，该装置连续地带功率测量中子通量。仪表和控制系统保护反应堆，尤其是基于由用于测量中子通量的装置所提供的信息。系统必须从源水平至满功率在整个反应堆功率范围内实时测量。因此对于后者非常重要的是以范围从数十秒至一秒的几分之一的短时间常数而提供中子测量，与用于保护功能的所需要性能兼容。装置的用于连续测量中子通量的中子检测器通常设置在反应堆容器外。这些检测器的计数率取决于：-检测器的灵敏度，对于可应用技术限定于从大约0.1至40cp/(n/cm2.s)的数值；-容器外剩余通量，这接着一方面取决于当停止时堆芯的剩余活性且另一方面取决于反应堆的几何形状。计数率直接地影响仪表和控制系统的响应时间常数。在具有小堆芯的核反应堆例如SMRs(小型和模块化反应堆)上，计数率可能太低而相对于一旦启动反应堆可能出现的事件无法确保足够快的响应时间。首要可能是执行技术研发，使其能够改进中子检测器的灵敏度。可以通过将大量单一检测器单元并联相关联而提高该灵敏度。然而，该方案面临技术限制，特别是在不同单元之间的阴影效应。进一步，其导致检测器成本的显著增大。另一方案将是设置具有低衰减的中子路径。该方案例如在WO2015/099855中描述。该方案具有在容器和设备的放射防护中局部产生不连续的缺点。进一步，其角色是形成堆芯内中子通量的周期性分布图的所谓的“堆芯内”中子链无法用于执行核反应堆的仪表和控制系统所需的中子测量。所谓的堆芯内链并未覆盖整个范围和/或不是实时测量。进一步，堆芯内链的检测器在堆芯中并未连续定位且必须移除以便于不被堆芯能流太快用尽。
技术实现思路
在该上下文中，本专利技术目的在于提出一种核反应堆，其用于连续测量中子通量的装置没有以上缺点。为此，本专利技术涉及一种核反应堆，包括：-容器，具有中心轴线；-堆芯，位于容器中，堆芯包括多个核燃料组件，一次水层将堆芯与容器从中心轴线径向地隔开并围绕堆芯；-核反应堆的仪表和控制系统配置用于，在预定功率范围，通常是停止时的剩余功率和额定功率中，提供反应堆的仪表和控制，所述仪表和控制系统包括用于连续测量由堆芯所发出的中子通量的装置；其特征在于，测量装置包括连续地测量所述中子通量的至少一个中子检测器，中子检测器位于径向地在堆芯和容器之间的一次水层中，中子检测器放置在一个或数个径向位置中，所述一个或数个径向位置被选择为由于水层衰减而获得对于整个预定功率范围适用于核反应堆的仪表和控制系统的一个或数个计数率。在水层中设置该或每个中子检测器，使其能够对于整个测量范围优化检测器的响应。其足够接近堆芯以一旦启动反应堆具有足够的计数率，在反应堆异常情形中允许反应堆的仪表和控制系统的合适的响应时间。当反应堆满功率运行时，一方面水层确保足够的通量衰减以便检测器保持在其测量范围内，且另一方面水层提供充分的保护，以便中子检测器的寿命是令人满意的。获得这些结果而不必产生放射防护的不连续，因为位于堆芯和环境包括容器之间的水层保持完好。反应堆可以进一步具有以下一个或多个特征，单独地或者根据任何技术可能的组合而考虑：-该或每个核检测器直接地浸没在一次水中，不插入手套指；-中子检测器中的至少一个是固定检测器，位于距离堆芯固定径向距离处；-选择所述径向距离以便：-当核反应堆停止时，固定检测器处的中子通量对应于在1cp/s和100cp/s之间的计数；-当核反应堆满功率运行时，固定检测器处的中子通量对应于保持在固定检测器的电流模式中的测量范围内的测量值；-所有中子检测器固定且位于距离堆芯的所述径向距离处；-所有中子检测器固定，至少两个中子检测器位于距离堆芯彼此不同的各径向距离处，适用于核反应堆的不同功率范围；-中子检测器中的至少一个是移动检测器，在一次水层中相对于堆芯径向地可移动；-测量装置包括移动检测器的移动机构，配置用于至少在相对更靠近堆芯的内侧位置与相对更远离堆芯的外侧位置之间径向地移动该移动检测器；-选择内侧位置以便当核反应堆停止时，移动检测器处的中子通量对应于在1cp/s和100cp/s之间的计数；-选择外侧位置以便当核反应堆满功率运行时，移动检测器处的中子通量对应于保持在移动检测器的电流模式中的测量范围内的测量值；-测量装置包括至少一个固定检测器和至少一个移动检测器。优选地，核反应堆包括至少一个中子吸收构件，以及能够将该或每个中子吸收构件插入堆芯中的移动装置，包括配置用于通过使用由该或每个中子检测器完成的测量而控制移动装置的控制器的仪表和控制系统。根据第二方面，本专利技术涉及一种用于控制具有以上特征的核反应堆的方法：-当核反应堆停止或以低于第一限值的功率运行时，采用放置在内侧位置处的该或每个移动检测器测量由堆芯发出的中子通量；-当核反应堆以高于第一限值的功率运行时，采用该或每个固定检测器测量由堆芯发出的中子通量。进一步，控制方法可以使得当核反应堆从低于第二限值的功率变到高于第二限值的功率时移动该或每个移动检测器至外侧位置。【附图说明】本专利技术的其他特征和优点将从参考附图、借由示意且并非限制的以下所给出详细说明书而显现，包括：图1是根据第一实施例的核反应堆的简化示意图，在垂直于容器中心轴线的平面中的剖视图中考虑；图2是图1的核反应堆的简化示意图，在相对于容器中心轴线的径向平面中的剖视图中考虑；图3是图1的中子检测器的示意图；图4是用于根据本专利技术第二实施例的核反应堆的类似于图1的视图；图5是图4的一个移动检测器的移动机构的简化示意图；以及图6是用于根据本专利技术第三实施例的核反应堆的类似于图1的视图。【具体实施方式】图1中所示的核反应堆1通常是SMR(小型和模块化反应堆)类型的压水反应堆(PWR)。在变形例中，该反应堆是另一类型，例如高功率反应堆，或相反的低功率反应堆，或者试验反应堆。核反应堆1包括具有中心轴线X的容器3，以及设置在容器3中的堆芯5。堆芯5包括多个核燃料组件。容器3采用具有任意添加剂的一次(primary)液体(此处是水)填充。一次液体在此由术语一次水指代。容器3通常包含另外其他设备。其包含下堆芯板和上堆芯板，设置在核燃料组件周围并特别地使其能够引导容器内一次水循环的隔板，以及在此并未列出的另外其他内件。一次水层7从中心轴线X径向地隔开堆芯5与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核反应堆(1)，包括：/n-容器(3)，具有中心轴线(X)；/n-堆芯(5)，位于所述容器(3)中，所述堆芯(5)包括多个核燃料组件，一次水层(7)将所述堆芯(5)与所述容器(3)径向地从所述中心轴线(X)隔开并围绕所述堆芯(5)；/n-所述核反应堆的仪表和控制系统(9)配置用于，在预定功率范围，通常停止时的剩余功率和额定功率中，提供所述反应堆的仪表和控制，所述仪表和控制系统(9)包括用于连续测量由所述堆芯(5)发出的中子通量的装置(11)；/n其特征在于，所述测量装置(11)包括连续地测量所述中子通量的至少一个中子检测器(12)，所述中子检测器(12)位于径向地在所述堆芯(5)和所述容器(3)之间的一次水层(7)中，所述中子检测器(12)放置在一个或数个径向位置中，所述一个或数个径向位置被选择为由于所述水层的衰减而获得对于整个预定功率范围适用于所述核反应堆(9)的仪表和控制系统的一个或数个计数率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170712 FR 17566191.一种核反应堆(1)，包括：
-容器(3)，具有中心轴线(X)；
-堆芯(5)，位于所述容器(3)中，所述堆芯(5)包括多个核燃料组件，一次水层(7)将所述堆芯(5)与所述容器(3)径向地从所述中心轴线(X)隔开并围绕所述堆芯(5)；
-所述核反应堆的仪表和控制系统(9)配置用于，在预定功率范围，通常停止时的剩余功率和额定功率中，提供所述反应堆的仪表和控制，所述仪表和控制系统(9)包括用于连续测量由所述堆芯(5)发出的中子通量的装置(11)；
其特征在于，所述测量装置(11)包括连续地测量所述中子通量的至少一个中子检测器(12)，所述中子检测器(12)位于径向地在所述堆芯(5)和所述容器(3)之间的一次水层(7)中，所述中子检测器(12)放置在一个或数个径向位置中，所述一个或数个径向位置被选择为由于所述水层的衰减而获得对于整个预定功率范围适用于所述核反应堆(9)的仪表和控制系统的一个或数个计数率。


2.根据权利要求1所述的反应堆，其中，所述或每个中子检测器(12)直接地浸没在所述一次水中，不插入手套指。


3.根据权利要求1或2所述的反应堆，其中，所述中子检测器(12)中的至少一个是固定检测器，位于距离所述堆芯(5)的固定径向距离处。


4.根据权利要求3所述的反应堆，其中，选择所述径向距离以便：
-当所述核反应堆(1)停止时，所述固定检测器(12)处的中子通量对应于在1cp/s和100cp/s之间的计数；
-当所述核反应堆(1)满功率运行时，所述固定检测器(12)处的中子通量对应于保持在所述固定检测器(12)的电流模式中的测量范围内的测量值。


5.根据权利要求3或4所述的反应堆，其中，所有所述中子检测器(12)是固定的且位于距离所述堆芯(5)所述径向距离处。


6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔·布龙，桑德里娜·斯派斯克瑞拉，
申请(专利权)人：原子能技术公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR