包括减缓堆芯熔化事故的安全设备的整体式快中子反应堆制造技术

本发明专利技术涉及一种包括减缓堆芯熔化事故的安全设备的整体式快中子反应堆，本发明专利技术的主要目的是一种整体式快中子核反应堆，该反应堆包括：包括堆芯的主罐；包括主泵、中间热交换器和用于排出剩余功率的热交换器的集成式主回路；将热传递流体的体积分成热收集器和冷收集器的凸角堡，其特征在于，堆芯包括安全设备，该安全设备由专用于减缓堆芯熔化事故的至少一个基本安全设备构成，至少一个基本安全设备包括输送管和中空的穿通管，穿通管被定位成穿过堆芯栅板和强力背板以通向罐的底部，输送管包括一个或多个注射喷嘴和厚度减小的区域，以在堆芯熔化事故的情况下增加刺穿速度，用于回收熔化的燃料的设备被定位在罐的底部处。化的燃料的设备被定位在罐的底部处。化的燃料的设备被定位在罐的底部处。

【技术实现步骤摘要】
包括减缓堆芯熔化事故的安全设备的整体式快中子反应堆


[0001]本专利技术涉及快中子核反应堆(FNR)领域，特别是涉及整体型快中子核反应堆。这种反应堆可以通过热传递流体来冷却，该热传递流体通常呈液态金属的形式，更具体地这种反应堆可以通过钠来冷却。因此，这种反应堆被称为钠冷快中子核反应堆(FNR
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Na)或表示钠冷快反应堆的SFR型反应堆。这种类型的钠冷快中子核反应堆是“第四代”核反应堆家族的一部分。
[0002]因此，本专利技术提出了一种包括专用于减缓堆芯熔化事故的安全设备的整体式快中子核反应堆。

技术介绍

[0003]快中子核反应堆的运行原理现已为人们所知数年。因此，快中子核反应堆是使用快中子(快中子的动能大于0.907MeV)而不是热中子(热中子的动能小于0.025eV)的核反应堆。而且，与常规的核反应堆相反，快中子核反应堆的堆芯是不会慢化的(中子不会减速或热化)。
[0004]此外，尽管已经研究了其它技术，但是绝大多数快中子核反应堆使用液态钠作为冷却剂，因为该冷却剂特别是具有高沸点。
[0005]钠冷却的核反应堆通常包括罐，堆芯被定位在罐中，堆芯上方具有堆芯控制塞。该堆芯包括通常被增殖器组件包围的大量燃料组件、包括使用过的燃料组件的内部存储区域、以及用作中子屏蔽物的反射器和吸收组件。热量的提取通过经由泵送系统使钠在堆芯中流通来进行。在用于在蒸汽发生器(VG)中产生水蒸汽之前，该热量通过一个或多个中间交换器(IE)传递到中间回路。然后，该蒸汽通过涡轮以将蒸汽转化为机械能，该机械能又转化为电能。
[0006]中间回路包括钠。由于在蒸汽发生器的管可能破裂的情况下，钠和水蒸汽之间可能发生剧烈反应，因此该回路的目的是使(罐中的)主钠与包含在蒸汽发生器中的水蒸汽隔离。这种架构揭示了两个钠回路：一个被称为主回路，负责在堆芯和中间热交换器之间传递热量，另一个被称为次级回路，负责将热量从中间交换器传递到蒸汽发生器。
[0007]所有钠反应堆具有共同的技术特征。罐由顶板密封，以使主钠不与外部空气接触。所有部件(交换器、泵、管道等)垂直地穿过该板，以能够通过用提升设备垂直地提升这些部件来拆卸。该板中的通道孔的尺寸取决于部件的尺寸和数量。孔(的尺寸和数量)越大，罐的直径越大。
[0008]主回路可根据两个主要的家族来布置。因此，在快中子核反应堆中，存在“整体式”反应堆和“环路式”反应堆。应当注意，优选地，本专利技术涉及整体型快中子核反应堆。
[0009]环路式反应堆的特征在于如下事实：中间交换器和用于泵送主钠的设备被定位在罐的外部。图1以轴向横截面示出了“环路式”钠冷快中子核反应堆的设计原理。
[0010]在图1的环路式反应堆R中，钠穿过堆芯1以带走所产生的卡路里。在堆芯1的输出端处，钠进入反应堆R的罐3的区域2。该区域2通常被称为“热收集器”。通过环路，管道4下降
到热收集器2中以吸起主钠，并将该钠引导到中间交换器(图中未示出)，在中间交换器中，该钠将热量传递给二次钠。在中间交换器的输出端处，主钠被泵吸收并通过管道5直接送到堆芯的输入端。
[0011]对于给定的功率，环路设计的主要优点是获得罐的直径小于整体式反应堆的罐的直径，因为该罐包含更少的部件。因此，该罐更易于制造，并因此成本更低。然而，环路构思的缺点是使主钠离开罐，从主回路的架构的视角来看，这更复杂，并造成了重大的安全问题。因此，通过增加与环路设计相关的设备和用于管理主钠的可能泄漏的特殊装置而引起的额外成本，抵消了与减小罐的尺寸和更易于制造罐相关的收益。
[0012]对于具有整体构思的反应堆，反应堆的特征在于如下事实：中间交换器和用于泵送主钠的装置被定位在罐中，这使得能够避免主回路离开罐，并因此在安全性方面构成该方案家族相对于具有环路的方案家族的显著优点。图2以轴向横截面示出了“整体式”钠冷快中子核反应堆的设计原理。
[0013]在图2的整体式反应堆中，钠穿过堆芯11以带走所产生的卡路里。在堆芯11的输出端处，钠进入反应堆的罐13的区域12，该罐由顶板24密封。该区域12通常被称为“热收集器”。该热收集器12通过壁15与被称为“冷收集器”的另一区域14分开，该壁具有被称为“凸角堡”的总体圆柱形
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圆锥形的形状。由管束(图中未示出)构成的中间交换器16穿过凸角堡15。主钠通过被定位在热收集器12中的输入端窗口17进入中间交换器16。当主钠沿着管移动时，该主钠将其热量释放给二次钠，并通过被定位在冷交换器14中的、中间交换器16的下部分中的窗口18离开中间交换器16。二次钠通过管道28进入中间交换器16，并通过管道29从中间交换器离开。在冷收集器14中，钠被泵送设备19吸收，并通过用于供给组件的堆芯栅板30直接送回堆芯11的输入端。堆芯栅板30是加压箱，组件、燃料、增殖器、内部存储器或用作中子屏蔽物的器件装配到该加压箱中。堆芯栅板30由被称为强力背板31的机械支撑结构支撑。
[0014]钠在中间交换器16中的流通通过重力在热收集器12和冷收集器14之间进行。出于中间交换器16的尺寸和几何体积的原因，两个收集器之间的钠驱动头被设置为大约2m，其对应于热收集器12的液位20和冷收集器14的液位21之差。出于最大效率的原因，穿过凸角堡15、中间交换器16和泵送装置的部件必须在这些通道22和23处具有尽可能多的密封，以避免主纳绕过中间交换器16。
[0015]凸角堡15是这种类型的反应堆的必要部件。大的部件(中间交换器和泵)穿过被定位在凸角堡15的下部分的圆锥形部分。圆柱形部分是被定位在凸角堡15的上部分的垂直护罩。凸角堡15是由通常通过机械焊接制造的钢制部件，由于以下原因而难以设计：该凸角堡的形状和尺寸，该尺寸大约为十五米；在两个收集器之间承受的压力差(钠柱大约为两米)；由热收集器和冷收集器之间的温度差(对于当前反应堆，大约为150℃)引起的热机械应力；通过中间交换器和泵送系统在凸角堡15的圆锥形部分穿过凸角堡15的通道处的密封应力。由于必须避免绕过中间交换器16，因此必须密封凸角堡15，且密封系统必须使得部件能够拆卸以进行部件的维护。然而，在组件处的轻微旁通与通过凸角堡15的热泄漏相结合，导致在热收集器12的底部处存在较冷的流体，该较冷的流体可以沿着多个结构承载，并通过流动路线的不稳定而在结构上引起热机械应力。
[0016]事实上，一旦选择凸角堡的设计，就不能轻易地进行后验修改。此外，除了正常运
行之外，核动力反应堆的设计者必须考虑反应堆的停堆情况：因此，所有反应堆必须具有负责排出堆芯的剩余功率的可用系统(用法语表示为EPuR)。当反应堆启动时，该剩余功率来自在核反应期间产生的裂变产物的放射性衰变。出于安全的原因且为了确保最大可能的冗余度，这些回路必须与正常回路尽可能不同，以在反应堆启动时排出热功率，也就是说，这些回路必须不得使用蒸汽发生器。用于排出剩余功率的系统的总体架构必须进一步与反应堆的正常运行相兼容。通常，用于排出剩余功率的这些装置仅在反应堆停止时才被激活本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.整体式快中子核反应堆(R)，由液态金属热传递流体冷却，所述反应堆包括：
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主罐(13)，所述主罐悬挂在保护板(24)上，所述主罐包括热传递流体的体积和所述反应堆(R)的堆芯(11)，所述堆芯(11)包括多个燃料组件(43)，所述多个燃料组件装配到由强力背板(31)支撑的堆芯栅板(30)中，
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主回路，所述主回路集成到所述主罐(13)中，所述主回路包括至少一个主泵(19)、至少一个中间热交换器(16)和至少一个热交换器(25)，所述至少一个中间热交换器用于排出所述堆芯(11)在正常运行期间产生的功率，所述至少一个热交换器(25)用于排出剩余功率，
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内部结构(15)，所述内部结构被称为凸角堡，将热传递流体的所述体积分成至少两个区域，以在所述堆芯(11)的输出端处形成热收集器(12)以及在所述至少一个中间交换器(16)的输出端处形成冷收集器(14)，其特征在于，所述反应堆(R)的所述堆芯(11)还包括专用于减缓堆芯熔化事故的安全设备，所述安全设备由至少一个基本安全设备(45)构成，所述至少一个基本安全设备被定位在所述堆芯(11)的至少一个燃料组件(43)附近，以用于将熔化的燃料输送到所述主罐(13)的底部处的所述冷收集器(14)，所述至少一个基本安全设备(45)包括中空的且可移除的输送管(40)和中空的穿通管(42)，所述输送管通过所述堆芯栅板(30)中的第一开口(50)装配到所述堆芯栅板(30)中，所述穿通管与所述输送管(40)流体连通，所述穿通管(42)被定位成从所述第一开口(50)穿过所述堆芯栅板(30)到被定位在所述堆芯栅板(30)和所述强力背板(31)之间的第二开口(54)，并从所述第二开口(54)穿过所述强力背板(31)到所述强力背板(31)的第三开口(56)，以通向所述主罐(13)的所述底部处的所述冷收集器(14)，所述输送管(40)包括一个或多个注射喷嘴(53)，所述一个或多个注射喷嘴位于所述管(40)的内部并被定位成至少部分地位于所述管(40)的部分(40a)中，所述管的部分(40a)装配到所述堆芯栅板(30)中同时被定向成朝向所述热收集器(12)，所述一个或多个注射喷嘴(53)旨在由所述堆芯栅板(30)的热传递流体来供给，所述输送管(40)在其外壁(66)上包括厚度减小的至少一个区域(65)，所述至少一个区域被定位在至少一个燃料组件(43)的裂变区域(ZF)处，以在堆芯熔化事故的情况下增加所述外壁(66)的刺穿速度，并使得熔化的燃料能够从所述至少一个燃料组件(43)流动到所述输送管(40)，以及所...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：