一種能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠根據(jù)需求實現(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆。
【背景技術(shù)】
[0002]快中子反應(yīng)堆的中子平均能量比傳統(tǒng)的壓水堆(熱堆)高百萬倍，高能中子引起裂變反應(yīng)產(chǎn)生的裂變中子更多，不僅可以維持鏈式裂變反應(yīng)，而且多余的中子能夠被可轉(zhuǎn)化材料(如鈾-238)吸收生成新的易裂變核素钚(钚-239)，即在消耗核燃料的同時也在增殖核燃料，大大提高了資源的利用率；另一方面，多余中子同樣可以被長壽命的次錒系元素(MAs)吸收產(chǎn)生裂變或轉(zhuǎn)化為其他核素，即通過焚燒降低MAs長期存放給環(huán)境帶來的壓力甚至變廢為寶。
[0003]但是，盡管快堆可以實現(xiàn)功能上增殖核燃料和焚燒核廢料，但就傳統(tǒng)的快堆設(shè)計而言，通常將反應(yīng)堆設(shè)計為單一的轉(zhuǎn)換比，只用于增殖或只用于焚燒。另一方面，快堆建設(shè)投資巨大，運行和維護成本也高于現(xiàn)有壓水堆。因此，為了使快堆的發(fā)展契合核電發(fā)展形勢的變化，目前國際上已經(jīng)開展了轉(zhuǎn)換比可調(diào)的快堆方案設(shè)計研究。其中，主要包括以下兩種方案:
[0004]A.美國的阿貢實驗室提出的轉(zhuǎn)換比可調(diào)的先進焚燒堆方案
[0005]B.西安交通大學提出的轉(zhuǎn)換比可調(diào)的增殖堆方案
[0006]A、B兩種方案都能夠在固定的堆芯內(nèi)實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換比調(diào)節(jié)。A方案針對0、0.25、0.50、0.75及1.0五種轉(zhuǎn)換比，分別設(shè)計了不同的燃料組件及控制系統(tǒng)來滿足需求，其中不同的控制組件設(shè)計增加了在各個轉(zhuǎn)換比之間調(diào)節(jié)的難度，同時方案設(shè)計中也沒有提出各個轉(zhuǎn)換比之間的調(diào)節(jié)方案；B方案則使用相同的燃料組件及相同的控制系統(tǒng)設(shè)計了轉(zhuǎn)換比分別為1.1、1.2、1.3和1.4的四種堆芯方案，同時提出了轉(zhuǎn)換比1.1和1.4之間的相互調(diào)節(jié)方案。
[0007]上述方案中的快堆設(shè)計，都僅限于增殖或者焚燒，未能實現(xiàn)兩種功能的相互轉(zhuǎn)換，工程應(yīng)用上具有局限性，而另建一座反應(yīng)堆所需的花費是相當巨大的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆，具有控制系統(tǒng)簡單，轉(zhuǎn)換比調(diào)節(jié)范圍廣，功能適應(yīng)性強，經(jīng)濟性好等特點。
[0009]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]—種能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆，包含增殖功能堆芯和焚燒功能堆芯兩種組件布置方式，能夠通過換料方案實現(xiàn)增殖功能和焚燒功能相互轉(zhuǎn)換；所述增殖功能堆芯由內(nèi)向外布置有增殖組件3、低富集度增殖燃料組件1-1、增殖組件3、中富集度增殖燃料組件1-2、增殖組件3、高富集度增殖燃料組件1-3、增殖組件3、反射層組件5和屏蔽層組件6 ;所述焚燒功能堆芯由內(nèi)向外布置有低富集度焚燒燃料組件2-1、中富集度焚燒燃料組件2-2、高富集度焚燒燃料組件2-3、反射層組件5和屏蔽層組件6 ;此外，所述增殖功能堆芯和焚燒功能堆芯的第五圈、第七圈和第九圈均分別布置有十二根，六根和十二根控制組件4 ;所述低富集度增殖燃料組件1-1、中富集度增殖燃料組件1-2和高富集度增殖燃料組件1-3形成增殖燃料組件1 ;所述低富集度焚燒燃料組件2-1、中富集度焚燒燃料組件2-2和高富集度焚燒燃料組件2-3形成焚燒燃料組件2 ;
[0011]所述換料方案為分兩步，第一步:按照最終焚燒功能堆芯中低富集度焚燒燃料組件2-1、中富集度焚燒燃料組件2-2和高富集度焚燒燃料組件2-3的布置，使用焚燒燃料組件2替換增殖功能堆芯內(nèi)的增殖組件3和部分增殖燃料組件1，最外圈的增殖組件2根據(jù)堆芯總體反應(yīng)性選擇使用焚燒燃料組件2或者反射層組件5替換，所述換料方案應(yīng)該保證堆芯反應(yīng)性不超過控制組件4的控制范圍，以及堆內(nèi)組件功率滿足運行要求；第二步:使用焚燒功能堆芯內(nèi)的焚燒燃料組件2替換增殖功能堆芯內(nèi)剩余的增殖燃料組件1，這樣使轉(zhuǎn)換比從增殖減小到焚燒范圍內(nèi)；整個轉(zhuǎn)換過程中保持堆內(nèi)組件的總數(shù)不變；控制組件4在任意的轉(zhuǎn)換比下都保持相同的位置和數(shù)量。
[0012]所述增殖功能堆芯，改變增殖組件3的數(shù)量，同時改變增殖燃料組件1的布置以保證堆芯安全正常運行，能夠?qū)崿F(xiàn)不同轉(zhuǎn)換比下的增殖。
[0013]所述焚燒功能堆芯，改變所述焚燒燃料組件2中不同的超鈾元素質(zhì)量分數(shù)，同時改變焚燒燃料組件2的布置以保證堆芯安全正常運行，能夠?qū)崿F(xiàn)不同轉(zhuǎn)換比下的焚燒。
[0014]不同轉(zhuǎn)換比下調(diào)節(jié)所述反射層組件5的數(shù)量，以保證堆芯中組件總數(shù)不變。
[0015]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0016]1、能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒兩種功能以及兩者之間的相互轉(zhuǎn)換，使反應(yīng)堆能夠滿足不同的工業(yè)發(fā)展需求，提高了快堆的經(jīng)濟性。
[0017]2、在增殖和焚燒范圍內(nèi)采取相同位置、相同數(shù)量的控制組件，簡化了堆芯結(jié)構(gòu)，能夠通過換料方案的設(shè)計實現(xiàn)轉(zhuǎn)換比調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0018]圖1是實現(xiàn)增殖到焚燒功能轉(zhuǎn)換的示意圖。
[0019]圖2是實現(xiàn)增殖功能的堆芯布置示意圖。
[0020]圖3是實現(xiàn)焚燒功能的堆芯布置示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0022]本發(fā)明一種能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆，包含增殖功能堆芯和焚燒功能堆芯兩種組件布置方式，能夠通過換料方案實現(xiàn)增殖功能和焚燒功能相互轉(zhuǎn)換。
[0023]如圖2所示，所述增殖功能堆芯由內(nèi)向外布置有增殖組件3、低富集度增殖燃料組件1-1、增殖組件3、中富集度增殖燃料組件1-2、增殖組件3、高富集度增殖燃料組件1-3、增殖組件3、反射層組件5和屏蔽層組件6，基于此布置，可以通過調(diào)節(jié)增殖組件3的數(shù)量來實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)換比下的增殖。所述低富集度增殖燃料組件1-1、中富集度增殖燃料組件1-2和高富集度增殖燃料組件1-3形成增殖燃料組件1，所述增殖功能堆芯的第五圈、第七圈和第九圈分別布置有十二根，六根和十二根控制組件4。
[0024]如圖3所示，所述焚燒功能堆芯由內(nèi)向外布置有低富集度焚燒燃料組件2-1、中富集度焚燒燃料組件2-2、高富集度焚燒燃料組件2-3、反射層組件5和屏蔽層組件6，基于此布置，可以通過調(diào)節(jié)超鈾元素的質(zhì)量分數(shù)來實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)換比下的焚燒。所述焚燒功能堆芯的第五圈、第七圈和第九圈分別布置有十二根，六根和十二根控制組件4。所述低富集度焚燒燃料組件2-1、中富集度焚燒燃料組件2-2和高富集度焚燒燃料組件2-3形成焚燒燃料組件2。
[0025]如圖1所示，為能夠?qū)崿F(xiàn)增殖到焚燒功能轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換方案示意圖，方案中功能的調(diào)節(jié)通過相應(yīng)的換料方案實現(xiàn)，換料過程大體分為兩步，第一步:按照最終焚燒功能堆芯中低富集度焚燒燃料組件2-1、中富集度焚燒燃料組件2-2和高富集度焚燒燃料組件2-3的布置，使用焚燒燃料組件2替換增殖功能堆芯內(nèi)的增殖組件3和部分增殖燃料組件1，最外圈的增殖組件2根據(jù)堆芯總體反應(yīng)性可選擇使用焚燒燃料組件2或者反射層組件5替換，所述換料方案應(yīng)該保證堆芯反應(yīng)性不超過控制組件4的控制范圍，以及堆內(nèi)組件功率滿足運行要求；第二步使用焚燒燃料組件2替換堆內(nèi)剩余的增殖燃料組件1，這樣就可以使轉(zhuǎn)換比從增殖減小到焚燒范圍內(nèi)。整個轉(zhuǎn)換過程中保持堆內(nèi)組件的總數(shù)不變?？刂平M件4在任意的轉(zhuǎn)換比下都保持相同的位置和數(shù)量。
[0026]增殖燃料組件1和焚燒燃料組件2都采用富集度分區(qū)的方式來展平堆芯功率分布。在增殖范圍內(nèi)，還可以使用增殖組件3的來展平功率?？刂平M件4的控制能力根據(jù)整個轉(zhuǎn)換比變化范圍內(nèi)的控制需求來確定。并且在轉(zhuǎn)換比變化范圍內(nèi)，保證控制組件4的數(shù)量和位置不變。
【主權(quán)項】
1.一種能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆，其特征在于:包含增殖功能堆芯和焚燒功能堆芯兩種組件布置方式，能夠通過換料方案實現(xiàn)增殖功能和焚燒功能相互轉(zhuǎn)換；所述增殖功能堆芯由內(nèi)向外布置有增殖組件(3)、低富集度增殖燃料組件(1-1)、增殖組件(3)、中富集度增殖燃料組件(1-2)、增殖組件(3)、高富集度增殖燃料組件(1-3)、增殖組件(3)、反射層組件(5)和屏蔽層組件￠);所述焚燒功能堆芯由內(nèi)向外布置有低富集度焚燒燃料組件(2-1)、中富集度焚燒燃料組件(2-2)、高富集度焚燒燃料組件(2-3)、反射層組件(5)和屏蔽層組件(6)，此外，所述增殖功能堆芯和焚燒功能堆芯的第五圈、第七圈和第九圈均分別布置有十二根，六根和十二根控制組件(4);所述低富集度增殖燃料組件(1-1)、中富集度增殖燃料組件(1-2)和高富集度增殖燃料組件(1-3)形成增殖燃料組件(1);所述低富集度焚燒燃料組件(2-1)、中富集度焚燒燃料組件(2-2)和高富集度焚燒燃料組件(2-3)形成焚燒燃料組件(2); 所述換料方案為分兩步，第一步:按照最終焚燒功能堆芯中低富集度焚燒燃料組件(2-1)、中富集度焚燒燃料組件(2-2)和高富集度焚燒燃料組件(2-3)的布置，使用焚燒燃料組件(2)替換增殖功能堆芯內(nèi)的增殖組件(3)和部分增殖燃料組件(1)，最外圈的增殖組件(3)根據(jù)堆芯總體反應(yīng)性選擇使用焚燒燃料組件(2)或者反射層組件(5)替換，所述換料方案應(yīng)該保證堆芯反應(yīng)性不超過控制組件(4)的控制范圍，以及堆內(nèi)組件功率滿足運行要求；第二步:使用焚燒功能堆芯內(nèi)的焚燒燃料組件(2)替換增殖功能堆芯內(nèi)剩余的增殖燃料組件(1)，這樣使轉(zhuǎn)換比從增殖減小到焚燒范圍內(nèi)；整個轉(zhuǎn)換過程中保持堆內(nèi)組件的總數(shù)不變；控制組件⑷在任意的轉(zhuǎn)換比下都保持相同的位置和數(shù)量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆，其特征在于:所述增殖功能堆芯，改變增殖組件(3)的數(shù)量，同時改變增殖燃料組件(1)的布置以保證堆芯安全正常運行，能夠?qū)崿F(xiàn)不同轉(zhuǎn)換比下的增殖。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆，其特征在于:所述焚燒功能堆芯，改變所述焚燒燃料組件(2)中不同的超鈾元素質(zhì)量分數(shù)，同時改變焚燒燃料組件(2)的布置以保證堆芯安全正常運行，能夠?qū)崿F(xiàn)不同轉(zhuǎn)換比下的焚燒。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆，其特征在于:不同轉(zhuǎn)換比下調(diào)節(jié)所述反射層組件(5)的數(shù)量，以保證堆芯中組件總數(shù)不變。
【專利摘要】一種能夠?qū)崿F(xiàn)增殖和焚燒功能轉(zhuǎn)換的快中子反應(yīng)堆，堆芯設(shè)計方案兼顧增殖和焚燒兩種功能，通過換料方案實現(xiàn)增殖和焚燒相互轉(zhuǎn)換，該反應(yīng)堆不改變反應(yīng)堆容器大小以及堆內(nèi)控制系統(tǒng)，僅通過組件更換和排布實現(xiàn)轉(zhuǎn)換比在增殖或者焚燒范圍內(nèi)較大范圍的調(diào)節(jié)，并且能夠通過換料方案實現(xiàn)增殖和焚燒的功能轉(zhuǎn)換；反應(yīng)堆具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換比調(diào)節(jié)范圍廣，功能適應(yīng)性強，經(jīng)濟性好的特點。
【IPC分類】G21C5/20, G21C3/328, G21C7/30
【公開號】CN105405476
【申請?zhí)枴緾N201510726529
【發(fā)明人】鄭友琦, 肖云龍, 吳宏春
【申請人】西安交通大學
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年10月30日