一種鉛基反應堆控制棒配重組件的制作方法

本發明涉及核反應堆中使用的組件，尤其涉及一種適用于鉛基反應堆的控制棒配重組件。

背景技術：

加速器驅動次臨界潔凈核能系統(Accelerator Driven Sub-critical System)是一種利用加速器加速高能質子，使其與重靶核發生碰撞產生若干散裂中子，以此為中子源驅動次臨界包層的系統。ADS系統巧妙結合了加速器和核反應堆，同時具備了體積小、安全性高、產生廢物少等優點，由于加速器需要的能量不高，核反應堆也屬于次臨界范疇，同時還可嬗變大量核廢物，ADS系統思想在上世紀90年代一經提出就受到了廣泛的關注。

ADS系統的中子能譜硬、通量大、能量分布寬，嬗變長壽命核素能力強，既可大幅降低核廢料的放射性危害，實現核廢料的最少化處置，同時還有能量輸出，可以提高核資源的利用率，被國際公認為核廢料理的最有效手段，多個國家已開展相關研究與計劃，如：

日本的OMEGA計劃，歐洲的XADS計劃、MEGPIE計劃和韓國的HYPER計劃。

2002年歐洲啟動了TRADE計劃，目的是建立一個低功率的反應堆質子加速器和靶件的耦合試驗系統，以驗證ADS的工作原理。

中科院于2011年啟動了“未來先進核裂變能”戰略性先導科技專項，其中ADS嬗變系統作為其兩大部署內容之一，將致力于自主發展ADS系統從試驗裝置到示范裝置的全部核心技術和系統集成技術，為保障國家能源供給和核裂變能長期可持續發展做出貢獻。

鉛基材料由于具有穩定的化學性質、良好的熱力學性質和中子學性能，還可以兼做散裂靶。鉛基材料在高溫高壓下穩定，不與空氣和水發生明顯反應；其熔點低、沸點高，傳熱性能好，減小了系統所需壓力，有利于反應堆的固有安全性，且其載熱能力高，非能動安全性高，通過合理設計可實現自然循環排出余熱；其中子利用率高不易吸收慢化中子，使系統具有更高的嬗變和增殖能力，有利于提高反應堆效率。中國鉛基反應堆被選為ADS系統主要候選堆型之一，中科院核能安全技術研究所FDS團隊已經開展相關工作，但鉛基材料密度很大，會產生很大的浮力，使得現有控制棒組件不能使用，因此需要對控制棒組件進行相應的改動。

目前來看，國際上對鉛基反應堆控制棒組件的結構設計上沒有明確的統一方案，更缺乏針對鉛基反應堆控制棒的相關配重設計。

在燃料組件的固定，主要分為兩種方式：配重和鎖緊。歐盟聯合共建的液態鉛冷快堆ALFREAD采用配重的設計方案，其優勢在于對其他部件改動小，保持了固有安全性；不足之處在于配重位于棒束上端，增加了組件的高度，而XADS反應堆采用鎖緊的方式，其優勢在于對組件和堆芯高度不做改變；不足在于鎖緊裝置易出故障，減小了服役壽命，還要對換料裝置等結構做較大修改。可見兩種方式中，都有各自的優勢，但缺點同樣明顯，同時沒有針對控制棒的相關配重設計。

因此，亟待開發一種適用于鉛基反應堆的配重組件。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：在第一配重板1上開設有與星型架相匹配的星型槽11，將第一配重板1與星型架固定連接，并在第一配重板1與壓力容器相鄰的面上設置緩沖件2，從而使得鉛基反應堆在緊急停堆時，控制棒能夠迅速落下，同時對壓力容器的沖擊力小，降低了壓力容器被破壞的可能。

本發明目的在于提供一種鉛基反應堆控制棒配重組件，其特征在于，所述配重組件包括第一配重板1和緩沖件2，其中，所述第一配重板1上開設有與星型架相匹配的星型槽11，所述緩沖件2設置在第一配重板1與壓力容器相鄰的面上。

附圖說明

圖1示出根據本發明一種優選實施方式的鉛基反應堆控制棒配重組件的俯視結構示意圖；

圖2示出根據本發明一種優選實施方式的鉛基反應堆控制棒配重組件與控制棒的裝配圖。

附圖標號說明：

1-第一配重板

11-星型槽

2-緩沖件

3-附加配重板

4-控制棒

5-螺栓

具體實施方式

下面通過對本發明進行詳細說明，本發明的特點和優點將隨著這些說明而變得更為清楚、明確。

在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優于或好于其它實施例。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“內”、“外”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置關系為基于本發明工作狀態下的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”和“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

本發明公開的是一種鉛基反應堆控制棒的配重組件，其特征在于，所述配重組件包括第一配重板1、緩沖件2和任選地附加配重板3。

在本發明中，優選地，附加配重板3層疊于第一配重板1上方。

在本發明中，第一配重板1和附加配重板3均是厚度均勻的。

在本發明中，所述第一配重板1的外形為規則的形狀，優選為軸對稱的形狀，如矩形、正方形、圓形、正三解形等，優選為矩形或者正方形，更優選為正方形。

在本發明中，所述附加配重板3的外形為規則的形狀，優選為軸對稱的形狀，如矩形、正方形、圓形、正三解形等，優選為矩形或者正方形，更優選為正方形。

優選地，第一配重板1與附加配重板3的外形相同，外形尺寸也相同，更優選地，在豎直方向上，從下至上，第一配重板1可見，附加配重板3不可見。

在本發明中，所述第一配重板1和附加配重板3的厚度均根據鉛鉍體系中鉛鉍基體的密度和控制棒4預定的下落時間設置。

在本發明中，所述第一配重板1的厚度為2～15cm，優選為4～10cm，如5cm，便于調節配重塊的重量。

在本發明中，所述附加配重板3的厚度為2～15cm，優選為4～10cm，如5cm，便于調節配重塊的重量。

在本發明中，使用的附加配重板3的數量根據鉛鉍體系中鉛鉍基體的密度和控制棒4預定的下落時間設定。

在本發明中，在第一配重板1上開設有與星型架相匹配的星型槽11。

在本發明一種優選的實施方式中，所述星型槽11是通透的。

所述第一配重板1通過星型槽11卡套于星型架周圍。

在本發明中，第一配重板1上設置有緊固裝置，用于將第一配重板1與星型架固定連接。

在本發明中，對第一配重板1上的緊固裝置不做特別限定，可以使用現有技術中任意一種緊固裝置，如螺栓、彈簧扭件，其中，所述彈簧扭件包括固定于星型槽11內壁表面上的彈簧和一端固定于所述彈簧一側的擋板，所述擋板的另一端可繞固定端旋轉，當擋板旋轉至彈簧上表面時，其壓緊彈簧，使彈簧收縮，星型架可伸入星型槽11中，當擋板旋轉至其它位置時，彈簧彈出，擠壓在星型架表面，使第一配重板1與星型架固定連接。

在本發明一種優選的實施方式中，所述星型槽11是不通透的，其中，所述星形槽3設置在第一配重板1下表面上，即，第一配重板1與星型架接觸的表面上。

優選地，在第一配重板1下表面上設置有緊固件，使第一配重板1與星型架固定連接。

在本發明中，對第一配重板1下表面上的緊固件不做特別限定，可以使用現有技術中任意一種緊固件，如螺栓、彈簧扭件，其中，所述彈簧扭件包括固定于星型槽11內壁表面上的彈簧和一端固定于所述彈簧一側的擋板，所述擋板的另一端可繞固定端旋轉，當擋板旋轉至彈簧上表面時，其壓緊彈簧，使彈簧收縮，星型架可伸入星型槽11中，當擋板旋轉至其它位置時，彈簧彈出，擠壓在星型架表面，使第一配重板1與星型架固定連接。

在本發明中，優選地，在第一配重板1和附加配重板3上表面設置有凸起，所述凸起為一個或者多個；在附加配重板3的下表面相應地設置有凹孔，從而使附加配重板卡套于其下的第一配重板1或者附加配重板上，防止附加配重板3發生水平方向的振動。

在本發明中，優選地，在第一配重板1和附加配重板3凸起的上表面，或者在附加配重板3凹孔的下表面上設置有彈力件，以減緩附加配重板3與第一配重板1在裝配時的沖擊作用，同時，在配重板組合時，起到了墊片的作用，使配重板之間更加穩定，不易產生微小位移。

在本發明中，更優選地，第一配重板1與附加配重板3之間固定連接。

在本發明中，所述第一配重板1或者附加配重板3的密度大于金屬鉛的密度，或者，小于金屬鉍的密度。

在本發明中，所述第一配重板1和附加配重板3均具有高的熱導率和小的熱膨脹系數，優選地，所述第一配重板1的熱導率為100W/(m·K)～200W/(m·K)，優選為120W/(m·K)～180W/(m·K)；熱膨脹系數為3.8×10^-6/k～5.0×10^-6/k，優選為4.0×10^-6/k～4.8×10^-6/k；所述附加配重板3的熱導率為15.5W/(m·K)～23.0W/(m·K)，優選為16.3W/(m·K)～21.5W/(m·K)；熱膨脹系數為16.5×10^-6/k～19.5×10^-6/k，優選為17.2×10^-6/k～18.4×10^-6/k。

在本發明中，所述第一配重板1或者附加配重板3具有高的耐鉛鉍腐蝕性和低的輻射腫脹。

在本發明一種優選的實施方式中，所述第一配重板1是一種金屬板，優選是鎢板或者是F304LN不銹鋼板，更優選為鎢板，從而降低配重組件的重心。

在本發明一種優選的實施方式中，所述附加配重板4是一種金屬板，優選是鎢板或者是F304LN不銹鋼板，更優選為F304LN不銹鋼板。

在本發明一種優選的實施方式中，當控制棒4在鉛鉍體系中的下落時間為2s時，所述第一配重板1為鎢板，而且其厚度為10cm，不使用附加配重板3。

在本發明一種優選的實施方式中，當控制棒4在鉛鉍體系中的下落時間為1.8s時，所述第一配重板1為鎢板，而且其厚度為10cm，附加配重板3為F304LN不銹鋼板，其厚度為10cm。

在本發明中，所述緩沖件2設置在第一配重塊1與壓力容器相鄰的面上，即第一配重板1的下表面上。

在本發明中，所述緩沖件2為緩沖控制棒在下落過程中對壓力容器沖擊作用的部件，其可以為彈性部件，如彈簧等；也可以為非彈性部件，如使用在外力作用下能夠發生破壞性形變的材料制成的部件，例如使用發泡材料制成的圓柱等。

在本發明中，所述緩沖件2優選為彈簧，所述彈簧的長度與星型架上的緩沖彈簧的下表面同表面，進一步優選地，制造所述彈簧所用的材料與第一配重塊所用的材料相同。

在本發明中，反應堆在運行時，控制棒的起落是通過星型架上端的電磁鐵控制的，在星型架上增加配重組件后，控制棒組件的總重量增加，但是，只需要增加星型架上端電磁鐵組件中線圈數量，即可增加控制設備對控制棒的吸引力，從而控制控制棒的起落，而不需要增加額外的電能消耗。

在本發明一種優選的實施方式中，如圖1和圖2所示，所述鉛基反應堆控制棒配重組件包括第一配重板1、緩沖件2和一塊附加配重板3，其中，第一配重板1和附加配重板3均為正方形，在第一配重板1下方開設與星型架相匹配的星型槽11，將第一配重板1卡套于星型架上，在第一配重板1上表面設置有多個凸起，在附加配重板1下表面設置有與之對應的多個凹槽，使附加附重板4卡套于第一配重板1上，在凸起上設置有彈簧，同時，第一配重板1與附加配重板3通過螺栓5進行固定連接，在第一配重板1下表面上設置有彈簧。

當發生緊急情況需要落棒停堆時，控制棒失去夾持，控制棒組件開始下落，在這個過程中，控制棒受力情況為自身和配重組件的重力、控制棒與導向筒間的機械摩擦力、鉛基材料的浮力、鉛基介質中的流動摩擦力以及壓差阻力，選用的配重組件使控制棒能達到足夠的加速度，在要求的時間內完成落棒過程。

當控制棒落到底部，星型架下端的彈簧和配重組件上的彈簧會減小控制棒下落的沖擊，起到保護壓力容器的作用。

所述配重組件不需要對控制棒組件結構做改動，保持了原有的力學特性，且結構簡單，拆卸方便，易與檢修。

根據本發明提供的鉛基反應堆控制棒配重組件，具有如下有益效果：

(1)對棒束型控制棒配重進行相應優化，以適應多種的環境，既可用于鉛基堆，增加重量以克服密度很大的鉛鉍合金的浮力與流動阻力；也可用于一般壓水堆，增加重量使反應堆滿足SSE安全停堆地震時的落棒時間要求；還可用于一些船舶反應堆，增加重量以克服搖擺條件增加的摩擦力；

(2)該配重組件不改變原控制棒組件的棒束結構；不改變原控制棒組件的棒束類型與分布，不改變原控制棒組件的驅動機構的結構，因此對反應堆的反應性控制不發生變化，對其他組件變動很小，避免了堆芯高度的改變，結構簡單，不易出現故障且維修簡單；

(3)緩沖件降低了帶來的落棒沖擊；

(4)該配重組件設置在壓力容器之外，不需要對壓力容器進行額外的打孔等操作，有利于堆芯的封閉，減小了放射性外泄的風險；

(5)該配重組件可根據環境選用不同的配重方案，選擇不同材質，還可將多個裝置組合使用，以適應更多的配重要求；

(6)該配重組件可與多種相關設備配套使用，應用范圍廣，有利于設備推廣。

以上結合具體實施方式和范例性實例對本發明進行了詳細說明，不過這些說明并不能理解為對本發明的限制。本領域技術人員理解，在不偏離本發明精神和范圍的情況下，可以對本發明技術方案及其實施方式進行多種等價替換、修飾或改進，這些均落入本發明的范圍內。本發明的保護范圍以所附權利要求為準。