本發(fā)明屬于核安全控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)核電機(jī)組的逐步投產(chǎn)，乏燃料組件的數(shù)量也在成倍增長(zhǎng)。我國(guó)核燃料循環(huán)政策是對(duì)乏燃料進(jìn)行后處理，乏燃料在核電站在堆貯存水池短期貯存后就需要運(yùn)輸至后處理廠(chǎng)或中間貯存設(shè)施，以便今后進(jìn)行乏燃料后處理。隨著我國(guó)核電裝機(jī)總?cè)萘康脑龃螅枰A存的乏燃料組件數(shù)量將大幅增加。當(dāng)前各不同機(jī)型乏燃料貯存設(shè)施基本均是按照滿(mǎn)足核電廠(chǎng)10年至20年的貯存量進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命通常為40年甚至達(dá)到60年。在我國(guó)后處理廠(chǎng)的建設(shè)建成時(shí)間和建成后的后處理能力還不能滿(mǎn)足要求的情況下，大量的乏燃料組件將面臨長(zhǎng)期的中間貯存，因此在有限的廠(chǎng)址中提高乏燃料組件的貯存能力在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面提出了要求。

乏燃料貯存從早期的不使用中子毒物進(jìn)行臨界安全控制的方式進(jìn)行貯存，到目前廣泛采用的使用一定形式和布置的中子毒物進(jìn)行臨界安全控制而達(dá)到密集貯存的目標(biāo)，各國(guó)均對(duì)乏燃料貯存的改進(jìn)設(shè)計(jì)投入了大量的研究和實(shí)踐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)核電廠(chǎng)乏燃料貯存水池中臨界安全的控制要求，提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，以提高核燃料組件貯存的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

為實(shí)現(xiàn)此目的，在基礎(chǔ)的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，所述的核燃料貯存系統(tǒng)包含10-1000個(gè)，優(yōu)選700-900個(gè)核燃料貯存單元、雙層中子毒物、中子慢化介質(zhì)、燃料組件存放區(qū)、以及燃料組件存放區(qū)中存放的燃料組件，

每個(gè)核燃料貯存單元依靠外壁的包圍形成內(nèi)部空間，內(nèi)部空間中設(shè)置雙層中子毒物；每層中子毒物的橫截面均為l形，且l形橫截面的兩端與所述的每個(gè)核燃料貯存單元的外壁相交；雙層中子毒物之間形成一定的空隙，所述的空隙中填充所述的中子慢化介質(zhì)，

每個(gè)核燃料貯存單元中靠?jī)?nèi)側(cè)的一層中子毒物與該核燃料貯存單元的外壁包圍形成所述的燃料組件存放區(qū)。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，其中所述的中子毒物為含較大中子吸收截面核素的物質(zhì)，所述核素選自硼、釓、鎘、銀和/或鉿。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，其中所述的中子毒物的總厚度為2.5-5mm。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，其中每個(gè)核燃料貯存單元中的雙層中子毒物的高度覆蓋該核燃料貯存單元中在所述的燃料組件存放區(qū)中存放的燃料組件活性段的高度。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，其中所述的中子慢化介質(zhì)為輕水或含硼輕水。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，其中所述的燃料貯存單元的外壁的材質(zhì)為具有一定硬度、耐腐蝕的結(jié)構(gòu)材料。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，其中所述燃料貯存單元的外壁的材質(zhì)為各種不銹鋼或鈦合金。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，其中所述的空隙的寬度為2-30mm。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，其中所述的燃料組件包含燃料棒、導(dǎo)向管、儀表管。

本發(fā)明的有益效果在于，利用本發(fā)明的含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)，可以提高核燃料組件貯存的經(jīng)濟(jì)性和安全性，增大貯存能力。本發(fā)明在滿(mǎn)足臨界安全控制的前提下使臨界安全的控制對(duì)象即燃料組件的距離更近，增大了中子毒物的中子吸收效應(yīng)，減小了燃料貯存單元之間的柵距，增大了乏燃料貯存水池或容器的貯存能力。

本發(fā)明在乏燃料水池燃料貯存單元中設(shè)置雙層中子毒物，增大了中子毒物的中子吸收效應(yīng)，在滿(mǎn)足臨界安全的條件下可以使燃料組件的布置更加緊密，該結(jié)構(gòu)可以有效利用空間，達(dá)到提高水池的燃料貯存能力的目的。該結(jié)構(gòu)同樣適用于裝載燃料組件的容器。采用本發(fā)明的技術(shù)方案之后，根據(jù)所選擇的中子毒物的類(lèi)型，燃料貯存系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)燃料貯存單元的距離，中子毒物的布置實(shí)現(xiàn)在正常和可信事故工況保證系統(tǒng)的臨界安全。

附圖說(shuō)明

圖1為示例性的本發(fā)明的含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)中一個(gè)核燃料貯存單元的橫截面圖。

圖2為對(duì)照性的含單層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)中一個(gè)核燃料貯存單元的橫截面圖。

圖3為示例性的本發(fā)明的含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)中燃料組件的裝載曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作出進(jìn)一步的說(shuō)明。

1、本發(fā)明的含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)

示例性的本發(fā)明的含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)可應(yīng)用于核電站的乏燃料水池中，其中的一個(gè)核燃料貯存單元的橫截面如圖1所示，包括核燃料貯存單元外壁1、外層中子毒物2、內(nèi)層中子毒物3、空隙4、燃料組件存放區(qū)5、燃料組件6。

核燃料貯存單元外壁1(材質(zhì)為不銹鋼)包圍形成內(nèi)部空間，內(nèi)部空間中設(shè)置外層中子毒物2與內(nèi)層中子毒物3(中子毒物為硼鋼)。外層中子毒物2與內(nèi)層中子毒物3的橫截面均為l形，厚度分別為1mm與1.5mm，且l形橫截面的兩端與核燃料貯存單元外壁1相交。外層中子毒物2與內(nèi)層中子毒物3均與燃料貯存格架通過(guò)緊固連接件進(jìn)行連接。外層中子毒物2與內(nèi)層中子毒物3之間形成寬度為15mm的空隙4，空隙4中填充中子慢化介質(zhì)(具體為輕水)。

內(nèi)層中子毒物3與核燃料貯存單元外壁1包圍形成燃料組件存放區(qū)5，燃料組件存放區(qū)5中存放燃料組件6。方形的燃料組件6采用17×17排列，其中含有264根燃料棒，24根導(dǎo)向管和1根儀表管。組件內(nèi)的燃料棒由燃料芯塊裝在zr合金包殼管內(nèi)構(gòu)成，燃料棒內(nèi)充一定壓力的氦氣。燃料組件燃料棒活性段高度為386.71cm，燃料棒柵距1.26cm。根據(jù)如圖3所示的裝載曲線(xiàn)，燃料組件的初始富集度和平均燃耗對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位于曲線(xiàn)上方時(shí)可以貯存于乏燃料水池中。

外層中子毒物2與內(nèi)層中子毒物3的高度高于燃料組件存放區(qū)5中存放的燃料組件6的高度。

在如上每個(gè)核燃料貯存單元的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，相鄰的兩個(gè)核燃料貯存單元間的中心矩為24.5cm。

2、對(duì)照性的含單層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)

對(duì)照性的含單層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)中一個(gè)核燃料貯存單元的橫截面如圖2所示，包括核燃料貯存單元外壁1、中子毒物2、燃料組件存放區(qū)3、燃料組件4。

核燃料貯存單元外壁1(材質(zhì)為不銹鋼)包圍形成內(nèi)部空間，內(nèi)部空間中設(shè)置單層中子毒物2(中子毒物為硼鋼)，厚度為2.5mm。單層中子毒物2的l形橫截面的兩端與核燃料貯存單元外壁1相交。中子毒物2與燃料貯存格架通過(guò)緊固連接件進(jìn)行連接。

中子毒物2與核燃料貯存單元外壁1包圍形成燃料組件存放區(qū)3，燃料組件存放區(qū)3中存放燃料組件4。方形的燃料組件3采用17×17排列，其中含有264根燃料棒，24根導(dǎo)向管和1根儀表管。組件內(nèi)的燃料棒由燃料芯塊裝在zr合金包殼管內(nèi)構(gòu)成，燃料棒內(nèi)充一定壓力的氦氣。燃料組件燃料棒活性段高度為386.71cm，燃料棒柵距1.26cm。根據(jù)如圖3所示的裝載曲線(xiàn)，燃料組件的初始富集度和平均燃耗對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位于曲線(xiàn)上方時(shí)可以貯存于乏燃料水池中。

中子毒物2的高度高于燃料組件存放區(qū)3中存放的燃料組件4的高度。

在如上每個(gè)核燃料貯存單元的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，相鄰的兩個(gè)核燃料貯存單元間的中心矩為25.5cm。

3、效果對(duì)比

采用雙層中子毒物的設(shè)計(jì)相較于單層中子毒物的設(shè)計(jì)可以在滿(mǎn)足臨界安全的條件下，使乏燃料貯存單元之間的額中心距更小，增大了乏燃料水池的貯存能力。如上所述，含單層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)為保證滿(mǎn)足臨界安全條件需相鄰貯存單元之間的柵距至少為25.5cm，若采用含雙層中子毒物的核燃料貯存系統(tǒng)則在相同條件下相鄰貯存單元之間的柵距至少為24.5cm，有效減少了貯存單元之間的柵距，增大了貯存能力。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。上述實(shí)施例或?qū)嵤┓绞街皇菍?duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明，本發(fā)明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實(shí)施，而不偏離本發(fā)明的要旨或本質(zhì)特征。因此，描述的實(shí)施方式從任何方面來(lái)看均應(yīng)視為說(shuō)明性而非限定性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)由附加的權(quán)利要求說(shuō)明，任何與權(quán)利要求的意圖和范圍等效的變化也應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。