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一种含双层 中子毒物的核 燃料贮存系统

阅读：711发布：2020-05-17

专利汇可以提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统。所述的核燃料贮存系统包含多个核燃料贮存单元、双层中子毒物、中子慢化介质、燃料组件存放区、以及燃料组件存放区中存放的燃料组件，每个核燃料贮存单元依靠外壁的包围形成内部空间，内部空间中设置双层中子毒物；每层中子毒物的横截面均为L形，且L形横截面的两端与所述的每个核燃料贮存单元的外壁相交；双层中子毒物之间形成一定的空隙，所述的空隙中填充所述的中子慢化介质，每个核燃料贮存单元中靠内侧的一层中子毒物与该核燃料贮存单元的外壁包围形成所述的燃料组件存放区。利用本发明的核燃料贮存系统，可以提高核燃料组件贮存的经济性和安全性，增大贮存能力。，下面是一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，其特征在于：所述的核燃料贮存系统包含多个核燃料贮存单元、双层中子毒物、中子慢化介质、燃料组件存放区、以及燃料组件存放区中存放的燃料组件，
每个核燃料贮存单元依靠外壁的包围形成内部空间，内部空间中设置双层中子毒物；
每层中子毒物的横截面均为L形，且L形横截面的两端与所述的每个核燃料贮存单元的外壁相交；双层中子毒物之间形成一定的空隙，所述的空隙中填充所述的中子慢化介质，每个核燃料贮存单元中靠内侧的一层中子毒物与该核燃料贮存单元的外壁包围形成所述的燃料组件存放区。
2.根据权利要求1所述的核燃料贮存系统，其特征在于：所述的中子毒物为含较大中子吸收截面核素的物质，所述核素选自硼、钆、镉、银和/或铪。
3.根据权利要求1所述的核燃料贮存系统，其特征在于：所述的中子毒物的总厚度为
2.5-5mm。
4.根据权利要求1所述的核燃料贮存系统，其特征在于：每个核燃料贮存单元中的双层中子毒物的高度覆盖该核燃料贮存单元中在所述的燃料组件存放区中存放的燃料组件活性段的高度。
5.根据权利要求1所述的核燃料贮存系统，其特征在于：所述的中子慢化介质为轻水或含硼轻水。
6.根据权利要求1所述的核燃料贮存系统，其特征在于：所述的燃料贮存单元的外壁的材质为具有一定硬度、耐腐蚀的结构材料。
7.根据权利要求6所述的核燃料贮存系统，其特征在于：所述燃料贮存单元的外壁的材质为各种不锈钢或钛合金。
8.根据权利要求1所述的核燃料贮存系统，其特征在于：所述的空隙的宽度为2-30mm。
9.根据权利要求1所述的核燃料贮存系统，其特征在于：所述的燃料组件包含燃料棒、导向管、仪表管。

说明书全文

一种含双层中子毒物的核 燃料贮存系统

技术领域

[0001] 本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统。

背景技术

[0002] 随着我国核电机组的逐步投产，乏燃料组件的数量也在成倍增长。我国核燃料循环政策是对乏燃料进行后处理，乏燃料在核电站在堆贮存水池短期贮存后就需要运输至后处理厂或中间贮存设施，以便今后进行乏燃料后处理。随着我国核电装机总容量的增大，需要贮存的乏燃料组件数量将大幅增加。当前各不同机型乏燃料贮存设施基本均是按照满足核电厂10年至20年的贮存量进行设计的，而机组的设计寿命通常为40年甚至达到60年。在我国后处理厂的建设建成时间和建成后的后处理能力还不能满足要求的情况下，大量的乏燃料组件将面临长期的中间贮存，因此在有限的厂址中提高乏燃料组件的贮存能力在经济性和安全性方面提出了要求。

[0003] 乏燃料贮存从早期的不使用中子毒物进行临界安全控制的方式进行贮存，到目前广泛采用的使用一定形式和布置的中子毒物进行临界安全控制而达到密集贮存的目标，各国均对乏燃料贮存的改进设计投入了大量的研究和实践。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对核电厂乏燃料贮存水池中临界安全的控制要求，提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，以提高核燃料组件贮存的经济性和安全性。

[0005] 为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，所述的核燃料贮存系统包含10-1000个，优选700-900个核燃料贮存单元、双层中子毒物、中子慢化介质、燃料组件存放区、以及燃料组件存放区中存放的燃料组件，[0006] 每个核燃料贮存单元依靠外壁的包围形成内部空间，内部空间中设置双层中子毒物；每层中子毒物的横截面均为L形，且L形横截面的两端与所述的每个核燃料贮存单元的外壁相交；双层中子毒物之间形成一定的空隙，所述的空隙中填充所述的中子慢化介质，[0007] 每个核燃料贮存单元中靠内侧的一层中子毒物与该核燃料贮存单元的外壁包围形成所述的燃料组件存放区。

[0008] 在一种优选的实施方案中，本发明提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，其中所述的中子毒物为含较大中子吸收截面核素的物质，所述核素选自硼、钆、镉、银和/或铪。

[0009] 在一种优选的实施方案中，本发明提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，其中所述的中子毒物的总厚度为2.5-5mm。

[0010] 在一种优选的实施方案中，本发明提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，其中每个核燃料贮存单元中的双层中子毒物的高度覆盖该核燃料贮存单元中在所述的燃料组件存放区中存放的燃料组件活性段的高度。

[0011] 在一种优选的实施方案中，本发明提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，其中所述的中子慢化介质为轻水或含硼轻水。

[0012] 在一种优选的实施方案中，本发明提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，其中所述的燃料贮存单元的外壁的材质为具有一定硬度、耐腐蚀的结构材料。

[0013] 在一种优选的实施方案中，本发明提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，其中所述燃料贮存单元的外壁的材质为各种不锈钢或钛合金。

[0014] 在一种优选的实施方案中，本发明提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，其中所述的空隙的宽度为2-30mm。

[0015] 在一种优选的实施方案中，本发明提供一种含双层中子毒物的核燃料贮存系统，其中所述的燃料组件包含燃料棒、导向管、仪表管。

[0016] 本发明的有益效果在于，利用本发明的含双层中子毒物的核燃料贮存系统，可以提高核燃料组件贮存的经济性和安全性，增大贮存能力。本发明在满足临界安全控制的前提下使临界安全的控制对象即燃料组件的距离更近，增大了中子毒物的中子吸收效应，减小了燃料贮存单元之间的栅距，增大了乏燃料贮存水池或容器的贮存能力。

[0017] 本发明在乏燃料水池燃料贮存单元中设置双层中子毒物，增大了中子毒物的中子吸收效应，在满足临界安全的条件下可以使燃料组件的布置更加紧密，该结构可以有效利用空间，达到提高水池的燃料贮存能力的目的。该结构同样适用于装载燃料组件的容器。采用本发明的技术方案之后，根据所选择的中子毒物的类型，燃料贮存系统可以通过调节燃料贮存单元的距离，中子毒物的布置实现在正常和可信事故工况保证系统的临界安全。附图说明

[0018] 图1为示例性的本发明的含双层中子毒物的核燃料贮存系统中一个核燃料贮存单元的横截面图。

[0019] 图2为对照性的含单层中子毒物的核燃料贮存系统中一个核燃料贮存单元的横截面图。

[0020] 图3为示例性的本发明的含双层中子毒物的核燃料贮存系统中燃料组件的装载曲线。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

[0022] 1、本发明的含双层中子毒物的核燃料贮存系统

[0023] 示例性的本发明的含双层中子毒物的核燃料贮存系统可应用于核电站的乏燃料水池中，其中的一个核燃料贮存单元的横截面如图1所示，包括核燃料贮存单元外壁1、外层中子毒物2、内层中子毒物3、空隙4、燃料组件存放区5、燃料组件6。

[0024] 核燃料贮存单元外壁1(材质为不锈钢)包围形成内部空间，内部空间中设置外层中子毒物2与内层中子毒物3(中子毒物为硼钢)。外层中子毒物2与内层中子毒物3的横截面均为L形，厚度分别为1mm与1.5mm，且L形横截面的两端与核燃料贮存单元外壁1相交。外层中子毒物2与内层中子毒物3均与燃料贮存格架通过紧固连接件进行连接。外层中子毒物2与内层中子毒物3之间形成宽度为15mm的空隙4，空隙4中填充中子慢化介质(具体为轻水)。

[0025] 内层中子毒物3与核燃料贮存单元外壁1包围形成燃料组件存放区5，燃料组件存放区5中存放燃料组件6。方形的燃料组件6采用17×17排列，其中含有264根燃料棒，24根导向管和1根仪表管。组件内的燃料棒由燃料芯块装在Zr合金包壳管内构成，燃料棒内充一定压力的氦气。燃料组件燃料棒活性段高度为386.71cm，燃料棒栅距1.26cm。根据如图3所示的装载曲线，燃料组件的初始富集度和平均燃耗对应的点位于曲线上方时可以贮存于乏燃料水池中。

[0026] 外层中子毒物2与内层中子毒物3的高度高于燃料组件存放区5中存放的燃料组件6的高度。

[0027] 在如上每个核燃料贮存单元的结构的基础上，相邻的两个核燃料贮存单元间的中心矩为24.5cm。

[0028] 2、对照性的含单层中子毒物的核燃料贮存系统

[0029] 对照性的含单层中子毒物的核燃料贮存系统中一个核燃料贮存单元的横截面如图2所示，包括核燃料贮存单元外壁1、中子毒物2、燃料组件存放区3、燃料组件4。

[0030] 核燃料贮存单元外壁1(材质为不锈钢)包围形成内部空间，内部空间中设置单层中子毒物2(中子毒物为硼钢)，厚度为2.5mm。单层中子毒物2的L形横截面的两端与核燃料贮存单元外壁1相交。中子毒物2与燃料贮存格架通过紧固连接件进行连接。

[0031] 中子毒物2与核燃料贮存单元外壁1包围形成燃料组件存放区3，燃料组件存放区3中存放燃料组件4。方形的燃料组件3采用17×17排列，其中含有264根燃料棒，24根导向管和1根仪表管。组件内的燃料棒由燃料芯块装在Zr合金包壳管内构成，燃料棒内充一定压力的氦气。燃料组件燃料棒活性段高度为386.71cm，燃料棒栅距1.26cm。根据如图3所示的装载曲线，燃料组件的初始富集度和平均燃耗对应的点位于曲线上方时可以贮存于乏燃料水池中。

[0032] 中子毒物2的高度高于燃料组件存放区3中存放的燃料组件4的高度。

[0033] 在如上每个核燃料贮存单元的结构的基础上，相邻的两个核燃料贮存单元间的中心矩为25.5cm。

[0034] 3、效果对比

[0035] 采用双层中子毒物的设计相较于单层中子毒物的设计可以在满足临界安全的条件下，使乏燃料贮存单元之间的额中心距更小，增大了乏燃料水池的贮存能力。如上所述，含单层中子毒物的核燃料贮存系统为保证满足临界安全条件需相邻贮存单元之间的栅距至少为25.5cm，若采用含双层中子毒物的核燃料贮存系统则在相同条件下相邻贮存单元之间的栅距至少为24.5cm，有效减少了贮存单元之间的栅距，增大了贮存能力。

[0036] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

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