其壳配有刚度提高的隔离板片的钠冷快堆型核反应堆的组件制造技术

本发明专利技术涉及一种用于核反应堆、尤其用于钠冷快中子反应堆的组件，所述组件包括具有纵向轴线(X)的壳(10)，所述壳的每个主表面在中央部分具有用于与相邻组件隔离的板片(2)，板片具有向外凸起的部分，所述组件还具有增强衬筒(3)，增强衬筒附接并保持在壳(10)内，面对板片(2)布置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】其壳配有刚度提高的隔离板片的钠冷快堆型核反应堆的组件
本专利技术涉及一种燃料组件，用于由液态金属尤其是液态钠冷却的快中子核反应堆，其称为RNR-Na或SFR(“SodiumFastReactor”的英文缩略词)，即钠冷快堆，是所谓第四代的核反应堆系统的组成部分。本专利技术首先旨在提出一种燃料组件，其可以目前用在称为ASTRID的法国的第四代反应堆技术示范项目中。本专利技术所针对的燃料组件既可用于一体化核反应堆中，也可用于回路式反应堆中，对于一体化核反应堆，也就是：带有泵送装置的钠一回路完全容纳在池中，池中还装有热交换器，对于回路式反应堆，也就是：中间热交换器和钠主泵送装置位于池外。所谓燃料组件，是指具有燃料元件并且装载到核反应堆中和/或从核反应堆卸载的组件。所谓钠冷快堆型用的燃料组件，是指适于在用液态钠冷却的快中子核反应堆即所谓钠冷快堆中受辐照的燃料组件。尽管参照针对的主要应用、即用于核反应堆的燃料组件对本专利技术进行了说明，但本专利技术可应用于核反应堆的任何类型的组件，如反射器、侧面中子防护装置(PNL)、控制棒、试验性组件、辅助安全装置等。
技术介绍
用于在液态钠中冷却的快中子反应堆(RNR-Na)中使用的燃料组件具有特殊的机械结构，以尤其是允许液态钠在其中通过。图1中示出燃料组件1，其已经用于定名为Phénix的一种钠冷快堆中。首先，这种沿纵向轴线X呈伸长形的燃料组件1具有呈六角形截面的管或壳10，其上部部分11形成燃料组件的握持头部并接纳上部中子防护装置(PNS)，其中央部分12包封未示出的燃料细棒。换句话说，上部部分11和中央部分12形成在其整个高度上具有相同的六角形截面的同一管形罩盒或者壳10。燃料组件的头部11具有通到其内部的中央开口110。最后，燃料组件1具有下部部分13，其在壳10的延长部分中形成燃料组件的基部。燃料组件的基部13具有圆锥形或者圆形的远端端部15，用以可竖直地插入反应堆堆芯的托架(支承件)的支架中。燃料组件的基部13在其周边具有通到其内部的开口16。因此，在燃料组件的安装构型、即燃料组件处在已装载到反应堆堆芯中的装载位置的构型下，燃料组件1的阳式基部13已插入到反应堆托架的开口中，从而使燃料组件1以其纵向轴线X竖直的状态保持在该托架中。一回路钠可在燃料组件1的壳10内流通，因此通过热传导传送燃料细棒释出的热量。因此，钠由基部13的开口16输入，在通过燃料细棒棒束之后，由头部11的中央开口110排出。燃料组件的中央部分12具有多个核燃料细棒。每个细棒呈密封圆柱形套管的形式，在其中叠置有在内部产生放热核反应的可裂变燃料块柱14。所有柱14限定大体上位于燃料组件1的半高处的通常所谓裂变区。其在图1上以黑色矩形示意地示出。同一反应堆的所有燃料组件竖直布置在托架上，以形成结构紧凑的具有六角形格的栅格式堆芯。在托架上布置就位的燃料组件在其基部(脚部)处，在两个相邻的具有六角形截面的壳的相对表面之间，彼此通常隔开数毫米。在反应堆运转过程中，该间距必须在燃料组件的整个高度上基本上保持恒定不变。实际上，两个相邻燃料组件的靠近立即会导致反应性引入，即功率急剧上升，这会产生严重后果，例如过热、封堵等，这种靠近还导致堆芯熔化事故。为了解决这个问题，在现有的钠冷快堆中已知在燃料组件的壳的上部、正好在裂变细棒区域上方增加间隔装置。一般来说，这些装置布置的高度约等于在托架上方突出的燃料组件的高度的2/3。这些间隔装置通常称为“板片”，主要由凸起组成，凸起即加厚部分，向燃料组件外突出。壳的六角形截面的每个表面配有凸起(板片)。因此，这些板片的作用是局部减小相邻燃料组件之间的间隙，因此板片可以：-在反应堆额定运转和装卸操作(降低温度下)期间，确保燃料组件栅格结构紧凑，-限制堆芯压紧，即限制燃料组件在地震时的靠近运动，或者限制在叠置之后因燃料组件弹性复位而引起的堆芯再压紧，即限制由于堆芯内部能量释放例如气体膨胀而产生的燃料组件的移开运动。在法国采用的称为“Phénix”、“Superphénix”或者“Rapsodie”的钠冷快堆的燃料组件上已使用的板片，通过用冲模在六角形壳的六个表面中的每个表面上冲压以获得向壳外的所需变形而成。这些板片的功能性部分，即其如图3C所示的接触平表面20一般为边长20毫米至50毫米的矩形，板片的冲压深度即表面上的凸起20的高度最大为数毫米。专利技术人分析，例如对于如图2至3C所示的以前反应堆使用的燃料组件所采用的板片设计，不能对于ASTRID反应堆的燃料组件采用，因为现有板片相对于后面所述的所需的安全目的来说，刚性不足够，或换句话说，其刚度不够高。板片的刚度以K表示，表征板片的抗外力挤压强度。其在弹性方面定义为等于对板片施加的力与板片表面相对于六角形壳轴线的位移之比。事实上，已知板片的刚度K在ASTRID反应堆的范围中是不足的，如后所述。首先，意外情况(地震、堆芯内部能量释放等)时堆芯压紧的限制，显然是第四代反应堆系列的ASTRID反应堆必须响应的一个安全目标。对于其特征是具有负的钠排出系数的ASTRID反应堆的“低排出堆芯(或CFV)”来说，研究已表明，通过使用其刚度相对于已知的冲压板片增加5倍的板片，遵循因堆芯压紧引起的反应性上升标准——其最多设定于+1美元($)，同时与用于ASTRID反应堆中的燃料组件的其他技术规格保持相容。这些技术规格很多，后面仅详述在板片设计过程中具有影响的技术规格。低排出堆芯CFV的负排出系数是表示ASTRID反应堆的安全性的最大关键。基本上，尤其是通过在紧接燃料细棒上方的所谓“腔室(plénum)”区域中最大限度地减少钢量，来达到负排出，负排出的特征在于排出钠时自然降低堆芯反应性。实际上，钢是中子反射材料。不过，在腔室的钠要排出的构型中，例如在发生钠沸腾的意外情况时，腔室中的大量钢会导致向燃料反射漏泄中子，从而导致反应性上升，准确的说，这是违背低排出堆芯所期望的作用的情况。作为提醒，CFV堆芯的燃料组件因此从堆芯的上部向下部具有：-上部吸收区域，其由嗜中子材料构成，-液态金属腔室区域，-上部裂变材料区域，-中间增殖材料区域，-下部裂变材料区域。另外，中间增殖材料区域的水平中平面位于由上部裂变材料区域、中间增殖材料区域和下部裂变材料区域形成的组件的水平中平面下方，中间增殖材料区域的高度与由上部裂变材料区域、中间增殖材料区域及下部裂变材料区域形成的组件的高度之比在为0.25至0.40的范围内。提醒的是，另外，板片定位在六角形壳上，恰好位于燃料细棒的上端部上方，以确保相邻的两个燃料组件的裂变区域之间具有最佳间距，从而限制压紧。换句话说，板片定位在腔室的下部部分。因此，确保保持堆芯的负排出系数会导致最大限度地减少板片处使用的钢量。实际上，只有进行中子计算才能估量板片的几何形状对排出系数的影响。此外，如同任何核反应堆中那样，必须最大限度地减小ASTRID反应堆中装卸燃料组件时的作用力。燃料组件在被插入托架中时在板片处接触或者准接触。堆芯的结构紧凑性表现为在板片平面处的负间隙或者零间隙。这种结构紧凑性是额定运转所需的，以确保堆芯的静态机械平衡，额定运转相应于板片处约550℃和托架处约400℃的钠的平均温度。不过，即便堆芯在额定运转时结构紧凑，但在池中进行燃料组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核反应堆、尤其用于钠冷快中子反应堆的组件，所述组件包括具有纵向轴线(X)的壳(10)，所述壳的每个主表面在中央部分具有用于与相邻组件隔离的板片(2)，板片具有向外凸起的部分，所述部分在内部限定壳内无材料的凹部，其特征在于，所述组件还具有增强衬筒(3)，增强衬筒由中空管构成，用于允许核反应堆的载热体通过，附接并保持在壳(10)内，面对板片(2)布置，与每个板片一起形成空腔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.21 FR 15578601.一种用于核反应堆、尤其用于钠冷快中子反应堆的组件，所述组件包括具有纵向轴线(X)的壳(10)，所述壳的每个主表面在中央部分具有用于与相邻组件隔离的板片(2)，板片具有向外凸起的部分，所述部分在内部限定壳内无材料的凹部，其特征在于，所述组件还具有增强衬筒(3)，增强衬筒由中空管构成，用于允许核反应堆的载热体通过，附接并保持在壳(10)内，面对板片(2)布置，与每个板片一起形成空腔。2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，壳(10)具有六角形截面。3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，每个板片是冲压板片(20)，增强衬筒面对板片(2)的冲压凹部(21)布置。4.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，每个板片具有用于与相邻组件接触的呈矩形的外接触表面(20)。5.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，增强衬筒(3)还具有形成收敛面(33)的斜直边缘和形成扩散面(34)的斜直边缘，所述形成收敛面的斜直边缘使增强衬筒下部的内周边(31)连接于增强衬筒下部的外周边(30)，所述形成扩散面的斜直边缘使增强衬筒上部的内周边(31)连接于增强衬筒上部的外周边(30)。6.根据权利要求3至5中任一项所述的组件，其特征在于，增强衬筒(3)的高度小于冲压板片(2)的冲压凹部(21)的高度，这些高度沿纵向轴线(X)测得。7.根据权利要求3至5中任一项所述的组件，其特征在于，增强衬筒(3)的高度大于或等于冲压板片(2)的冲压凹部(21)的高度，这些高度沿纵向轴线(X)测得，增强衬筒具有用于能在增强衬筒与冲压板片之间形成的每个空腔内灌注和排出液体以及不蓄积气体的装置。8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述装置由穿过增强衬筒的至少两个孔组成，每个孔都通到增强衬筒与冲压板片之间形成的每个空腔中，所述至少两个孔分别定位在空腔的下部部分和上部部分处。9.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，增强衬筒包括中空圆柱体(3)，中空圆柱体的高度大于或等于板片(2)的高度，中空圆柱体的外径大体等于壳的内横截面的最大尺寸。10.根据权利要求2至9中任一项所述的组件，其特征在于，增强衬筒包括构件(3')，构件的外周边(30)具有与壳的内六角形截面贴合的六角形部分。11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，构件(3')具...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·贝克，V·布朗克，
申请(专利权)人：原子能及能源替代委员会，
类型：发明
国别省市：法国,FR