CN1213438C - 具有控制系统的核反应堆以及运行这种控制系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到用于调节和有选择地切断核反应堆功率的方法和检查系统。检查系统包括调节系统，调节系统是在中子吸收基础上工作的，和这是使用运动的中子吸收物体。孔/孔道系统可以重力决定地填满到一个相应的高度。

Description

具有控制系统的核反应堆以及运行这种控制系统的方法

技术领域

本发明涉及到用于调节和有选择地切断核反应堆功率的方法和控制系统，涉及到包括这种系统的核反应堆和涉及到用于这种调节和有选择地切断核反应堆功率的中子吸收物体。

背景技术

目前的核裂变反应堆包括反应堆堆芯，该反应堆堆芯包括燃料元件。所述燃料元件包括核燃料(铀同位素，钍同位素和/或钚同位素)以及一种慢化剂。核裂变释放出快中子，经过慢化剂将所述快中子慢化，以达到一个能量水平，从而引发另外的燃料发生核裂变。这又导致释放出快中子和用来产生能量的热量。

现在对于核反应堆一般来说已经很普遍至少使用两个独立的切断系统。将它们用于结束核子链式反应。此外可以将至少这些系统中的一个用于调节运行，也就是说用于调节反应堆的功率和功率特征。传统的切断系统的工作是通过将吸收中子的材料放在堆芯或堆芯的周围(例如周围的反射器)。放入的吸收剂的数量必须充分，以保证足够快的调节效应和切断效应，例如在所有正常运行状态和发生故障状态时当温度改变和/或Xe¹³⁵衰变之后。

如果将切断系统也使用在调节上，在正常运行时将这些吸收剂不是整个地从其有效位置上离开，则当继续离开时可以提高反应速率，也就是说可以提高裂变率。通过将其他吸收剂移动到有效位置达到切断功能，因此停止链式反应。

所谓的高温反应堆(HTR)近来得到重要意义。其名字是从事实得出的，由于其石墨结构有能力产生高温热。HTR的特殊类型是球堆反应堆或者球堆积反应堆。对这种反应堆进行了一系列连续开发阶段，作为AVR(试验性反应堆工作协会地点在Jülich，德国，试验性反应堆的热功率为46MW和对氦初始温度为850℃设计的，但是试验性地运行到1000℃)；THTR(钍-高温反应堆；热功率为750MW地点在Uentrop，德国)；或者MODUL-HTR(在德国开发的模块化的球堆反应堆方案具有热功率为200MW)是已知的。球堆反应堆的特征在于，当其运行期间可以将新的球形燃料元件放入其堆芯和在必要情况下可以将老的从堆芯中取出。这些特征使调节系统减轻其任务负荷，通过取出吸收剂材料补偿了核燃料的消耗。在这些系统中调节系统必须只平衡由于温度改变，Xe¹³⁵浓度变化和类似很小的反应波动。

一般来说在切断系统和调节系统中使用棒，在其中将吸收材料封闭在金属管中。如果相应地设计球堆堆芯，将这些棒装入为此安排的棒开口处的侧反射器中就够了。此外为了切断目的也有可能将吸收剂用小的球代替用棒封闭，如同这在MODUL-HTR-方案的第二个切断系统中实现的。这种球作为“小的吸收剂小球”(KLAKs)是已知的。这些KLAKs是由包括硼或者碳化硼的石墨构成的。将KLAKs放入垂直的所谓的KLAK-开口或者KLAK-孔道中。一般来说为了将KLAKs从其有效位置取出是将这些通过重力在这种KLAK-开口或者KLAK-孔道的底部取出。然后用气动将它们送回到KLAK-孔道的容器中。棒和球的特征之间的重要区别在于：

1.KLAKs比棒的温度敏感性小。

2.棒不仅从下边而且也可以从上边放入和当结构形式为短棒时也可以在不同的位置放入，而通过重力KLAKs是集中在每个KLAKs-孔道的底部和为了达到比较高的水平必须通过重力填充或者从那里向下取出，以减小吸收水平。

直到目前为止在很多反应堆中吸收剂材料主要是使用上述棒的形式，以便用所希望的方法检查影响功率特征曲线和特别是检查影响热功率特征曲线，一般来说为了将这种特征曲线平整化。这也出现在HTR中主要是为了在石墨反应堆中避免局域的高辐射负荷。在球堆-HTR中提高燃烧过的燃料向下的浓度。相应的功率最大值一般位于堆芯的上半部分。如果在正常运行条件下用于功率调节的调节系统的吸收剂物体部分是位于上边部分最大作用位置的附近时，可以将上边部分的功率最大值的这种变化和因此将所产生的特征或者快中子的生产进行平整化。从最大作用位置离开时释放恢复辐射，而放入更多的吸收剂材料降低这种辐射和最后导致切断。为了可以完全利用调节系统的这种特征，但是也为了将这种控制过程的成本最小化，一般来说将调节系统设计为用棒运行。目前将KLAKs只用于第二个切断系统，也就是说只用于完全切断。

到目前为止传统的控制棒各自有棒的形状，以便在其周围环形地安排由吸收中子的材料如碳化硼，碳化铪或者类似的环形的控制物体。例如在温度达到至少1600℃时碳化硼是稳定的，棒内部的金属在温度超过650℃时失去了所要求的拉伸强度。这造成了麻烦，因为由于很好的原因一般来说将这些金属棒安排得悬挂在上边，以便通过重力可以降到堆芯和通过提高中子吸收以抑制链式反应和有选择地完全停止链式反应。在传统的球堆反应堆中的中子通量在反应堆堆芯的上边区域是最大的，因为新鲜的燃料元件球传统地是从上边放入到反应堆堆芯的，而完全或者部分消耗的或者燃烧过的燃料球是从下边取出的。相应地中子通量的水平在反应堆中是从上向下减小的。因此调节系统的优点是很容易从上边到达堆芯是特别重要的。在现代化的球堆反应堆中在正常运行时一般温度达到900℃和当运行故障情况下吸收剂物体的温度可以升高到1200℃，这大大地超过了金属棒的公差极限。

因此已经看到了在调节系统和切断系统中选择与传统吸收剂棒不同的途径的必要性，这在不损失调节能力和保护反应堆辐射超负荷情况下可以克服或者减少传统棒的热敏感问题。

发明内容

本发明考虑了一个核反应堆，核反应堆包括借助中子吸收物体运动进行中子吸收的基础上用于功率调节和切断调节的调节器系统，在其中调节器系统包括具有孔道或具有孔的装置的孔道系统，将这些用一系列通过重力落下的吸收物体装载或可以装载到可以调整的高度，此时吸收物体有一个截面尺寸，这个原则上对应于孔道的截面尺寸有容易滑动关系的足够间隙，和吸收物体向下是通过至少确定高度的支架支撑的。

在确定高度的支架和吸收物体之间有益地将一个或多个同样有滑动能力的挡板体放在孔道的纵向方向，在其中上述挡板体与吸收物体的中子吸收能力相比较没有或有减小的中子吸收能力。有益的是每个孔道包括很多上述挡板体。

挡板体可以是不同中子吸收能力的，准确一些说挡板体的中子吸收能力向下减小。

如果一个或多个挡板体有选择地可以有反射中子的特性，例如如果将它们封闭在反射中子材料内或朝向反射中子材料时。

按照特殊实施形式将活塞杆使用作为确定高度的支架。典型的活塞杆包括活塞或者是活塞形状的。在中子吸收物体和活塞杆或另外的确定高度的支架之间的挡板体经过的路段有益的是，活塞的所有运行位置是在反应堆堆芯最低高度以下，也就是说在辐射，特别是中子通量最小或不存在的区域。有益的是将活塞由反应堆压力容器外边的适当的操纵装置操纵(也就是说抬高或降下)。这种操纵装置可以是机械的，液压的，或电磁的或两种或多种方法的组合。

活塞或者活塞杆可以由适合于目的的材料如石墨、陶瓷，例如氧化铝或氧化铍或一种适合的金属如电炉钢构成。

吸收物体可以在重力情况下运动，直到由活塞杆或另外确定高度的支架将其停止的事实利用在，例如由于电流中断反应堆运行故障情况下在正常情况下通过自动释放活塞杆或自动释放作用在另外确定高度支架上的支撑力将吸收物体自动下降到其切断位置(也就是说出现最大中子通量的地方)。这可以用传统的方法通过自动释放支撑确定支架高度的抬高位置的力进行，例如通过释放电磁离合器或释放支撑装置。

挡板体可以由具有适合于机械的、热的或其他特性目的的不吸收或弱吸收中子的材料构成。所使用的材料有可能是同样的或类似于上述活塞或者活塞杆的材料，然而有益的是非金属的。

不仅将吸收物体而且将挡板体这样成形和设计，使其是自由滑动的不会卡在孔道中。

具有重要意义的优点在于，本发明通过特征提供了，即孔道包含了不联系在一起单个物体的柱状物代替连贯的单个棒，由于孔道不是必须到处是直线的而可以有弯曲，如何使物体不会卡住地进入孔道中。一般来说只有必要，孔道的走向是在重力方向。

为了上述目的吸收物体和挡板体的形状可以从球形的经过椭圆体或桶形的变化到具有倒棱的或圆角的圆柱体。在使用中有益的是将最后形状的长形物体按照其长度装入其各自的孔道中。在孔道中可能发生的弯曲的曲率半径限制了物体的轴向长度，实际上长度例如可以为孔道直径的1至5倍，有益的为1至3倍，比较好的为1至2倍变化。其他细节可以参考下面的物体的说明书。

将孔道直线度的这种偏差可以利用在，中子吸收物体接近反应堆堆芯和因此改变在不同堆芯高度上的吸收中子物体的中子吸收作用。将孔道装置可以利用在，不同孔道的走向与堆芯相联系可以有不同的弯曲。有些个孔道可以是直线的，也就是说与反应堆堆芯有相同的距离，而一些其他的孔道可以是弯曲的，以便将吸收物体引导到愈加接近或离开反应堆堆芯的不同高度上。这个原理类似于我们同时作为附件的申请98/0128。此外有可能将本申请原理与以前申请的原理组合在一起，按照以前的申请是用一批KLAKs或类似的自由流动的吸收物体，也就是说有益的是可以将吸收球的直径设计成不超过最小孔道直径的1/6。

孔道在其整个长度上面可以有统一的圆截面。然而如南非的专利申请98/0128的情况有可能使用矩形或长形截面的孔道将吸收物体和必要时挡板体组合在一起，在其中其各个孔道的相应截面为了在孔道中容易地轴向滑动与适当的间隙相匹配，和这样装备，在临近堆芯部分的区域，在那里在正常运行时出现最大的中子通量，孔道的截面延伸方向垂直于堆芯轴线。

有可能附加或有选择地附加在这种孔道上，这在轴向离开堆芯/反射器临界面的区域是弯曲的，在其中堆芯辐射在正常运行情况下是减小的，具有长形截面的这种孔道可以有逐渐的轴向扭转，直到具有正常减小的堆芯辐射的区域截面延伸的方向径向指向堆芯轴线。

附加或有选择地附加在上述有可能借助于本发明将吸收物体和/或挡板体的中子通量布局在高堆芯辐射区域最大化，如果人们在这些区域对于这些物体使用孔道，这些孔道临近堆芯区域是部分开口的。我们用“部分开口”的意思是开口区域的存在是用缝隙或一系列的缝隙或开口的形式构成为与反应堆堆芯轴线平行的和是这样设计的，将吸收物体和/或挡板体保持在孔道中，和特别是在球堆反应堆情况下不可能到达孔道。

有益的是活塞杆的操纵装置或驱动装置位于反应堆压力容器的外边。在这些装置上的相应维护工作可以毫无困难地进行。将操纵装置或驱动装置可以经过连杆或者类似的与活塞杆相连接，其中只有通过压力容器壁的小通孔需要包括有适合的密封材料。很容易将在压力容器内的操纵装置或驱动装置不排除在本发明的保护范围之内。

将本发明有益地应用在高温反应堆(HTR)-类型的反应堆中和特别是应用在反应堆中，将这个反应堆的运行设计成，将具有或没有返回的部分燃烧过的燃料的新鲜核燃料在一端放入和将具有或没有部分燃烧过的燃料的燃烧过的燃料在相反的一端取出，和在其中将中子吸收物体保存在装置中，这个装置适合于直接靠在或接近反应堆堆芯部分的区域起到最大的吸收作用，在那里通过反应堆燃料达到最大或者接近最大的功率，和直接在或接近堆芯部分的区域起到减小的或者零中子吸收的作用，在那里燃料辐射已经减小。有益的实施形式是球燃料堆的类型或球堆的类型。

在给定的反应堆上高度(与反应堆堆芯相联系)，在其上应该发生从最大吸收效应到比较少的吸收效应或者零吸收效应的变化，最大程度地依赖于如何将燃料输入给反应堆。有益的是装置应该直接在或者接近反应堆堆芯上半部分的区域起到最大吸收或接近最大吸收作用和在一个区域起到减小或零吸收的作用，在那里没有中毒的堆芯功率大约为最大功率区域的一半至三分之一。准确一些说减小的或者零吸收作用的区域开始于不低于反应堆的地面反应堆区域上面整个堆芯高度的1/10。

如果涉及到具有多层燃料通过能力的反应堆，堆芯的最大功率区域一般位于整个堆芯高度的50％和70％之间和具有最大吸收效应的装置部分向下延伸到低于反应堆的地面反应堆区域上面整个堆芯高度的30％。

如果相反涉及到具有单程送料(OTTO)的反应堆，堆芯的最大功率区域一般位于整个堆芯高度的66％和75％之间，在其中具有最大吸收效应的装置区域向下延伸到不低于反应堆的地面反应堆区域上面整个堆芯高度的40％的高度。准确一些说具有最大吸收效应的装置区域向下延伸到不低于在反应堆的地面反应堆区域上面整个堆芯高度的50％的高度。

本发明当直接将能量功率使用于运行氦透平机或者其他气体形状介质的透平机，在其中需要高的初始温度，有特殊的好处。

按照本发明另外的出现形式安排了借助于吸收中子的物体吸收中子进行核反应堆功率调节的方法，这种方法包括以下步骤：

-适用于调节反应堆功率的调节系统的装料，和这个调节系统包括具有孔道或孔的装置的孔道系统，具有一系列通过重力位于斜面上的中子吸收物体，其截面尺寸对应于自由滑动有足够间隙的孔道系统的孔道(孔)截面：和

-通过在物体下面的可调整的机械支架调整中子吸收物体的高度。

其余的特征和与反应堆有关的上述细节同样适合于本方法。

本发明继续延伸到核反应堆的反射器上，在其中具有孔道或孔装置的孔道系统用于承受由中子吸收物体上下堆跺构成的柱状物和孔道(孔)的截面原则上对应于承受孔道中一定物体的截面对于物体在孔道(孔)中自由滑动具有足够的间隙。

上述与反应堆有关所叙述的孔道的重要特征和所属的装置尤其也适合于反射器。

此外本发明的保护范围延伸到适合于使用在按照本发明的方法和反应堆中的上述吸收物体和挡板体。这样本发明安排了中子吸收物体和挡板体，这些在构成在核反应堆中的孔道中滑动地相互接触，在其中挡板体与吸收物体相比较有零吸收能力或减小的中子吸收能力和上述物体原则上有对应于孔道截面的截面，孔道在使用期间承受这些物体，在孔道中为了自由滑动具有足够的间隙。

这些吸收物体在其尺寸上与当代技术水平的KLAKs有显著的区别。其在孔道的轴向长度方向测量的尺寸有益的为40mm至400mm，比较好为50mm至220mm，最好为60mm至150mm。

吸收物体和挡板体的截面尺寸取决于孔道是否是圆柱形的或长形的或另外的形状。如果物体是球形的，直径的上述范围是适合的，其中直径最好接近于下限。如果孔道是圆柱形的，物体的截面对应于具有间隙的孔道截面。物体在轴向的构造可以是从球形的经过椭圆体的或者桶形的到具有圆角的或者倒棱的端部的圆柱形。如果例如应该将物体提高了吸收能力的特殊区域放大，可以将放大的表面配置覆盖在适合于上述基本形状的表面上，例如具有交替凸起和凹下区域的波纹样式。

当长形截面时比较短的尺寸例如可以在20mm至100mm范围，有益的是在30mm至80mm，例如为60mm，和比较长的尺寸可以在从100mm至300mm范围，有益的是在150mm至280mm，例如为260mm。短的侧边可以有圆形的，例如半圆柱形的构造。在物体的纵向方向也就是说运动方向通过孔道，适合于同样的原理如上节叙述的具有圆截面的物体例外的是，垂直于横向截面的长侧边的纵轴线截面是平行于横向截面的长侧边的纵截面的变薄的一种形式。

吸收物体可以有不吸收或弱吸收的例如由石墨或耐火陶瓷材料的堆芯，堆芯(至少当需要时是朝向反应堆堆芯的)具有强吸收中子的材料如碳化硼或碳化铪涂层或覆盖的。

将如上所述的挡板体也作为本发明的一部分和有益的是有同样尺寸(或者至少同样的截面尺寸)如同中子吸收物体。挡板体可以用中子反射材料如用特殊质量的石墨涂层或覆盖的。

作为本发明另外的出现形式是安排了石墨块或者石墨砖，将这些与反应堆反射器组装在一起和在其中可以如同上述构成具有新特征的中子吸收物体的孔道，特别是如上所述的孔道在临近反应堆堆芯是开口的。因此将石墨块或者石墨砖这样成形，设计和构造，可以使其与反应堆反射器组装在一起。

在新类型的反应堆系统中可以将撞在反射器内壁上的快中子的剂量或浓度提高到超过1.5×10²²cm^-2(EDN)的数值。因此鉴于上述的现代化温度达到900℃或者更高，具有贯穿的平整表面的侧壁反射器在达到其大约为30年的设计寿命期望值之前也会失灵。这是因为由辐射决定的石墨体积改变的原因，石墨体积改变过程分两个阶段。在第一个阶段中子照射毫无问题地导致体积收缩。而第二个阶段体积又放大，此时有可能超过原来的尺寸和导致应力负荷损坏反应堆。为了减轻或者克服这个问题，将指向内部的反射器表面和石墨块或石墨砖的相应表面按照本发明有益地用一种方法熟化，这众所周知自己平衡这种尺寸变化，这种尺寸变化是石墨在比较长时间的强烈中子照射之后遭受到的。

附图说明

下面在附加的原理图基础上不受限制地继续叙述本发明。在附图中表示：

附图1按照本发明开发的模块化HTR-球堆类型核反应堆的纵截面简图；

附图2和3通过核反应堆准备使用的孔道的部分的截面简图，可以将一系列通过重力落下的吸收物体给这些孔道装料，此时径向截面与反应堆堆芯轴线偏移；

附图4按照本发明的核反应堆的反射器部分的三维反向简化截面视图，具有垂直于反射器与反应堆堆芯临界面后面的三个直线的圆柱形孔道；

附图5按照本发明核反应堆反射器部分的三维反向简化截面视图，在其中安排了原则上具有长形截面的三个扭转的孔道在反射器中垂直于反应堆堆芯其后面的临界面；

附图6按照本发明核反应堆的反射器的部分简图，在其中构成三个纵向的孔道，其扩展结构表示在附图4上，其中每个孔道临近反应堆的堆芯是部分地开口的；

附图7在附图6上表示的孔道的一部分的放大部分视图简图；

附图8，9，10和12使用在具有大约相应圆截面的孔道中的具有圆截面的中子吸收物体侧视简图；

附图11或13在附图10的XI-XI截面和在附图12的XII-XII截面物体的上视图；

附图14，15，16，和18使用在具有大约相应长形截面孔道中的具有原则上长形截面的中子吸收物体侧视简图；

附图17或19在附图16的XVII-XVII截面和在附图18XIX-XIX截面物体的上视图；

附图20具有堆芯和反射的石墨涂层挡板体的截面简图；

附图21核反应堆反射器的一部分的横截面简图，在其中截面也由放在反射器中构成的孔道的中子吸收物体通过，和通过在反应堆堆芯中的燃料元件；

附图22通过附图1表示的反应堆的下边部分(标志为XXII)的纵向截面简图；

附图23和24通过具有挡板体和吸收物体的两种特殊配置的孔道一段的纵向部分截面简图，这是从孔道下端部作用在物体上的活塞杆的两个特殊运行位置决定的。

具体实施方式

一般来说在附图上的参考数字30代表按照上述发明改进和发展的MODUL-HTR-类型的球堆(球燃料堆)-HTR-反应堆的部件。反应堆30包括将燃料装满到锥形上边高度34的反应堆堆芯32。参考数字36代表在其内表面区域由高纯度石墨和在其外部区域由低质量的石墨构成的反射器。堆芯32和反射器36是由反应堆容器或者压力容器38与用冷却空气例如氦提供给堆芯32的连接管40相连接封闭起来的。参考数字42一般代表燃料入口和参考数字44是由出口调节器46控制的燃料出口。反射器的下边部分是用参考符号48表示的。

反应堆30包括用于调节或切断核反应堆功率的控制系统，在其中系统又包括孔道50的系统。孔道在不同的位置上被装入反射器36的整体并构成为孔道装置。当使用调节系统时孔道在不同的可调高度上用一系列通过受重力作用落下的中子吸收物体52、54(和必要时挡板体56)装料，其截面尺寸对应于孔道50的截面尺寸并且截面尺寸与孔道有滑动关系，足以进行轻快的的滑动。

在附图22至24基础上由确定高度的活塞杆58形式的支架将物体52，54，56保持在下行方向，其中每个有使物体缩进的活塞59。这些特征将在下面详细叙述。

到目前为止传统的MODUL-HTR-反应堆是用金属吸收棒和封闭的中子吸收棒的第一个切断系统和调节系统和第二个切断系统调节的，这是完全用小的吸收球(KLAKs)工作的。按照本发明第一个切断系统和调节系统和/或第二个切断系统是通过上述控制系统代替或者补充的。

一些调节反应堆功率的孔道50具有专门的配置，下面参照附图3和5对其中的两个进行说明。在孔道中输送中子吸收物体所达到的中子吸收程度依赖于在确定的高度上孔道与堆芯近或者远和依赖于在确定的高度上孔道提供给堆芯的角度宽度。如上面一般已经叙述过的，有一系列属于堆芯的高度，一方面确定孔道高度的界限，在这个高度上在确定的运行条件下必须进行一定程度的调节功能。高度随着反应堆运行方式改变。在反应堆堆芯区域，在其中最大中子通量占主要地位和为了调节需要最大的吸收，将孔道设计为最大吸收效应，而接近堆芯的区域，在那里出现减少的或不出现中子通量，将孔道配置为减小的吸收效应。一般来说孔道装置直接在或者接近反应堆堆芯的上边部分(由参考数字60表示)起到最大或接近最大的吸收效应。在反应堆堆芯区域的下边部分低于由参考数字60表示的区域的相应高度上吸收效应降低或变成零。

参考数字62表示反应堆堆芯的整个堆芯高度的50％和70％之间的一个区域，在其中出现最大的中子通量和因此要求最大的吸收效应。参考数字64表示在地面反射器区域48上面的堆芯高度的30％的高度。具有最大吸收效应的区域一般延伸到不低于堆芯高度64的30％。如果运行单程送料(OTTO)的反应堆，堆芯的最大功率区域一般在整个堆芯高度(由参考数字66表示)的66％和75％之间的高度延伸到比较低的高度超过堆芯高度的40％(由参考数字68表示)的任何一个高度。

如果另外一方面反应堆重复地用燃料补充送料，从堆芯经过出口44取出的燃料物体(例如燃料球或燃料元件)进行分析和确定其燃烧程度。用这种方法在其被新的燃料物体代替之前可以将其送回贰拾次。在这样运行的反应堆中堆芯最大功率一般位于反应堆堆芯高度的2/3(区域66的下端部)和反应堆高度的一半(区域60的下边端部)之间的一个高度上。

参考数字70表示整个堆芯高度1/10的高度。一般具有减少的或零吸收效应的区域从这个高度向上到相应的比较高的高度(如上面讨论的)，在那里出现最大的吸收。

为了达到在吸收能力上的必要变化，本发明的孔道沿着其长度可以有不同的配置。

这样人们在附图3基础上看到孔道50的一种配置，在其中在下行方向通过将孔道向下斜置到堆芯32导致吸收效应的提高。孔道50然后又返回到纵向的定位。沿着斜的孔道长度的弯曲72是圆的，以便减小吸收物体和挡板体在孔道中的滑动，和弯曲的曲率半径是或许在孔道中使用的吸收物体和挡板体的纵向路段的基础上这样设计的，使物体可以自由克服弯曲。在附图2、3和4上表示的孔道50为了使用具有相应圆截面的吸收物体和挡板体有一个圆截面。

在附图5上的孔道50一般是将长形截面构成在反射器物体36上的。当需要时这些孔道接受相应的具有一般长形截面的吸收物体54和挡板体。将物体滑动地相互跟随着和相互撞击地放在孔道的纵向方向。

如从附图5中看出孔道有逐渐的轴向扭转，这从孔道截面长度方向垂直于堆芯轴线(见附图上边)的配置达到截面长度方向径向于堆芯轴线(见附图下边)的配置。这个轴向扭转对于孔道和属于孔道的吸收物体达到的吸收能力有相应的作用。纵向方向垂直于堆芯轴线偏移(与堆芯成切线)的地方吸收能力比较高。这样的配置是接近堆芯的部分，在那里当正常运行时出现最大的中子通量。相反孔道相对堆芯有减小面积的角度，在那里孔道的纵向方向是径向于堆芯轴线。这样的配置是适合于在具有正常情况下减小的中子通量放射性的区域。

虽然在附图5上没有表示，轴向扭转的孔道的直线度(斜度)的偏移是可以延长的，以便提高或者改变孔道的吸收特性。

在附图6、7和21的基础上表示了反射器36的一种实施形式，在其上吸收物体和挡板体的中子通量布局在高的核活性区域是通过使用孔道50提高的，这临近堆芯域32是部分地开口的。在这些附图上表示的实施形式沿着每个孔道50长度的一部分构成为唯一的纵向缝隙74。缝隙平行于反应堆堆芯轴线和从堆芯区域的后面通过孔道50延伸的，如同特别是从附图7中看到的。两个相互面对面的石墨砖或石墨块76是这样成形和设计的，在它们之间构成缝隙74的一部分和构成孔道50。如从附图21中看出，缝隙74是这样成形和设计的，将吸收物体和/或挡板体52保持在孔道中和特别是这样，使燃料球78(球堆反应堆情况时)不可能到达孔道。

如同已经叙述过的在附图6、7和21中表示的砖或块76构成缝隙，这个缝隙沿着砖或块的整个垂直长度上延伸。然而在本发明另外的实施形式中(没有表示)构成反应堆的石墨砖或石墨块每个有离散的缝隙，这样将垂直堆跺的砖或块安排构成为对于确定的孔道50具有开口的一系列离散的相互跟随的缝隙。如从附图7和21中看出，朝向堆芯的砖或决的表面77是熟化的，以便石墨的尺寸经过比较长时间的强烈中子照射之后平衡石墨的尺寸变化。

如果我们转回到附图8至13，在其中表示了具有圆截面中子吸收物体形状的谱。所述形状是从球形的(附图8)经过桶形的(附图9)和椭圆体(附图10和11)达到具有倒圆的或者倒棱的圆柱体(附图12和13)的形状连续谱的一部分。按以下方式选择吸收物体52的直径，使它们对应于被放入孔道的直径，在重力作用下足以使物体在孔道中自由滑动。

吸收物体52有典型地由石墨或耐火陶瓷材料构成的不吸收或弱吸收的堆芯，这是将强中子吸收材料如碳化硼或碳化铪涂上或覆盖的一个壳。在吸收物体的一些实施形式中只是在使用时朝向反应堆堆芯的物体部分是用这样的壳覆盖上的。

在附图14至19基础上表示了具有一般长形截面的吸收物体54。在这种物体上截面比较短的尺寸从20mm变化到100mm，有益的是位于30至80mm(例如60mm)和比较长的尺寸可以位于从100mm至300mm，有益的是为150mm至280mm(例如260mm)。如已经看到的截面的短边有圆角配置，则特别是在附图18上表示的吸收物体的轴向的边对应于具有半圆柱形配置的截面。吸收物体54有类似于物体52的连接结构和包括弱吸收的堆芯和包括由强中子吸收材料的壳。

虽然在附图8至19上没有表示，在中子吸收物体一定的实施形式中对于提高吸收能力将放大的表面配置(例如具有交替凸起的和凹下区域的波纹样板)覆盖在物体的基本形状上。在孔道的轴向长度方向(在附图2上为x)测量的物体52，54的长度有益地位于40至400mm，比较好为50至220mm和最好为60至150mm。在不同的实施形式中物体的轴向长度变化为孔道的直径的1至5倍，典型的为1至3倍和有益的是1至2倍。

在附图20上表示的参考数字56一般来说是挡板体。在附图20上表示的物体有一个圆截面。然而实际上可以将挡板体安排成中子吸收物体52，54(如在附图8至19中表示的)的任何形状。挡板体与中子吸收物体使用同样的截面尺寸，然而在吸收物体的长度上可以变化。每个挡板体56包括一个内堆芯80，这是用反射中子材料的壳例如用高质量的特殊石墨涂上的或覆盖的。

在本发明一定的实施形式中将挡板体56安排为不同的中子吸收能力和这样安排在孔道50中，挡板体的中子吸收能力在下行方向是减小的。

现在我们转向表示活塞杆58(包括活塞59)运行的附图22至24。活塞杆的作用是作为确定高度的支架，中子吸收物体52和挡板体56位于其上。由挡板体56占据的在活塞和中子吸收物体52之间的路段是这样选择的，活塞杆和活塞始终位于核反应堆堆芯的最低高度以下，也就是说在其中射线特别是中子通量最小或不存在。

如从附图22中看出，活塞是通过液压操纵装置86操纵的(也就是说升高或者降低)。在本发明其他实施形式中(没有表示)操纵装置可以是机械的，气动的，电磁的或两个或多个这种方法的组合。操纵装置86位于反应堆压力容器38的外边易于维护。操纵装置86是在经过连杆88(附图22)与活塞杆58连接，在其中将连杆通过压力容器38壁上的小开口90引导，小开口是用适当的密封装置92密封的。在本发明另外的实施形式中(没有表示)活塞杆的操纵装置和驱动装置是位于反应堆压力容器38内部。

吸收中子的物体52和挡板体56在重力作用下运动，如果它们不被活塞杆58挡住时。则在反应堆30运行干扰情况例如由于电流中断通过吸收物体52自动下降到其关闭位置(对于最大吸收能力，在那里最大中子通量占主要地位)将反应堆关闭。吸收物体的自动下降可以通过自动释放正常情况下作用在活塞杆58上的支撑力进行。在附图22上支撑力是通过电磁离合器或者支撑夹具94安排的，这个当电流中断时被释放。在附图24上表示了中子吸收物体52在其关闭位置，其中活塞59位于孔道50的下端。相反在附图23上中子吸收物体52位于调节位置，为了控制目的通过提高或降低活塞59可以将这个调节位置垂直改变。

虽然没有表示在附图上，一般来说可以利用孔道50的装置，在其上不同的孔道与堆芯32的联系是不同的。也可以将一些孔道设计得对于运行一批KLAKs或类似自由流动的吸收物体例如具有不超过最小孔道直径1/6直径的吸收球。这样可以将不仅包括中子吸收物体52，54而且也包括挡板体56的孔道和单独具有KLAKs的孔道组合成反应堆的唯一调节系统。

下面的权利要求书是本发明申报的组成部分。

将概念“包括”及其不同文法变型在上述说明书的应用中和在权利要求书中在其不受约束的意义上解释为“包括”，因此除了明确的上述特征和点之外是可以将没有采用明确参考的特征和点包括在内的。

在权利要求书中叙述的(参考附图)参考数字是为了比较容易地将权利要求书中的所有数字与优异的实施例中说明的特征进行相关，然而如果权利要求书的条文用任何方法不受附图表示限制时，从文章的上下文中不会出现明显的矛盾。

Claims (9)

1.核反应堆(30)，

-具有一个控制系统用于调节和/或切断核反应堆功率，

-具有至少一个垂直延伸的完全安排在核反应堆的反射器壁(36)中的孔道(50)，

其特征为，

所述核反应堆，

-具有至少一个中子吸收物体(52，54)，所述中子吸收物体(52，54)受重力作用地位于孔道(50)内部的确定活塞杆(58)的水平高度，并且其截面尺寸相应于孔道(50)的截面尺寸，和

-具有用于提升和降低活塞杆(58)的操作装置。

2.按照上述权利要求的核反应堆，具有液压装置作为提升和降低活塞杆(58)的操作装置。

3.按照上述权利要求1或2的核反应堆，在其中

将多个孔道环形地安排在核反应堆的反射器中。

4.按照上述权利要求1或2的核反应堆，在其中

在中子吸收物体(52，54)和活塞(59)之间安排挡板体(56)。

5.通过中子吸收物体(52，54)调节和/或切断核反应堆(30)功率的方法，在其中，在核反应堆反射器中的至少一个垂直延伸的孔道(50)中，至少一个中子吸收物体(52，54)通过一个从下边可操作的活塞杆(58)被提升和降低。

6.按照上述权利要求5的方法，在其中，

将中子吸收物体(52，54)在核反应堆具有最大中子通量的区域中移动。

7.按照上述权利要求5或6的方法，在其中

在中子吸收物体(52，54)和活塞(59)之间安排挡板体。

8.按照上述权利要求5或6的方法，在其中

在调节活塞期间将活塞(59)停留在核反应堆活化区的下边。

9.按照上述权利要求5或6的方法，在其中

由液压装置垂直移动所述的活塞杆(58)。

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