一种用于空间核反应堆的多功能安全棒

技术领域

本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种用于空间核反应堆的多功能安全棒。

背景技术

许多空间核反应堆堆芯设计方案中都设置有安全棒，用于保证反应堆在发射掉落事故工况下的安全性，使得反应堆即便在进入水、湿沙等情况下，仍能维持次临界状态。

空间核反应堆在发射时，安全棒位于堆芯内，在发射成功并准备启动时，安全棒被抽出堆芯，反应堆在控制机构的控制下开始启动运行。现有的方案中，安全棒主要有以下两种运行方式：

(1)第一种运行方式如图4和图5所示。发射时，安全棒位于堆芯内，在发射成功后反应堆准备启动时，安全棒被往后抽出堆芯，并进入屏蔽体，成为屏蔽体材料的一部分，可提供部分屏蔽功能。美国SP-100反应堆的安全棒就是采用该运行方式(可参考文献“Summary of space nuclear reactor power systems”)。

(2)第二种运行方式如图6和图7所示。发射时，安全棒位于堆芯内，在在发射成功后反应堆准备启动时，安全棒被往前抽出堆芯，并离开反应堆系统进入外太空。美国普罗米修斯计划中所提的反应堆安全棒就是采用该运行方式(可参考文献“Prometheus projectreactor module final report,for naval reactor information”)。

发明内容

基于对现有技术方案不足之处的认识，本发明的目的是提供一种新的安全棒方案，使其在现有方案的基础上，具备两种新功能：1.为空间核反应堆提供额外的反应性，可帮助减少燃料装量、减小反应堆重量和体积，降低成本；2.帮助减小空间核反应堆的轴向功率不均匀因子。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种用于空间核反应堆的多功能安全棒，其中，包括串联在一起的安全棒和跟随体，所述安全棒用于保证空间核反应堆在发射掉落事故工况下的安全性,所述跟随体用于所述空间核反应堆的堆芯的中子慢化，增加所述空间核反应堆的反应性，同时减小所述空间核反应堆的堆芯的轴向功率不均匀因子。

进一步，所述安全棒和所述跟随体均为圆柱形,且直径一致,两者同轴。

进一步，所述跟随体内部设有空腔。

进一步，所述空腔位于所述跟随体的中部。

进一步，所述安全棒的材质为碳化硼。

进一步，所述跟随体的材质为铍或氧化铍。

本发明的有益效果在于：

1.在空间核反应堆启动时，安全棒1被往后抽出反应堆活性区7(即堆芯)，并进入屏蔽体4的屏蔽体内部孔道5，成为屏蔽体4材料的一部分，这样可减小屏蔽体4的初始重量。

2.在安全棒1被提出反应堆活性区7的同时，跟随体2进入反应堆活性区7，可以起到中子慢化的作用，为反应堆提供额外的反应性，可帮助减少燃料装量、减小反应堆重量和体积，降低成本。

3.跟随体2中心区域设置空腔3，使得其在进入反应堆活性区7后，在反应堆活性区7的中心区域提供的中子慢化作用小于反应堆活性区7两端区域，可以帮助减小空间核反应堆的堆芯的轴向功率不均匀因子。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述的一种用于空间核反应堆的多功能安全棒的示意图；

图2是设置了本发明具体实施方式中所述的一种用于空间核反应堆的多功能安全棒的空间核反应堆的示意图(空间核反应堆处于未启动状态，安全棒1位于堆芯内)；

图3是设置了本发明具体实施方式中所述的一种用于空间核反应堆的多功能安全棒的空间核反应堆的示意图(空间核反应堆处于运行状态，安全棒1抽离堆芯，跟随体2位于堆芯内)；

图4是本发明背景技术中安全棒的第一种运行方式的示意图(空间核反应堆处于未启动状态，安全棒1位于堆芯内)；

图5是本发明背景技术中安全棒的第一种运行方式的示意图(空间核反应堆处于运行状态，安全棒1抽离堆芯)；

图6是本发明背景技术中安全棒的第二种运行方式的示意图(空间核反应堆处于未启动状态，安全棒1位于堆芯内)；

图7是本发明背景技术中安全棒的第二种运行方式的示意图(空间核反应堆处于运行状态，安全棒1抽离堆芯)；

图中：1-安全棒，2-跟随体，3-空腔，4-屏蔽体，5-屏蔽体内部孔道，6-轴向反射层，7-反应堆活性区，8-径向反射层，9-堆芯内安全棒孔道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明提供的一种用于空间核反应堆的多功能安全棒，由安全棒1和跟随体2组成，安全棒1和跟随体2串联在一起，安全棒1用于保证空间核反应堆在发射掉落事故工况下的安全性,跟随体2用于空间核反应堆的堆芯的中子慢化，增加空间核反应堆的反应性，同时减小空间核反应堆的堆芯的轴向功率不均匀因子。

安全棒1和跟随体2均为圆柱形,且直径一致,两者同轴。

跟随体2内部设有空腔3，空腔3位于跟随体2的中部。

安全棒1的材质为碳化硼，跟随体2的材质为铍或氧化铍。

最后对本发明的具体应用作进一步描述：

如图2和图3所示，在空间核反应堆处于发射阶段时，安全棒1位于堆芯的反应堆活性区7之内，此时可保证反应堆在各种事故工况下都能处于次临界的安全状态；在发射成功后空间核反应堆准备启动时，安全棒1被抽出反应堆活性区7，并进入屏蔽体4的屏蔽体内部孔道5中，成为屏蔽体4材料的一部分，可提供部分屏蔽功能。同时，跟随体2进入反应堆活性区7，为堆芯提供一定的中子慢化作用，并引入一定的反应性。跟随体2中心区域设置有空腔3，因此，在反应堆活性区7的中心区域提供的慢化作用小于反应堆活性区7两端区域，可帮助减小空间核反应堆的堆芯的轴向功率不均匀因子。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。