一种加速器驱动次临界系统的非能动停堆保护系统

摘要

本发明公开了一种加速器驱动次临界系统的非能动停堆保护系统，属于加速器驱动次临界系统非能动停堆设备领域的一种非能动停堆保护系统的装置。所述非能动停堆系统装置为温度触发的智能停堆装置。本发明利用软磁材料在堆芯出口冷却剂温度超过软磁材料的居里点温度时，由于自身的物理性能而失去磁性，软磁材料断开与永磁铁的吸附，从而把加速器的正负开关断开，实现非能动停堆的目的；使反应堆发生事故以后不必过分依赖运行人员及时准确的判断及外部能源的供给就能完成相应的安全停堆功能。

说明书

技术领域

本发明属于加速器驱动次临界系统非能动停堆系统的设备领域。具体涉及加速器驱动次 临界系统的备用停堆系统的一种温度触发的非能动停堆保护系统的装置，以实现加速器驱动 次临界系统的固有安全性，本发明涉及核反应堆设计技术、核安全技术和相关技术。

背景技术

核能发展将不得不面临核废料的处理和处置难题。核废料中的次锕系核素(MA)和长 寿命裂变产物(LLFP)的放射性毒性大，有些核素的半衰期长达上百万年，若不进行安全 处置，对人类的后代始终会造成潜在放射性威胁。加速器驱动次临界系统(ADS)是“新出 现的核废物嬗变及能量产生的核能系统”，在未来长期发展中，将实现先进的闭式核燃料循 环方式且具有良好的资源、安全和环境效益，将成为核裂变能可持续发展的重要途径。中国 科学院将ADS嬗变技术列为重要发展方向，并于2011年正式启动了战略性先导科技专项“未 来先进核裂变能—ADS嬗变系统”研究计划。计划通过三期专项的实施，到2030年后建成工 业应用规模的加速器驱动核废料嬗变示范装置，掌握ADS系统和核废料嬗变处理关键技术， 使我国先进核能领域的自主创新能力进入世界领先行列。ADS装置将加速器和反应堆通过散 裂靶有机地结合成一体，当加速器停止时，散裂反应也随之停止，包层里失去外源中子，K_eff逐渐下降，直至反应停闭。

核反应堆常规的能动停堆系统，理论上通过机械、电气或者操作员的动作，可以实现异 常或者事故工况下安全停堆的目的。系统输入一个电信号，使得控制棒驱动机构的电磁线圈 断电，控制棒脱落，实现对反应堆的控制；或者通过人的操作实现对反应堆的控制。但是这 些方式都是能动的，依赖于外在动力或者人工操作，需要一定的响应时间，控制系统故障或 运行人员误操作的可能性还不能完全排除。

为进一步降低发生事故的概率，美国、日本、中国等已经进行了一定程度的研究。其中 一种设计是利用高温下碳钢消磁的特性，实现非能动停堆；另外一种设计是采用电磁铁和软 磁相结合的方式，利用电流、铁芯产生恒定磁场，依靠软磁在居里点温度时失去磁性的特点， 实现非能动停堆的目的；我们国家商昌忠等设计的停堆系统利用的是居里点温度达1000℃以 上的Sm₂Co₇的永磁材料。

发明内容

本发明的目的是针对克服上述现有技术存在通过机械、电气或者操作员的动作，可以实 现异常或者事故工况下安全停堆的目的。系统输入一个电信号，使得控制棒驱动机构的电磁 线圈断电，控制棒脱落，实现对反应堆的控制；或者通过人的操作实现对反应堆的控制。但 是这些方式都是能动的，依赖于外在动力或者人工操作，需要一定的响应时间，和有一定的 失效可能性的缺陷，而提出的一种加速器驱动次临界系统的非能动停堆保护系统，其为温度 触发的非能动停堆保护系统的装置。

本发明采用的技术方案为：一种加速器驱动次临界系统的非能动停堆保护系统，其特征 在于，所述非能动停堆保护系统为温度触发的智能停堆装置；具体结构是在保护容器3内包 裹的软磁材料1与永磁铁2组成磁性智能开关。软磁材料1通过吸住和断开永磁铁2来控制 加速器电源的闭合和断开。保护容器安装在堆顶屏蔽盖上，软磁材料放置在堆芯出口处，以 便检测堆芯出口的温度，该装置通过堆顶屏蔽盖固定在反应堆堆芯出口处。

其中，所述保护容器3内包裹的软磁材料1吸住永磁铁2组成磁性智能开关。

其中，所述的磁性智能开关系统温度低于软磁材料的居里点温度时，加速器电源开关保 持闭合状态，当其温度高于软磁材料的居里点温度时，加速器电源开关处于断开状态。

本发明的有益效果：本发明利用的是软磁材料的居里点特性，使反应堆发生事故以后可 以在不依赖外界的判断就能完成相应的安全功能，即在冷却剂温度超过软磁材料的居里点温 度时，由于自身的物理性能而失去磁性，软磁材料断开与永磁铁的吸附，加速器电源的开关 断开，实现停堆的目的。

附图说明

图1为温度触发的一种加速器驱动次临界系统的非能动停堆保护系统装置的结构示意 图。

图2为含有非能动停堆系统的ADS系统图。

图中，1.软磁铁，2.永磁铁，3.保护容器，4.绝缘杠杆，5.绝缘材料，6.加速器电源负极 金属片，7.加速器电源正极金属片，8.加速器电源负极导线，9.加速器电源正极导线，10.弹 簧，11.反应堆堆芯，12.非能动停堆保护系统，13.反应堆换热器，14.加速器。

具体实施方式

本发明提出一种温度触发的一种加速器驱动次临界系统的非能动停堆保护系统装置。下 面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

如图1所示的非能动停堆保护系统为温度触发的智能停堆装置；具体结构是保护容器3 内包裹软磁材料1，保护容器3安装在堆顶屏蔽盖上，由弹簧10和绝缘杠杆4组成一个杠杆， 永磁铁2与绝缘杠杆4连接，加速器的电源负极6安装在绝缘杠杆4的上端，加速器的电源 正极7安装在电源负极的同一水平高度的对侧，放置的水平距离为下端软磁体1吸附住永磁 铁2时，正负极刚好能贴合在一起，开关处于闭合状态。

所述的一种加速器驱动次临界系统的非能动停堆保护系统，应固定在加速器驱动次临界 系统堆芯出口处的正上方10cm左右，同时整个装置尽可能小，以便在及时测量堆芯出口的 温度的同时又不影响堆芯出口冷却剂的流动。加速器的正负极导线均用耐高温的绝缘材料包 括，以免被堆芯内的高温冷却剂所损坏。所述的一种加速器驱动次临界系统的非能动停堆保 护系统，其具体的尺寸如下表1所示。

表1

本发明利用耐高温的永久磁铁铝镍钴合金Alnico-6(Alnico-6的成分为8％Al、16％Ni、 24％Co、3％Cu、1％Ti，其它都是Fe。居里温度为860℃)提供磁场，利用磁铁矿(居里 温度约578℃)在温度超过其居里点温度时失去磁性的特性，当反应堆内的温度异常升高到 或者超过其居里点温度时，软磁材料由于丧失磁性而与永磁材料自动断开，与永磁材料相连 的杠杆臂在自身竖直向下的重力作用和弹簧的回拉作用使加速器的开关断开，实现非能动停 堆的目的；使反应堆发生事故以后不必过分依赖运行人员准确及时的判断及外部能源的供给 就能完成相应的安全停堆功能。当采用不同物理特性的材料构成不同居里点磁性合金材料 时，该装置可以运用于不同的加速器驱动次临界系统，甚至运用于不同类型的核电站停堆或 保护系统。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。