阅读说明：本技术 一种核反应堆长寿期中子源装置及使用方法 (Nuclear reactor long-life neutron source device and using method thereof ) 是由 杨庆湘 郭建 杨波 汤春桃 王梦琪 毕光文 王丽华 黎辉 秦玉龙 丁谦学 于 2021-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种核反应堆长寿期中子源装置及使用方法,所述装置包括可密封安装长寿期中子源的中子源组件,所述中子源组件与反应堆控制棒驱动机构相连接,所述中子源组件通过所述反应堆控制棒驱动机构插入或提出反应堆堆芯；所述长寿期中子源可选择镅铍源或钚铍源。本发明可以显著降低中子源材料在反应堆运行时的消耗,保持中子源材料的长寿期特性,因而可以一个或多个机组重复使用,从而避免国内每个新建核动力厂机组都有面临一次中子源材料采购的工程造价和工程进度不确定性。(The invention discloses a nuclear reactor long-life neutron source device and a using method thereof, wherein the device comprises a neutron source assembly which can be used for sealing and installing a long-life neutron source, the neutron source assembly is connected with a reactor control rod driving mechanism, and the neutron source assembly is inserted into or pulled out of a reactor core through the reactor control rod driving mechanism; the longevity neutron source can be selected from an americium beryllium source or a plutonium beryllium source. The invention can obviously reduce the consumption of neutron source materials during the operation of the reactor and maintain the long-life characteristics of the neutron source materials, thereby being capable of repeatedly using one or more units, and avoiding the construction cost and the uncertainty of the construction progress of each newly built nuclear power plant unit facing one-time purchase of the neutron source materials in China.)

一种核反应堆长寿期中子源装置及使用方法

技术领域

本发明属于核反应堆燃料技术领域，特别是涉及反应堆中子源的技术领域。

背景技术

国内的运行和在建压水堆核动力厂，存在有外加中子源和无外加中子源两种启动方式，除了俄罗斯设计的压水堆是按照无外中子源启动设计以外，其他所有中国、美国或者法国设计的压水堆核动力厂，都是按有外中子源启动设计的。

对于有外中子源的反应堆设计，中子源的作用是在反应堆装料至临界过程中提供基础的中子计数水平，以保证源量程探测器能正常运行和响应堆芯增殖中子，克服源量程探测器的盲区，确保反应堆在次临界状态下有足够的中子计数率进行临界安全监督和保证反应堆的安全启动。其中，一次中子源(也称初级中子源)使用能够发射中子的材料，用于核动力厂首次启动，在首循环使用后即卸出堆芯不再使用；二次中子源(也称次级中子源)一般采用锑-铍(Sb-Be)源，未经辐照时不发射中子，首循环装料时入堆，在堆内辐照活化后供第二次及后续循环使用。

目前核动力厂使用的一次中子源是能够自发裂变发射出中子的核素，多采用锎源，利用的是能够自发裂变发射中子的²⁵²Cf这一核素。近年来，采用该中子源的几个不利之处凸显出来：

1)²⁵²Cf的半衰期约为2.635年，一般仅能用于一个机组的启动；

2)²⁵²Cf生产依赖超高通量堆，国内不具备生产条件；

3)²⁵²Cf国际采购费用持续增加，导致核动力厂工程造价提高；

4)受国际形势影响，以及俄罗斯²⁵²Cf产能收缩影响，难以保证²⁵²Cf中子源供应的充足性和进度，给核动力厂建造工程进度带来不确定性。

目前，我国多数核动力厂采用有外加中子源的反应堆设计，预计在较长一段时间里，国内的CAP1400、CAP1000、华龙一号和CPR1000等主流压水堆型号仍将面临的一次中子源供应的共性问题，也是我国自主化核电技术建设、出口还存在的“卡脖子”问题之一。

为了解决一次中子源供应问题，本发明提出利用具有长半衰期的中子源材料，制成长寿期中子源，可以在多个核动力厂机组首先重复利用的方法。采用该技术后，国内新建核电机组不再长期依赖从国外采购²⁵²Cf，达到降低工程造价，确保工程进度的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以在核动力厂重复使用的长寿期中子源装置以及使用的方法，可消除对国外供应中子源材料的长期依赖，降低核动力建造工程造价，确保工程建造的进度。

为达到上述目的，本发明提供一种核反应堆长寿期中子源装置，所述装置包括可密封安装长寿期中子源的中子源组件，所述中子源组件与反应堆控制棒驱动机构相连接，所述中子源组件通过所述反应堆控制棒驱动机构插入或提出反应堆堆芯；所述长寿期中子源可选择镅铍源或钚铍源。

优选的，所述长寿期中子源分别通过²⁴¹Am和²³⁸Pu的α衰变时产生的α粒子轰击⁹Be而发射中子。

本发明还提供了一种核反应堆长寿期中子源装置的使用方法，所述长寿期中子源密封包装入所述中子源组件内，所述中子源组件与所述反应堆控制棒驱动机构连接；

启动反应堆时：所述中子源组件通过所述反应堆控制棒驱动机构插入反应堆堆芯，通过堆外探测器探测计数率正常后，所述反应堆控制棒驱动机构将所述中子源组件从反应堆堆芯中提出。

优选的，所述中子源组件卸出反应堆堆芯后可用于同一机组的后续循环的反应堆启动，或者其他机组的反应堆启动。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1.通过本发明的使用方式，可以显著降低中子源材料在反应堆运行时的消耗，保持中子源材料的长寿期特性，因而可以一个或多个机组重复使用，从而避免国内每个新建核动力厂机组都有面临一次中子源材料采购的工程造价和工程进度不确定性。

2.本发明的使用方式，易于在现有反应堆设计中实现，如利用控制棒驱动机构插入和提出中子源，对改变原有设计的要求小。

3.与通常使用的²⁵²Cf相比，本发明使用的中子源材料一般更容易制造。

附图说明

图1为中子源组件插入堆芯示意图；

图2为中子源组件提出堆芯示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种可以在核动力厂重复使用长寿期中子源的方法，包括长寿期的中子源，与反应堆控制棒驱动机构相连接的中子源组件，以及中子源在核动力厂反应堆中的运行方式。

作为本发明的优选实施方式，长寿期中子源的中子发射材料可以选择镅铍源或钚铍源，分别通过²⁴¹Am和²³⁸Pu的α衰变时产生的α粒子轰击⁹Be而发射中子。在没有外在辐照条件下，²⁴¹Am和²³⁸Pu两种核素均主要通过α衰变消失，其半衰期分别为433年和86年，均可在数十年的时间内满足反应堆启动的中子源强度要求。

在反应堆运行环境下，长寿期中子源的中子发射材料可能因为高中子注量率环境而消耗，为了避免这一情况，在反应堆完成启动后、提升功率之前，把中子源组件移出堆芯燃料活性区，从而显著降低其消耗水平。

反应堆停堆后，长寿期中子源可以继续用作相同机组后续启动的中子源，也可以转移到其他机组用作启动中子源，实现重复利用。

本发明的优选中子发射材料，其通过高通量辐照生产的难度远低于²⁵²Cf，在国内、外工业中也有广泛使用，并且由于其半衰期长，在国内、外核工业体系中具有一定的储备量，因此从制备的造价和进度要求上均有利于在核动力厂中应用。

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。