第二章_AP1000反应堆系统2016
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灰棒(SD 棒，Shutdown Rods) 吸收体中12 根由不锈钢制成，另外 12 根的吸收体材料是银铟-镉合金，包壳材料为不锈钢。
对比M310型反应堆灰棒组件 灰棒组件由 8 根黑棒和16 根灰棒组成； 黑棒
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
灰棒功能 灰棒(Gray Rod) 吸收中子的能力低于黑控制棒，用于在 30% 额定功率以上的负荷跟踪。灰棒由驱动机构传动，进出堆芯 来改变功率，以适应电网负荷变化。代替过去用改变冷却水 的硼浓度来跟踪负荷的方法。改变硼浓度会产生废水，采用 灰棒可减少废水量。 灰棒棒束采用吸收性能较弱的吸收体，以满足机械补偿 (Mechanical Shim , MSHIM)的理想控制模式所要求的反应性价 值。在反应堆运行期间灰棒代替化学补偿(调节棚浓度)来跟 踪负荷。
2. 2. 1. 3 燃料组件 ( Fuel Assembly)
格架
结构格架（ 14 层）
顶部格架、底部格架、中间格架（ 8 层）、中间搅混格架（ 4 层）
保护格架
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
顶部格架： 由 Ni-Cr-Fe 合金或ZIRLO 制成。
底部格架：
每束控制棒组件由固定在一个共用的中心筒或连接柄上的24 根 控制棒组成。
控制棒被可靠地固定在连接柄上。控制棒旋入 连接柄指状管，然后被销住以保持连接紧密。
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
吸收体
吸收体材料为封在不锈钢管内的银-铟-镉合金。银-铟-镉合金因 具有共振吸收而显著地增加中子吸收价值。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
上管座
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
上管座(Top Nozzle)
功能：为控制棒组件、离散型可燃毒物组件(Discrete Burnable Absorber Assemblies)或其他堆内部件提供部分保护空间。
格架功能：
燃料棒在其长度方向上间隔地被格架支撑，以保持在燃料组 件设计寿期内燃料棒之间的横向间距。
在格架与燃料棒接触点上不超过包壳过载应力的情况下，作 用在燃料棒上的格架限制力要足够大，以使可能的磨蚀最小化。
格架不会在燃料棒上施加过大的约束，使燃料棒在轴向上可 以自由热膨胀，从而燃料棒不会被锁住或产生扭曲。 格架条带使得防异物下管座上的流水孔更加细分，以进一步 减少可进入燃料棒束的异物数量。
常由防腐蚀、高强度的 Ni-Cr-Fe 合金制成。
中间搅混格架：放置在高热流密度区域以利于混流，由ZIRLO 制成。 中间格架： 由ZIRLO 制成。
保护格架： 又叫P格架，主要起到阻止异物进入的作用。常 由防腐蚀、高强度的 Ni-Cr-Fe 合金制成。
注： 选用ZIRLO材料是考虑到其固有的低中子俘获截面。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
仪表管
在每个燃料组件中心位置，落在位于上下管座上的通孔之间， 仪表管的直径在全长上一致。
为从上管座进入燃料组件内的堆芯中子探测器提供无约束的通 道。
2.2.2 堆芯功能组件
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
简介
上端的大管径可提供相对较大的环向面积，以允许在反应堆停 止时控制棒的快速插入，同时在正常运行工况下调节冷却剂的 流动。 在导向管缩颈段的上端开有流水孔，可减少控制棒的落棒时间。 导向管下端的缩颈管可在控制棒下落末期提供缓冲作用，保证 控制棒的冲击速度在接受范围内。 缓冲作用在下端塞处结束，而在下端塞上开有一个小的流水孔， 可避免在正常运行工况下缓冲段空间内的流体滞留现象。 M310？
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
按功能分类 停堆棒(SD 棒，Shutdown Rods) 共有四组，每组有8 束控制棒 组件，用于快速停堆。
轴向偏移控制棒(AO 棒，Axial Offset Rods)只有一组，由9 束 控制棒组件组成，用于轴向功率分布控制。
补偿棒(M棒，Shim Rod)共有六组，用于补偿由于温度、功率、 和瞬时值毒变化所引起的反应性变化。
管内的径向和端部间隙可容纳不同部件间的相对热膨胀。 吸收体具有弹头状的下端塞，以减小在反应堆停堆落棒时的水 力阻力，并在控制棒进入燃料组件导向管缓冲段时起平滑导向 作用。
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
灰棒(SD 棒，Shutdown Rods)
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
初级中子源棒包含有锎源材料以及定位锎源材料在包壳内位 置用的氧化铝隔片。初级中子源在首循环寿期末将从堆芯卸 出。
2. 2. 2. 3 中子源组件(Neutron Source Assembly)
2. 2. 2. 3 中子源组件(Neutron Source Assembly)
2. 2. 2. 3 中子源组件(Neutron Source Assembly)
2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod)
锆铌合金(ZIRLO)
比锆-4合金反应堆运行性能更好；
具备良好的中子经济性(低吸收截面)； 较高的抗冷却剂、燃料和裂变产物腐蚀能力； 以及在运行温度下的高机械强度和延展性。
以上特性有利于加深燃料的燃耗。
2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod)
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
格架
功能： 格架条带使得防异物下管座上的 流水孔更加细分，以进一步减少可 进入燃料棒束的异物数量。 中间格架上的搅混翼既可在燃料 组件内不同的通道间也可在相邻的 燃料组件间引起附加的流体混合。 这种附加的流体混合可以提高热工 性能。
分类 分为初级和次级中子源组件 次级中子源棒内包含有高度约224 cm的锑-铍芯块柱。在首循 环运行前，次级中子源就被装入堆芯，运行时其锑源被中子 活化后产生高能量的γ射线，轰击铍发射出中子。这个过程 在运行中不断重复，产生的次级中子供反应堆后续启动时使 用。 配置 2 组初级中子源组件和2组次级中子源组件。每组初级中子源 组件包含一根初级中子源棒和一定数量的可燃毒物棒。每组 次级中子源组件包含一组对称分布的次级中源棒。
2.2.2
2. 2. 2. 4
堆 可芯 燃 毒功 物能 组组 件 件
2. 2. 2. 4 可燃毒物组件
功能
通水环状可燃毒物在寿期初用于降低反应性温度系数。
2. 2. 2. 4 可燃毒物组件
通水环状可燃毒物组件
(Wet Annular Burnable Absorber , WABA)由离散型可燃毒物棒 连接在一个压紧组件上构成。
离散型可燃毒物棒 由环状的、薄壁的氧化铝(Al2O3)芯块组成，芯块内包含有以 碳化硼(B4C)形式存在的10B 材料。环状芯块放入两根同心的 锆合金管内，两端用两个锆合金端塞寨住并与管子进行焊接。 在端塞上开有通水孔，允许冷却剂从内管中流过。在内管与 外管之间的环状空间内预充有一定压力的氮气。吸收柱在可 燃毒物棒内的轴向位置通过一个支撑管来定位。
第二章 反应堆系统
2.1 概述
核电厂运行工况分为以下四类: 工况I ——正常运行 工况II ——中等频率事件 工况III ——稀有事故 工况IV——极限事故
2.2 反应堆堆芯
反应堆的堆芯(Reactor Core)的组成 燃料组件(Fuel Assemblies) 反应性控制棒束组件 (Reactivity Control Cluster Assemblies , RCCAs) 灰棒控制组件(Gray Rod Cluster Assemblies， GRCAs) 中子源组件(Neutron Source Rods) 可燃毒物组件(Burnable Absorber Assemblies)
2.2.1 反应堆燃料组件
M310
AP1000
2. 2. 1. 1 燃料芯块(Fuel Pellet)
• 形状：圆柱状，两端均为浅碟形，两端的外圆柱面上留有 倒角。两端浅碟形允许芯块中心线位置有较大的轴向膨胀， 也增大了容纳裂变气体释放的空腔体积；倒角方便加工制 造，同时降低了燃料棒制造时芯块破损的概率。 • 材料：稍加富集的 UO2 • 加工工艺： UO2粉末经冷压后烧结而成。
下管座(Bottom Nozzle)
功能： 引导冷却剂流入燃料组件并进行流量分配。管座上流水 孔的尺寸，可以使有害异物碎片进入堆芯活性区通道的可能性 降至最小，同时保持水力上和结构上足够的裕量。
材料 ： 304 不锈钢。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
导向管
独立缩颈管： ZIRLO 制成的被安装在导向管内的下端。
可拆式：上接头板(上管座的底部)与导向管护套相连接，二者 通过锁紧管锁定。去掉锁紧管，即可从燃料组件中拆除上管座， 直接取出燃料。
材料 ： 4 组Inconel-718板弹簧，除此之外其他的部件材料为 304 不锈钢。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
下管座
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
其他物理性能。
燃料棒的完整性设计能适应高Leabharlann Baidu燃料温度、由裂变气体释放 引起的高内压以及高包壳应力、应变、应变疲劳和磨蚀。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
包壳管两端用端塞塞住并进行密封焊接。下端塞的长度超过 底部格架的高度，以防止燃料棒的包壳受到截留在底部格架 位置的异物的磨损。
2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod)
随燃耗变化的效应 燃料密度改变 裂变气体释放 包壳蠕变 芯块——包壳相互作用(Pellet-Cladding Interaction , PCI)
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
AP1000控制棒布置
2. 2. 2. 3 中子源组件(Neutron Source Assembly)
功能 AP1000 初始堆芯启动时，中子源组件提供足够的中子水平以 确保堆芯在次临界时堆外源量程探测器能一直监测到足够的 中子增殖信号。 分类 分为初级和次级中子源组件。
对比M310型反应堆灰棒组件 灰棒组件由 8 根黑棒和16 根灰棒组成； 黑棒
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
灰棒功能 灰棒(Gray Rod) 吸收中子的能力低于黑控制棒，用于在 30% 额定功率以上的负荷跟踪。灰棒由驱动机构传动，进出堆芯 来改变功率，以适应电网负荷变化。代替过去用改变冷却水 的硼浓度来跟踪负荷的方法。改变硼浓度会产生废水，采用 灰棒可减少废水量。 灰棒棒束采用吸收性能较弱的吸收体，以满足机械补偿 (Mechanical Shim , MSHIM)的理想控制模式所要求的反应性价 值。在反应堆运行期间灰棒代替化学补偿(调节棚浓度)来跟 踪负荷。
2. 2. 1. 3 燃料组件 ( Fuel Assembly)
格架
结构格架（ 14 层）
顶部格架、底部格架、中间格架（ 8 层）、中间搅混格架（ 4 层）
保护格架
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
顶部格架： 由 Ni-Cr-Fe 合金或ZIRLO 制成。
底部格架：
每束控制棒组件由固定在一个共用的中心筒或连接柄上的24 根 控制棒组成。
控制棒被可靠地固定在连接柄上。控制棒旋入 连接柄指状管，然后被销住以保持连接紧密。
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
吸收体
吸收体材料为封在不锈钢管内的银-铟-镉合金。银-铟-镉合金因 具有共振吸收而显著地增加中子吸收价值。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
上管座
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
上管座(Top Nozzle)
功能：为控制棒组件、离散型可燃毒物组件(Discrete Burnable Absorber Assemblies)或其他堆内部件提供部分保护空间。
格架功能：
燃料棒在其长度方向上间隔地被格架支撑，以保持在燃料组 件设计寿期内燃料棒之间的横向间距。
在格架与燃料棒接触点上不超过包壳过载应力的情况下，作 用在燃料棒上的格架限制力要足够大，以使可能的磨蚀最小化。
格架不会在燃料棒上施加过大的约束，使燃料棒在轴向上可 以自由热膨胀，从而燃料棒不会被锁住或产生扭曲。 格架条带使得防异物下管座上的流水孔更加细分，以进一步 减少可进入燃料棒束的异物数量。
常由防腐蚀、高强度的 Ni-Cr-Fe 合金制成。
中间搅混格架：放置在高热流密度区域以利于混流，由ZIRLO 制成。 中间格架： 由ZIRLO 制成。
保护格架： 又叫P格架，主要起到阻止异物进入的作用。常 由防腐蚀、高强度的 Ni-Cr-Fe 合金制成。
注： 选用ZIRLO材料是考虑到其固有的低中子俘获截面。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
仪表管
在每个燃料组件中心位置，落在位于上下管座上的通孔之间， 仪表管的直径在全长上一致。
为从上管座进入燃料组件内的堆芯中子探测器提供无约束的通 道。
2.2.2 堆芯功能组件
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
简介
上端的大管径可提供相对较大的环向面积，以允许在反应堆停 止时控制棒的快速插入，同时在正常运行工况下调节冷却剂的 流动。 在导向管缩颈段的上端开有流水孔，可减少控制棒的落棒时间。 导向管下端的缩颈管可在控制棒下落末期提供缓冲作用，保证 控制棒的冲击速度在接受范围内。 缓冲作用在下端塞处结束，而在下端塞上开有一个小的流水孔， 可避免在正常运行工况下缓冲段空间内的流体滞留现象。 M310？
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
按功能分类 停堆棒(SD 棒，Shutdown Rods) 共有四组，每组有8 束控制棒 组件，用于快速停堆。
轴向偏移控制棒(AO 棒，Axial Offset Rods)只有一组，由9 束 控制棒组件组成，用于轴向功率分布控制。
补偿棒(M棒，Shim Rod)共有六组，用于补偿由于温度、功率、 和瞬时值毒变化所引起的反应性变化。
管内的径向和端部间隙可容纳不同部件间的相对热膨胀。 吸收体具有弹头状的下端塞，以减小在反应堆停堆落棒时的水 力阻力，并在控制棒进入燃料组件导向管缓冲段时起平滑导向 作用。
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
灰棒(SD 棒，Shutdown Rods)
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
初级中子源棒包含有锎源材料以及定位锎源材料在包壳内位 置用的氧化铝隔片。初级中子源在首循环寿期末将从堆芯卸 出。
2. 2. 2. 3 中子源组件(Neutron Source Assembly)
2. 2. 2. 3 中子源组件(Neutron Source Assembly)
2. 2. 2. 3 中子源组件(Neutron Source Assembly)
2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod)
锆铌合金(ZIRLO)
比锆-4合金反应堆运行性能更好；
具备良好的中子经济性(低吸收截面)； 较高的抗冷却剂、燃料和裂变产物腐蚀能力； 以及在运行温度下的高机械强度和延展性。
以上特性有利于加深燃料的燃耗。
2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod)
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
格架
功能： 格架条带使得防异物下管座上的 流水孔更加细分，以进一步减少可 进入燃料棒束的异物数量。 中间格架上的搅混翼既可在燃料 组件内不同的通道间也可在相邻的 燃料组件间引起附加的流体混合。 这种附加的流体混合可以提高热工 性能。
分类 分为初级和次级中子源组件 次级中子源棒内包含有高度约224 cm的锑-铍芯块柱。在首循 环运行前，次级中子源就被装入堆芯，运行时其锑源被中子 活化后产生高能量的γ射线，轰击铍发射出中子。这个过程 在运行中不断重复，产生的次级中子供反应堆后续启动时使 用。 配置 2 组初级中子源组件和2组次级中子源组件。每组初级中子源 组件包含一根初级中子源棒和一定数量的可燃毒物棒。每组 次级中子源组件包含一组对称分布的次级中源棒。
2.2.2
2. 2. 2. 4
堆 可芯 燃 毒功 物能 组组 件 件
2. 2. 2. 4 可燃毒物组件
功能
通水环状可燃毒物在寿期初用于降低反应性温度系数。
2. 2. 2. 4 可燃毒物组件
通水环状可燃毒物组件
(Wet Annular Burnable Absorber , WABA)由离散型可燃毒物棒 连接在一个压紧组件上构成。
离散型可燃毒物棒 由环状的、薄壁的氧化铝(Al2O3)芯块组成，芯块内包含有以 碳化硼(B4C)形式存在的10B 材料。环状芯块放入两根同心的 锆合金管内，两端用两个锆合金端塞寨住并与管子进行焊接。 在端塞上开有通水孔，允许冷却剂从内管中流过。在内管与 外管之间的环状空间内预充有一定压力的氮气。吸收柱在可 燃毒物棒内的轴向位置通过一个支撑管来定位。
第二章 反应堆系统
2.1 概述
核电厂运行工况分为以下四类: 工况I ——正常运行 工况II ——中等频率事件 工况III ——稀有事故 工况IV——极限事故
2.2 反应堆堆芯
反应堆的堆芯(Reactor Core)的组成 燃料组件(Fuel Assemblies) 反应性控制棒束组件 (Reactivity Control Cluster Assemblies , RCCAs) 灰棒控制组件(Gray Rod Cluster Assemblies， GRCAs) 中子源组件(Neutron Source Rods) 可燃毒物组件(Burnable Absorber Assemblies)
2.2.1 反应堆燃料组件
M310
AP1000
2. 2. 1. 1 燃料芯块(Fuel Pellet)
• 形状：圆柱状，两端均为浅碟形，两端的外圆柱面上留有 倒角。两端浅碟形允许芯块中心线位置有较大的轴向膨胀， 也增大了容纳裂变气体释放的空腔体积；倒角方便加工制 造，同时降低了燃料棒制造时芯块破损的概率。 • 材料：稍加富集的 UO2 • 加工工艺： UO2粉末经冷压后烧结而成。
下管座(Bottom Nozzle)
功能： 引导冷却剂流入燃料组件并进行流量分配。管座上流水 孔的尺寸，可以使有害异物碎片进入堆芯活性区通道的可能性 降至最小，同时保持水力上和结构上足够的裕量。
材料 ： 304 不锈钢。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
导向管
独立缩颈管： ZIRLO 制成的被安装在导向管内的下端。
可拆式：上接头板(上管座的底部)与导向管护套相连接，二者 通过锁紧管锁定。去掉锁紧管，即可从燃料组件中拆除上管座， 直接取出燃料。
材料 ： 4 组Inconel-718板弹簧，除此之外其他的部件材料为 304 不锈钢。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
下管座
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
其他物理性能。
燃料棒的完整性设计能适应高Leabharlann Baidu燃料温度、由裂变气体释放 引起的高内压以及高包壳应力、应变、应变疲劳和磨蚀。
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
2. 2. 1. 3燃料组件 ( Fuel Assembly)
包壳管两端用端塞塞住并进行密封焊接。下端塞的长度超过 底部格架的高度，以防止燃料棒的包壳受到截留在底部格架 位置的异物的磨损。
2. 2. 1. 2 燃料棒(Fuel Rod)
随燃耗变化的效应 燃料密度改变 裂变气体释放 包壳蠕变 芯块——包壳相互作用(Pellet-Cladding Interaction , PCI)
2. 2. 2. 1 控制棒组件(Control Rod)
AP1000控制棒布置
2. 2. 2. 3 中子源组件(Neutron Source Assembly)
功能 AP1000 初始堆芯启动时，中子源组件提供足够的中子水平以 确保堆芯在次临界时堆外源量程探测器能一直监测到足够的 中子增殖信号。 分类 分为初级和次级中子源组件。