CN103985420B - 一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒及控制棒组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，包括内层和外层，其中内层可相对外层轴向滑动，外层包括若干个沿轴向间隔分布的中子吸收体和非中子吸收体，内层包括若干个沿轴向间隔分布的中子吸收体和非中子吸收体，外层和内层的所有中子吸收体与非中子吸收体长度相同，内层比外层多一个中子吸收体或非中子吸收体。该发明还公开了一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件，包括若干个控制棒对，每个控制棒对包括A型控制棒和B型控制棒。该控制棒应用于反应堆堆芯功率控制，简化了控制棒***的组成和控制棒提升和下插程序；能够减小堆芯的轴向功率畸变峰，改善堆芯轴向功率分布，进而减小由于堆芯轴向功率不均匀分布带来的经济、安全问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种核电站安全与控制机械领域，特别涉及一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒及控制棒组件。
背景技术
核电站的安全和控制非常重要，为了控制核电站堆芯的链式反应速率在一个预定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，称之为控制棒。其主要功能是用来补偿燃料消耗和调节反应速率以及快速停止链式反应。控制棒主要是由硼、碳化硼、铪、银、铟和镉等易于吸收中子的材料制成的。核反应压力容器外有一套机械装置可以操纵控制棒。控制棒的工作原理是：当控制棒完全***反应堆堆芯时，能够吸收大量中子，以减缓或阻、止裂变链式反应的进行；反之，则加速裂变链式反应的进行。
目前，压水堆的传统控制棒1都是由均匀分布的中子吸收材料构成，通过传统控制棒1的提升和下插来改变堆芯功率，如图1所示，模拟传统控制棒1正往堆芯下插过程，虚线为控制棒的下落轨迹2，图2为传统控制棒1下落某时刻的堆芯功率P随堆芯高度H的分布图，P1为堆芯上部功率，P2为堆芯下部最大功率，P1<P2。因此，在没有其他补偿装置的条件下，堆芯内不可避免地会出现一个轴向功率畸变峰。它主要是传统控制棒1下插和中子在堆芯下半部分中子泄露两个因素引起的。
因此，由均匀中子吸收体材料构成的传统控制棒1，在对堆芯功率进行调节时会产生一个功率畸变峰，使得堆芯轴向功率分布更加不均匀。该功率畸变峰的存在对于提升反应堆堆芯平均功率和消除氙振荡是不利的，带来经济和安全上的问题。为了减小堆芯轴向功率畸变峰值，早期的方法(例如：张建民，姜晶.核反应堆控制[M].北京：原子能出版社，2009:129-137.；以及，廖业宏,肖岷,李现锋,朱闽宏.大亚湾核电站延伸运行及降功率期间反应堆轴向功率偏差的控制及其计算机模拟分析.核动力工程[J],2004,v25(4):297-300.)通过设计部分长度控制棒在功率调节过程中以削弱堆功率畸变峰，这种方法是通过附加辅助的控制棒来实现对轴向功率的畸变峰的抑制，但是短棒长期放在堆芯会影响燃耗，抽出时会形成一个大的功率峰，所以在上个世纪七十年代就停止使用了短棒。目前压水反应堆最常用的是采用“常轴向偏移控制”法来控制轴向功率分布，以满足安全运行的要求，并提高运行性能。这种方法是通过对控制棒进行分组并布置在堆芯的不同位置，在不同的工况下设计不同的提棒或插棒的程序来实现，所以有较为复杂的运行程序和对应控制棒的操作(例如：Rose Mary G.P.Souza,M.L.Moreira.Power peak factor forprotection systems–Experimental data fordeveloping a correlation Original ResearchArticle.Annals ofNuclear Energy,May2006,33(7):609-621.)。目前较为先进的方法是设计专门的轴向功率分布控制棒，比如AP1000的轴向功率偏移控制棒设计(例如：解辉.AP1000核电厂运行方式的分析和研究.核工程研究与设计[J],2010,(79):17-19.；以及，孙敬东.AP1000机械补偿控制策略.能源技术[J],2010,31(3):17-19.)，这种设计虽然能够使轴向功率得到有效的展平，但是，其不足之处是在堆芯内必须留出足够多的空间给轴向功率偏移控制棒，不然，若控制棒数量得到保证了，相应体积增加，随之带来的是堆芯内燃料棒就必须减少，因此堆芯功率密度反而会受到影响。
因此，在不影响堆芯其他结构、体积和功率密度的情况下，有必要设计一种既具有堆芯功率调节功能，也具有改善堆芯轴向功率分布的功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的：由均匀分布的中子吸收体构成的控制棒容易造成堆芯轴向功率分布畸变，对提升反应堆堆芯平均功率是不利的不足，以及为了削弱堆轴向功率畸变峰而设计不同的提棒或插棒程序的复杂的不足，以及AP1000的轴向功率偏移控制棒设计需要足够多的空间给轴向功率偏移控制棒而造成燃料棒的减少的上述不足，提供一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，同时还提供一种控制棒组件。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，包括内层和外层，所述内层可相对所述外层轴向滑动，所述外层包括若干个沿轴向间隔分布的中子吸收体和非中子吸收体，所述内层包括若干个沿轴向间隔分布的中子吸收体和非中子吸收体。
该控制棒分为外层和内层，外层和内层均是间隔分布的中子吸收体和非中子吸收体的分段结构，其中中子吸收体是现有常用的易于吸收中子的材料，如硼、碳化硼、铪、银-铟-镉等制成，非中子吸收体也是由现有的不吸收中子的材料不锈钢制成；内层可以相对外层沿轴向滑动，所以当由若干中子吸收体和非中子吸收体分段构成的内层沿外层轴向滑动时，该控制棒相对外层不同高度的有效中子吸收体(即能够吸收热中子的控制棒内所有中子吸收体部分的统称)的长度发生变化，相应的中子吸收能力也会发生变化；由于控制棒的外层固定在堆芯，只是调节控制棒的内层的升降，则能调节堆芯的功率。
由于分段结构的内层，其上下滑动并不会造成整个控制棒的中子吸收体和非中子吸收体分布发生大的改变，因此不会造成堆芯沿轴向的功率分布较大的畸变峰值，而是会形成若干个峰值较小的畸变峰；所有控制棒组件的控制棒内层的升降，通过一个驱动装置进行同步提升、下插，大大地减少了在压力容器上的开孔数量，不需要设计复杂的不同提棒或插棒程序来达到削弱堆芯轴向功率畸变峰，操作简单，可靠性高；同时，该控制棒内层相对外层的最大位移是一个中子或非中吸收体的长度，压力容器的高度同时可以大大地减小。
优选地，当所述内层和外层的顶端平齐时，所述内层的每个中子吸收体长度对应的所述外层位置的中子吸收体长度相同，所述内层的每个非中子吸收体长度对应的所述外层位置的非中子吸收体长度相同。
本发明所述的控制棒的内层和外层顶端平齐时，外层上每个中子吸收体对应的内层位置同样也为中子吸收体且长度相同，外层上每个非中子吸收体对应的内层位置同样也为非中子吸收体且长度相同；一般的来说，控制棒外层的壁厚只要大于等于热中子的平均自由程，则进入外层中子吸收体的热中子就会被外层所完全吸收，不能继续往里达到内层，则外层的中子吸收体对对应位置的内层有“屏蔽”作用，所以当提升或下插内层时，内层的中子吸收体离开外层的中子吸收体的屏蔽进入到外层的非中子吸收***置，则能够吸收从外层非中子吸收体进入的热中子，从而起到改变控制棒的有效中子吸收体的长度，当外层的中子吸收体对应内层的中子吸收体时，控制棒的有效中子吸收体的长度最小，当外层的非中子吸收体对应内层的中子吸收体时，控制棒的有效中子吸收体的长度最大，因此通过改变控制棒内层与外层的相对位置，能够改变中子吸收体的有效长度，从而改变热中子密度，达到改变堆芯功率的功能。
优选地，所述外层的每个中子吸收体与非中子吸收体长度相同，即控制棒的外层、内层的所有中子吸收体和非中子吸收体的长度均相同。
优选地，所述内层的长度大于所述外层的长度，其大于的长度值为一个所述中子吸收体的长度。
本发明所述控制棒的内层比外层相比，其长度较长，内层超过外层的长度为一个中子吸收体的长度，当内层和外层顶端平齐，内层的末端超出的长度正好为外层中一个中子吸收体的长度，由于外层中的中子吸收体长度和非中子吸收体长度相同，所以其超出段可以是中子吸收体也可以是非中子吸收体，取决于控制棒的类型。该超出部分正好等于内层被提升的最大位移，其控制方便可靠。
优选地，所述内层为圆柱体形状，所述外层为环形柱体形状。
该外层的环形壁厚为大于等于热中子的平均自由程，内层的直径为大于等于热中子的平均自由程。中子吸收体的长度范围h需要大于等于堆芯高度H的一半，即h≥0.5H。
优选地，所述内层的中子吸收体和外层的中子吸收体均为Ag-In-Ge中子吸收材料，所述内层的非中子吸收体和所述外层的非中子吸收体均为不锈钢非中子吸收材料。
其中Ag-In-Ge中子吸收材料可以采用其他的如B、B4C、Hf中子吸收材料替代。
本发明还公开了一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件，包括若干个控制棒对，每个所述控制棒对包括两个如上所述的控制棒，即A型控制棒、B型控制棒；每个所述A型控制棒、所述B型控制棒均包括内层和外层，所述内层均可沿对应所述外层轴向滑动；所述A型控制棒的外层包括若干个沿轴向间隔分布、长度相同的中子吸收体和非中子吸收体，内层包括若干个沿轴向间隔分布的且分别与所述A型控制棒外层位置对应的中子吸收体和非中子吸收体；所述B型控制棒的外层包括若干个沿轴向间隔分布、长度相同的中子吸收体和非中子吸收体，且所述外层的中子吸收体、非中子吸收体分别与所述A型控制棒外层的非中子吸收体、中子吸收体对应，所述B型控制棒的内层包括若干个沿轴向间隔分布的、与所述B型控制棒外层对应的中子吸收体和非中子吸收体，且所述内层的中子吸收体、非中子吸收***置分别对应所述A型控制棒内层的非中子吸收体、中子吸收体。
该控制棒组件包括了若干个控制棒对，每个控制棒对由两种如前所述的控制棒组成，即A型控制棒、B型控制棒，该A型控制棒、B型控制棒均包括外层、内层，其中外层和内层也同时包括有中子吸收体、非中子吸收体，两种控制棒的外层、内层上的中子吸收体和非中子吸收体所处的位置是互补的，即A型控制棒外层上中子吸收体、非中子吸收体的位置对应B型控制棒上的非中子吸收体、中子吸收体，A型控制棒内层中子吸收体、非中子吸收体的位置对应B型控制棒上的非中子吸收体、中子吸收体，在对两种控制棒的内层进行升降插拔时，A型控制棒的有效中子吸收体部分会与B型控制棒的有效非中子吸收体部分(即不能够吸收热中子的棒体内所有非中子吸收体部分的统称)会形成一个对应，与此同时A型控制棒的有效非中子吸收体部分会与B型控制棒的有效中子吸收体部分形成一个对应，因此，两种控制棒的内层插拔升降并不会对整个堆芯内控制棒的有效中子吸收体的分布进行大幅度的改变，能够更加减小堆芯轴向功率畸变峰值，改善堆芯轴向功率分布。
优选地，每个所述控制棒对中所述A型控制棒的内层长度比外层长一个非中子吸收体，所述B型控制棒的内层长度比外层长一个中子吸收体。
优选地，所有所述A型控制棒和B型控制棒位于格子状的燃料组件内，所有所述A型控制棒和B型控制棒交错排列。
堆芯包括若干个燃料组件，其中部分燃料组件内均包括有一个控制棒组件，每个控制棒组件包括若干个控制棒对，每个控制棒对由A型控制棒和B型控制棒构成，若干的A型控制棒和B型控制棒均匀交错分布在燃料组件内。
优选地，所有所述A型控制棒和B型控制棒的外层均固定在燃料组件内，所述A型控制棒和B型控制棒内层连接到驱动棒装置，所有的控制棒组件通过所述驱动棒装置整体上下移动，其最大位移为一个中子吸收体或非中子吸收体的长度。
其实堆芯内设有若干个燃料组件，其中部分燃料组件内设有控制棒组件，，每个控制棒组件的所有A型控制棒的外层和B型控制棒外层均固定连接在相应的燃料组件上，因此，不仅每个控制棒组件的所有A型控制棒的内层和B型控制棒的内层均连接在一个驱动棒装置上，其余的燃料组件内控制棒组件也均连接在同一个驱动棒装置，通过一个驱动棒装置就能够带动堆芯内所有的A型控制棒的内层和B型控制棒的内层同步提升和下插，以达到改变堆芯功率分布的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，其外层、内层均为中子吸收体和非中子吸收体的分段结构，通过一个驱动装置进行同步提升、下插，使内层相对外层上下滑动时，会形成若干个峰值较小的畸变峰，并不会造成堆芯沿轴向的功率分布较大的畸变峰值，能够有效提升反应堆堆芯平均功率，并不需要设计复杂的不同提棒或插棒程序来达到削弱堆轴向功率畸变峰，同时并不需要堆芯增加空间来容纳轴向功率偏移控制棒，也并不会造成燃料棒的减少，其操作方便、结构简单、可靠性高；
2、本发明所述的控制棒，其内层的长度大于外层的长度，优选其超过的长度为每个中子吸收体或非中子吸收体的长度，当内层向上提升时，内层末端超出段会进入外层的末端，使内层、外层的中子吸收体和非中子吸收体始终互补对应；
3、本发明所述的一种控制棒组件，通过在一个燃料组件内设置若干控制棒对组成一个控制棒组件，每个控制棒对均包括A型控制棒、B型控制棒，两种控制棒上的中子吸收体和非中子吸收体的所在位置互补，两种控制棒的内层插拔升降并不会对整个堆芯内控制棒的有效中子吸收体和非中子吸收体的分布进行大幅度的改变，能够进一步减小堆芯轴向功率畸变峰值，改善堆芯轴向功率分布。
附图说明：
图1为现有由均匀分布的中子吸收材料构成的控制棒示意图；
图2为现有控制棒***堆芯某一位置时的功率随堆芯高度的曲线分布图；
图3为本发明所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒结构示意图；
图4为图3中控制棒沿轴向的剖面示意图；
图5为图3中控制棒外层、内层某截面为中子吸收体的剖面示意图；
图6为图3中的控制棒的内层被提升一部分时的示意图；
图7为图6中的控制棒***堆芯内时其堆芯轴向功率随堆芯高度的曲线分布图；
图8为本发明所述一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件中A型控制棒的结构示意图；
图9为本发明所述一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件中B型控制棒的结构示意图；
图10为本发明所述能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件在燃料组件中的分布图；
图11为本发明所述一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件的两种控制棒均位于堆芯时其堆芯轴向功率随堆芯高度的曲线分布图。
图中标记：
01、燃料组件，1、传统控制棒，2、轨迹，3、外层，31、中子吸收体，32、非中子吸收体，4、内层，41、中子吸收体，42、非中子吸收体，5、A型控制棒，51、外层，52、内层，53、中子吸收体，54、非中子吸收体，55、中子吸收体，56、非中子吸收体，6、B型控制棒，61、外层，62、内层，63、中子吸收体，64、非中子吸收体，65、中子吸收体，66、非中子吸收体。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图3所示，一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，包括内层4和外层3，内层4可相对外层3轴向滑动，其中外层3包括若干个沿轴向间隔分布的中子吸收体31和非中子吸收体32，内层4也包括若干个沿轴向间隔分布的中子吸收体41和非中子吸收体42。其中图3所示为控制棒某一横截面的外层3和内层4的剖面图，其内层4为圆柱体形状，外层3为环形柱体形状。优选控制棒的外层3和内层4的长度不同，即内层4超过外层3一个非中子吸收体42的长度，当内层4和外层3的顶端平齐时，内层4的每个中子吸收体长度41与外层3对应位置的中子吸收体31长度相同，内层4的每个非中子吸收体42长度与外层3对应位置的非中子吸收体32长度相同，内层4超出外层3一个非中子吸收体42。
由此，如图4所示，该控制棒的具有中子吸收截面沿轴向具有不均匀性的特点，因此也可称为不均匀控制棒。该控制棒具有如下特点：(1)控制棒沿径向可分为固定部分和活动部分的两部分，固定部分为环形柱体形状的外层3，可固定在堆芯内，活动部分为圆柱体形状的内层4，可以相对外层3升降；(2)控制棒的外层3沿轴向被分成2N等份，包含N个非中子吸收体(32,42)和N个中子吸收体(31,41)，内层4沿轴向被分成2N+1等份，包含N+1(N)个非中子吸收体(32,42)和N(N+1)个中子吸收体(31,41)，非中子吸收体(32,42)和中子吸收体(31,41)为交错排列，中子吸收体(31,41)与非中子吸收体(32,42)的长度相等都是h；(3)堆芯通过外设一个驱动装置(图中未显示)与控制棒的内层4顶部连接，驱动装置就能带动控制棒的内层4上下移动距离h1，其移动的最大距离为h(h1≤h，H＝2N*h)，同时环形柱体形状的外层3则停留在堆芯；(4)整个堆芯分布有若干相同的控制棒。
该堆芯内的控制棒其对堆芯轴向功率分布的影响曲线图如图7所示(假定裸堆的轴向功率是均匀分布的)，该曲线图表示的是控制棒的内层3被驱动装置提升h1高度时堆芯轴向功率P相对堆芯高度H的分布图，对比图1中的由均匀分布中子吸收体构成的控制对堆芯功率影响的曲线分布图，可知，交错分布中子吸收体(31,41)和非中子吸收体(32,42)构成的控制棒，可以把将目前使用的均匀分布中子吸收体的现有控制棒1所引起的一个大的轴向功率畸变峰分解成N个小的畸变峰，由此以削弱功率畸变峰，减小了功率峰因子，堆芯轴向功率畸变曲线变的较为平顺，利于提升堆芯的平均功率。图中虚线表示h1＝0时堆芯轴向功率曲线分布图，该曲线拥有N个畸变峰，这时畸变峰值最大；实线表示控制棒内层4提升的高度h1在0<h1<h范围时，堆芯轴向功率沿堆芯高度的曲线分布图，该曲线分布图也是拥有N个畸变峰；点划线表示h1＝h时堆芯轴向功率曲线分布图，是一条直线。
从三组分布图可以得知，当内层4不升降时，由于外层3的非中子吸收体32对应的内层4也为非中子吸收体42，其有效中子吸收体仅位于外层3，内层4的中子吸收体41均被外层3的中子吸收体31所屏蔽掉，位于外层3的非中子吸收体32区域，堆芯轴向功率畸变峰值较高，其峰值是0≤h1≤h范围内最大的；随着内层4的提升，内层4相对外层移动，其内层4的中子吸收体41逐渐位于外层3的非中子吸收体32所在位置，变成能够吸收中子的有效中子吸收体，此时堆芯轴向功率畸变峰值变小；当内层4继续提升，当内层4的中子吸收体41均位于外层3非中子吸收体32所在位置，则内层4中子吸收体41和外层3中子吸收体31均为有效中子吸收体，其长度覆盖整个控制棒的长度，所以堆芯轴向功率畸变峰值降低并逐渐变成一条直线；不管内层4被提升的高度如何，三种畸变峰值均大大低于均匀分布中子吸收体的控制棒所引起的一个大的轴向功率畸变峰值，该控制棒提升能够有效降低对反应堆堆芯平均功率的影响，并不需要设计复杂的不同提棒或插棒程序来达到削弱堆轴向功率畸变峰，同时并不需要堆芯增加空间来容纳控制棒，也并不会造成燃料棒的减少，其操作方便、结构简单、可靠性高。
从原理上来证实上述关于控制棒的内层4升降能够对堆芯轴向功率进行调节，会产生N个峰值相对较小的堆芯轴向功率畸变峰，并且畸变值随着内层4的逐渐提升即h1从0～h的高度，堆芯轴向功率逐渐平顺的结论：
1.堆芯轴向功率的调节
如果外层3环形柱体形状中子吸收体31的壁厚大于等于热中子的平均自由程，那么热中子就会在外层4的中子吸收体41被完全吸收，不能到达内层3的圆柱体形中子吸收体31，即处于外层3的中子吸收体31对圆柱体的内层4的中子吸收体41有“屏蔽”中子的作用。移动控制棒内层4的圆柱体以改变中子吸收体41与环形柱体外层3的中子吸收体31的相对位置h1(0≤h1≤h，H＝2N*h)如图6所示，则整个控制棒的价值ρ为：
ρ＝N*(ρ1(h)+ρ2(h1)) (1)
式中：ρ1(h)为外层3的价值，ρ2(h1)为内层4的价值。
由于外层3在堆芯的位置是固定不变的，所以其价值在内层4被升降移动过程中是不变的，控制棒的价值变化量Δρ仅仅是由内层4圆柱体的位移引起，那么
Δρ＝N*ρ2(h1) (2)
由于h1最小值是0，最大值为h，所以Δρ的最小值是0，最大值是ρ2(h)。对于一个控制棒而言，这个改变量Δρ比较小，由于本设计控制棒的提棒和插棒程序与目前在用控制棒完全不同：所有控制棒同时提升和下插。因此，通过移动所有控制棒的内层4就可以明显地改变堆芯的中子通量，增加或减少有效中子吸收体，其控制棒移动的距离h可以是很小(由N和H决定，h＝H/(2N)),从而起到调节功率的作用，如图7所示。
2.堆芯轴向功率峰的展平
控制棒在调节功率的过程中，影响轴向中子通量密度分布主要有两个因素：控制棒中子吸收体(31,41)的宏观吸收截面Σh(Σh大小具体是指如图5中的外层3环形壁厚或内层4直径)和中子吸收体(31,41)的长度h。随着N值的增加，h的长度就会减小，Σh始终保持不变。故不考虑净中子流的影响，Σh不发生变化则中子吸收体(31,41)与非中子吸收体(32,42)之间的最大中子通量密度差ΔΦ则就保持不变。定义它们之间的沿轴向的中子通量密度的梯度
g＝dΔΦ/dh (3)
因此，控制棒轴向中子通量密度的梯度g随着h值的减小而增加，而h＝H/(2N)，这个梯度的存在就会使得中子通量密度高的区域向中子通量密度低的区域有一个净中子流，其速度与g成正比。由于中子流的作用是减小中子通量密度差ΔΦ，使中子通量密度分布更加平坦。所以随着h值的减小，g变大，净中子流的速度也就变大，因此堆芯轴向功率峰则会相应减小，该分段设计的控制棒的内层4升降也会提到将其功率展平的作用。
实施例2
本发明还公开了一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件，该控制棒组件包括若干个控制棒对，每个控制棒对包括相同尺寸、形状的A型控制棒5和B型控制棒6，如图8、9所示，两种控制棒(5,6)和实施例1中的结构形状类似，即每个A型控制棒5、B型控制棒6均包括内层(52,62)和外层(51,61)，内层(52,62)均可沿外层(51,61)轴向滑动，外层(52,62)、内层(51,61)均包括若干个沿轴向间隔分布的中子吸收体(53,55,63,65)和非中子吸收体(54,56,64,66)，且所有中子吸收体(53,55,63,65)和非中子吸收体(54,56,64,66)长度均相同，且内层(51,61)均超出外层(52,62)一定的长度，其长度大小为一个中子吸收体(53,55,63,65)或非中子吸收体(54,56,64,66)的长度；不同之处在于B型控制棒6的外层61中子吸收体63、非中子吸收体64位置分别对应A型控制棒5外层51的非中子吸收体54、中子吸收体53，B型控制棒6的内层62中子吸收体65、非中子吸收体66位置分别对应A型控制棒5内层52的非中子吸收体55、中子吸收体56，以此形成A型控制棒5和B型控制棒6在结构上相互互补。
如图10所示，堆芯包括若干个燃料组件01，该控制棒组件则位于燃料组件01内，每个控制棒组件包括若干个控制棒对，每个控制棒对包括A型控制棒5和B型控制棒6，所以所有的A型控制棒5和B型控制棒6成对存在于燃料组件01的格子内，围成若干个同心的类似圆形，且交错排列，A型控制棒5的内层52和B型控制棒6的内层62同时升降，此时在某一堆芯高度位置，如果A型控制棒5没有中子吸收体(53,55)对热中子的吸收，类似实施例1中对堆芯轴向功率则会产生畸变峰，但是本实施例2中的B型控制棒6在该高度则有中子吸收体(63,65)对热中子进行吸收，以此减少或削弱堆芯轴向功率畸变峰，即堆芯不同高度，两种控制棒(5,6)可以形成对中子进行吸收的互补作用，如图11所示。所有A型控制棒5和B型控制棒6都连接在一个驱动棒装置上，可以大大减少堆芯压力容器上的开孔数量；A型控制棒5和B型控制棒6的外层(52,62)固定在堆芯内，其内层(51,61)可以整体上下移动，A型控制棒5和B型控制棒6上下移动的最大位移为一个(55,65)或非中子吸收体(56,66)长度，能够大大减小压力容器的高度。
这种控制组件能够将目前使用的均匀分布中子吸收体的现有控制棒1所引起的一个大的轴向功率畸变峰分解成2N个小的畸变峰，与实施例1比较，功率畸变峰和功率峰因子变得更小，堆芯轴向功率畸变曲线变得更为平顺，更加利于提升堆芯的平均功率(假定裸堆的轴向功率是均匀分布的)。
Claims (10)
1.一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，包括内层(4)和外层(3)，其特征在于，所述内层(4)可相对所述外层(3)轴向滑动，所述外层(3)包括若干个沿轴向间隔分布的中子吸收体(31)和非中子吸收体(32)，所述内层(4)包括若干个沿轴向间隔分布的中子吸收体(41)和非中子吸收体(42)。
2.根据权利要求1所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，其特征在于，当所述内层(4)和外层(3)的顶端平齐时，所述内层(4)的每个中子吸收体(41)长度对应的所述外层(3)位置的中子吸收体(31)长度相同，所述内层(4)的每个非中子吸收体(42)长度对应的所述外层(3)位置的非中子吸收体(42)长度相同。
3.根据权利要求2所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，其特征在于，所述外层(3)的每个中子吸收体(31)与非中子吸收体(32)长度相同。
4.根据权利要求3所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，其特征在于，所述内层(4)的长度大于所述外层(3)的长度，其大于的长度值为一个所述中子吸收体(41)的长度。
5.根据权利要求3或4所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，其特征在于，所述内层(4)为圆柱体形状，所述外层(3)为环形柱体形状。
6.根据权利要求5所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒，其特征在于，所述内层(4)的中子吸收体(41)和外层(3)的中子吸收体(31)均为Ag-In-Ge中子吸收材料，所述内层(4)的非中子吸收体(42)和所述外层(3)的非中子吸收体(32)均为不锈钢非中子吸收材料。
7.一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件，其特征在于，包括若干个控制棒对，每个所述控制棒对包括两个如权利要求4所述的控制棒，即A型控制棒(5)、B型控制棒(6)；每个所述A型控制棒(5)、所述B型控制棒(6)均包括内层(52,62)和外层(51,61)，所述内层(52,62)均可沿对应所述外层(51,61)轴向滑动；所述A型控制棒(5)的外层(51)包括若干个沿轴向间隔分布、长度相同的中子吸收体(53)和非中子吸收体(54)，内层(52)包括若干个沿轴向间隔分布的且分别与所述A型控制棒(5)外层(51)位置对应的中子吸收体(55)和非中子吸收体(56)；所述B型控制棒(6)的外层(61)包括若干个沿轴向间隔分布、长度相同的中子吸收体(63)和非中子吸收体(64)，且所述外层(61)的中子吸收体(63)、非中子吸收体(64)分别与所述A型控制棒(5)外层(51)的非中子吸收体(54)、中子吸收体(53)对应，所述B型控制棒(6)的内层(62)包括若干个沿轴向间隔分布的、与所述B型控制棒(6)外层(61)对应的中子吸收体(65)和非中子吸收体(66)，且所述内层(62)的中子吸收体(65)、非中子吸收体(66)位置分别对应所述A型控制棒(5)内层(52)的非中子吸收体(56)、中子吸收体(55)。
8.根据权利要求7所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件，其特征在于，每个所述控制棒对中所述A型控制棒(5)的内层(52)长度比外层(51)长一个非中子吸收体(56)，所述B型控制棒(6)的内层(62)长度比外层(61)长一个中子吸收体(65)。
9.根据权利要求8所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件，其特征在于，所有所述A型控制棒(5)和B型控制棒(6)位于格子状的燃料组件(01)内，所有所述A型控制棒(5)和B型控制棒(6)交错排列。
10.根据权利要求9所述的一种能展平堆芯轴向功率分布的控制棒组件，其特征在于，所有所述A型控制棒(5)和B型控制棒(6)的外层(51,61)均固定在燃料组件(01)内，所述A型控制棒(5)和B型控制棒(6)内层(52,62)连接到驱动棒装置，所有的控制棒组件通过所述驱动棒装置整体上下移动，其最大位移为一个中子吸收体(55,65)或非中子吸收体(56,66)的长度。
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