氦氙冷却反应堆、反应性控制评价方法、装置及设备

1.本发明涉及氦氙冷却反应堆技术领域，尤其涉及一种氦氙冷却反应堆、反应性控制评价方法、装置及设备。


背景技术：

2.现有的氦氙冷却微型固体核反应堆一般采用控制鼓系统调整反应堆的反应性。控制鼓系统通过旋转控制鼓内中子吸收体(一般为碳化硼)的角度，在反应堆启停阶段增大或减少对反应堆内热中子的吸收程度，实现反应堆的热启动和冷停堆。
3.但是在实践中发现控制鼓系统存在以下问题：首先，控制鼓系统的微分价值偏小，反应性控制安全裕量有限，不利于反应堆安全启停；其次，由于控制鼓驱动机构的结构复杂，核反应堆在径向方向的尺寸很难减小，难以设计、制造可灵活适用于多种场景的小型核反应堆，以及容易发生诸如掉鼓、卡鼓之类的机械故障，在反应堆的运行过程中存在较高安全隐患。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种氦氙冷却反应堆、反应性控制评价方法、装置及设备，用以解决现有采用控制鼓系统调整反应堆反应性的方式，存在微分价值偏小、驱动机构结构复杂、容易发生故障的问题。
5.为解决上述技术问题，本技术实施例是这样实现的：
6.一方面，本技术实施例提供一种氦氙冷却反应堆，包括堆芯及抽拉式反射层；所述抽拉式反射层包括多个可抽拉的反射块，多个所述可抽拉的反射块沿所述堆芯的轴向方向设置于所述堆芯的外侧；至少一个所述可抽拉的反射块可沿所述堆芯的轴向方向移动，以改变所述抽拉式反射层的反射效果。
7.另一方面，本技术实施例提供一种反应性控制评价方法，应用于上述氦氙冷却固体反应堆，包括：获取抽拉式反射层的组成成分配比范围及尺寸范围；对不同的组成成分配比及尺寸组合进行敏感性分析，确定所述抽拉式反射层的微分价值；根据所述微分价值确定反应性控制效果；若所述反应性控制效果符合预设条件，则确定反应性控制方案；所述反应性控制方案包括所述抽拉式反射层的组成成分配比、尺寸及抽拉位置控制信息。
8.再一方面，本技术实施例提供一种反应性控制评价装置，应用于上述氦氙冷却固体反应堆，包括：获取模块，用于获取抽拉式反射层的组成成分配比范围及尺寸范围；分析模块，用于对不同的组成成分配比及尺寸组合进行敏感性分析，确定所述抽拉式反射层的微分价值；控制效果确定模块，用于根据所述微分价值确定反应性控制效果；控制方案确定模块，用于若所述反应性控制效果符合预设条件，则确定反应性控制方案；所述反应性控制方案包括所述抽拉式反射层的组成成分配比、尺寸及抽拉位置控制信息。
9.再一方面，本技术实施例提供一种反应性控制评价设备，包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器实现上述
反应性控制评价方法。
10.再一方面，本技术实施例提供一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，所述可执行指令在被执行时实现上述反应性控制评价方法。
11.本技术实施例的技术方案，采用可沿堆芯的轴向方向移动的抽拉式反射层，一方面减少了结构相对复杂的控制鼓及其驱动机构，节约了制造成本及占用空间；另一方面，相对紧凑方便的抽拉式设计，控制简单方便，避免了掉鼓卡鼓等故障隐患，控制方式更为安全高效，且对优化并提升反射层微分价值更为有利。
附图说明
12.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1是根据本发明一实施例的氦氙冷却固体反应堆的反射层的俯视图；
14.图2是根据本发明一实施例的氦氙冷却固体反应堆的反射层的一种轴向剖视图；
15.图3是根据本发明一实施例的氦氙冷却固体反应堆的反射层的另一种轴向剖视图；
16.图4是根据本发明一实施例的抽拉式反射层反应性控制评价方法的示意性流程图；
17.图5是本技术的一个实施例的抽拉式反射层反应性控制评价装置的结构示意图；
18.图6是根据本技术一实施例的一种抽拉式反射层反应性控制评价设备的结构示意图。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
20.本发明提供了一种氦氙冷却陆上移动式固体反应堆抽拉式反射层结构设计。依托已有的氦氙冷却移动式固体反应堆堆芯设计，通过尺寸匹配、材料成分微调，对抽拉式反射层结构张口大小进行微分价值计算，获得抽拉式反射层最优的尺寸、材料配比和反应性控制方案。
21.图1是根据本发明一实施例的氦氙冷却固体反应堆的反射层的俯视图，如图1所示，氦氙冷却固体反应堆包括堆芯11及抽拉式反射层12。抽拉式反射层12包围堆芯11设置。
22.抽拉式反射层11包括多个可抽拉的反射块，多个可抽拉的反射块沿堆芯的轴向方向设置于堆芯的外侧。图2是根据本发明一实施例的氦氙冷却固体反应堆的反射层的一种轴向剖视图，示例性地，沿轴向方向在堆芯的外侧设置有两个可抽拉的反射块111。在图2中反射块完全包围了堆芯，其对应于反射层全闭状态。在图2中还示出了顶部反射层112。
23.其中，至少一个可抽拉的反射块可沿堆芯的轴向方向移动，以改变抽拉式反射层的反射效果。图3是根据本发明一实施例的氦氙冷却固体反应堆的反射层的另一种轴向剖视图，在图3中堆芯的外侧设置的两个可抽拉的反射块，位于上方的反射块113沿轴向方向向上移动了一段距离，从而在两个反射块中间形成沿堆芯径向的中子泄露通道，从而改变抽拉式反射层的反射效果。在图3中上方反射块移动至最大位置，其对应于反射层全开状态。
24.需要说明的是，可抽拉的反射块可沿堆芯的轴向方向向上移动，和/或，向下移动。在图3中位于下方的反射块113也可以沿轴向方向向下移动一段距离，以形成沿堆芯径向的中子泄露通道。
25.可选地，抽拉式反射层在堆芯的轴向方向上分为多个反射块，或者，抽拉式反射层在堆芯的周向方向上分为多个反射块。
26.在图1中示出了抽拉式反射层在周向方向上由一个完整的反射块组成，即该反射块呈圆筒状，套在上述堆芯11上。抽拉式反射层可以在周向方向上由多个反射块组成，例如由两个半圆筒组成、四个弧形筒组成等。在图2及图3中示出了抽拉式反射层在堆芯的周向方向上分为多个反射块，在此不再赘述。
27.本实施例提供的氦氙冷却固体反应堆，采用可沿堆芯的轴向方向移动的抽拉式反射层，一方面减少了结构相对复杂的控制鼓及其驱动机构，节约了制造成本及占用空间；另一方面，相对紧凑方便的抽拉式设计，控制简单方便，避免了掉鼓卡鼓等故障隐患，控制方式更为安全高效，且对优化并提升反射层微分价值更为有利。
28.图4是根据本发明一实施例的抽拉式反射层反应性控制评价方法的示意性流程图，如图4所示，该方法包括：
29.s402，获取抽拉式反射层的组成成分配比范围及尺寸范围。
30.具体地，根据氦氙冷却固体反应堆的体积、重量约束条件确定抽拉式反射层的尺寸范围；以及，根据不同材料的反射效果确定抽拉式反射层的组成成分配比。
31.由于氦氙冷却陆上移动式固体核反应堆的小型化、轻量化及可移动性要求，对反射层的体积和总重有一定限制，通过前期调研可以确定上述反射层的体积约束和重量约束。反射层的作用是反射中子，其中子吸收截面很小、能把核装料中逸出的部分中子反射回裂变装料，通常由氧化铍及部分起支撑性作用的材料混合制成，各材料对中子的反射性质不同，导致各材料的不同配比比例影响反射层的反射效果。
32.基于上述体积和重量约束限定反射层尺寸范围(厚度等)，以及基于不同材料的反射效果限定反射层材料的组成成分配比。
33.s404，对不同的组成成分配比及尺寸组合进行敏感性分析，确定抽拉式反射层的微分价值。
34.其中，反射层的微分价值指反射层在不同高度移动单位距离引起的反应性变化。具体地，可以对不同的组成成分配比及尺寸组合，以及抽拉式反射层处于堆芯轴向上不同位置进行临界计算，确定抽拉式反射层的微分价值。
35.例如，临界计算抽拉式反射层在不同位置的增殖系数，当临界状态时增殖系数等于1，超临界时则增殖系数大于1；上述不同位置需包括前述全开位置及全闭位置，在全开位置上述增殖系数需小于1，在全闭位置上述增殖系数需大于1。通过控制增殖系数的大小，可
以控制堆芯的反应剧烈程度，保证反应堆运行安全。
36.s406，根据上述微分价值确定反应性控制效果。
37.由于抽拉式反射层的尺寸及组成成分配比确定后，仅可以通过控制抽拉式反射层在轴向上的位置改变反应堆的反应性，因此可以基于上述步骤中得到的抽拉式反射层的微分价值等信息，评价反应性控制效果是否符合预设条件，即是否满足控制要求。若是，则记录下此情况下的控制方案；若否，则调整上述尺寸及组成成分配比后，重新进行反应性控制效果评价，在至其满足预设条件时记录控制方案。
38.s408，若反应性控制效果符合预设条件，则确定反应性控制方案。
39.可选地，上述反应性控制方案包括抽拉式反射层的组成成分配比、尺寸及抽拉位置控制信息，该抽拉位置控制信息包括抽拉式反射层的位置。
40.s410，若反应性控制效果不符合预设条件，则在上述组成成分配比范围及尺寸范围内调整组成成分配比及尺寸。在调整后，继续执行上述s404-s406。
41.本实施例提供的上述方法，基于参数敏感性分析的方式为氦氙冷却反应堆抽拉式反射层结构设计提供合理思路，可方便灵活地针对不同的反射层尺寸和材料组分进行优化设计，通过重量和体积约束、反射效果或反射层微分价值计算等条件或计算方式保证设计参数的有效性，可为氦氙冷却陆上移动式固体反应堆反应性控制方案的构建提供有效的技术支持。
42.以上为本技术实施例提供的抽拉式反射层反应性控制评价方法，基于同样的思路，本技术实施例还提供一种抽拉式反射层反应性控制评价装置。
43.图5是本技术的一个实施例的抽拉式反射层反应性控制评价装置的结构示意图，该抽拉式反射层反应性控制评价装置应用于上述氦氙冷却固体反应堆，包括：
44.获取模块501，用于获取抽拉式反射层的组成成分配比范围及尺寸范围；
45.分析模块502，用于对不同的组成成分配比及尺寸组合进行敏感性分析，确定抽拉式反射层的微分价值；
46.控制效果确定模块503，用于根据微分价值确定反应性控制效果；
47.控制方案确定模块504，用于若反应性控制效果符合预设条件，则确定反应性控制方案；反应性控制方案包括抽拉式反射层的组成成分配比、尺寸及抽拉位置控制信息。
48.在一个实施例中，所述获取模块501，具体用于：根据氦氙冷却固体反应堆的体积、重量约束条件确定抽拉式反射层的尺寸范围；以及，根据不同材料的反射效果确定抽拉式反射层的组成成分配比。
49.在一个实施例中，所述分析模块502，具体用于：对不同的组成成分配比及尺寸组合，以及抽拉式反射层处于堆芯轴向上不同位置进行临界计算，确定抽拉式反射层的微分价值。
50.在一个实施例中，上述控制方案确定模块504还用于：若反应性控制效果不符合预设条件，则在组成成分配比范围及尺寸范围内调整组成成分配比及尺寸。
51.本领域的技术人员应可理解，前述抽拉式反射层反应性控制评价装置能够用来实现前述抽拉式反射层反应性控制评价方法，其中的细节描述应与前文方法部分描述类似，为避免繁琐，此处不另赘述。
52.基于同样的思路，本技术实施例还提供一种抽拉式反射层反应性控制评价设备，
如图6所示。抽拉式反射层反应性控制评价设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上的处理器601和存储器602，存储器602中可以存储有一个或一个以上存储应用程序或数据。其中，存储器602可以是短暂存储或持久存储。存储在存储器602的应用程序可以包括一个或一个以上模块(图示未示出)，每个模块可以包括对抽拉式反射层反应性控制评价设备中的一系列计算机可执行指令。更进一步地，处理器601可以设置为与存储器602通信，在抽拉式反射层反应性控制评价设备上执行存储器602中的一系列计算机可执行指令。抽拉式反射层反应性控制评价设备还可以包括一个或一个以上电源603，一个或一个以上有线或无线网络接口604，一个或一个以上输入输出接口605，一个或一个以上键盘606。
53.具体在本实施例中，抽拉式反射层反应性控制评价设备包括有存储器，以及一个或一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且一个或者一个以上程序可以包括一个或一个以上模块，且每个模块可以包括对抽拉式反射层反应性控制评价设备中的一系列计算机可执行指令，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行该一个或者一个以上程序包含用于进行上述抽拉式反射层反应性控制评价方法。
54.基于同样的思路，本技术实施例还提供一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，所述可执行指令在被执行时实现上述抽拉式反射层反应性控制评价方法。
55.上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
56.为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本技术时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
57.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
58.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
59.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
60.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计
算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
61.在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。内存是计算机可读介质的示例。
62.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
63.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
64.本技术可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本技术，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
65.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
66.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。