控制棒,是核反应堆的组成部分之一,利用吸收中子的材料制造而成,功能是控制堆内链式反应速率在预定水平。控制棒采用的材料具有优良的中子吸收能力,可以实现核反应堆的启动、停止、功率调节,是核反应堆不可或缺的基本组件。
现阶段,全球常见的核反应堆主要有压水堆、沸水堆、重水堆、高温气冷堆、快中子堆等类型,其中,压水堆应用比例最高。压水堆,全称为加压水慢化冷却反应堆,主要由燃料组件、控制棒组件、冷却剂、压力容器等组成,具有结构紧凑、功率密度高、安全可靠等优点。
控制棒采用中子吸收截面大的材料制造而成,一般是利用硼、银、铟、镉等元素合成的材料,例如碳化硼、硼钢、银铟镉合金等,这些材料吸收中子后产生的新同位素仍有强热中子吸收截面,具有长使用寿命优点,其中,银铟镉合金综合性能优良,是制造控制棒的主流材料。
在核反应堆中,控制棒由控制棒驱动机构进行控制,完成提升、下降、保持、快插等动作。控制棒吸收的中子越多,堆内链式反应速率越慢。当控制棒完全插入反应中心,链式反应被阻止,即实现反应堆停止;当控制棒提升,反应堆启动,提升越多,链式反应速率越高,而下降则链式反应速率降低,以此来实现功率调节;若事故突发,控制棒快速下落,可实现快速停堆。
化石能源属于不可再生资源,应用过程中对环境污染较大,全球各国正在采用清洁能源、可再生能源来替代化石能源,核能为其中之一。但核能若无法实现安全利用,危险性高,部分国家正在考虑减少核电应用规模。
近年来,随着技术不断升级,核电站安全性不断提高。2022年俄乌冲突爆发,欧洲能源危机问题凸显,核能作为能够稳定供应电力的资源之一,许多国家开始重新启用核电。在此背景下,核电设备市场空间将增大,利好控制棒行业发展。
新思界
行业分析人士表示,2021年,全球反应堆控制棒市场规模约为2.9亿美元,2016-2021年复合年均增长率为2.1%。我国核电技术处于全球领先地位,石岛湾核电站是全球首座实现并网的第四代核电站。我国境内核电装机规模不断扩大,且“走出去”步伐加快,未来我国控制棒行业发展前景广阔。