本发明是关于一种采用间歇方式装料和卸料的煤球炉式核反应堆。 通常，煤球炉式反应堆是以连续方式运行，即通过壳盖反射层里的装料管输入新的燃料元件时，从堆芯压力容器里不断地提出多少有些燃耗的球，装料和卸料都是在反应堆处于全功率工作状态下进行，在一定情况下可以说是准连续进行，此时，两个装料过程的时间间隔如此之短，以致根本不会出现反应性变化。
这种运行的缺点是：必须在结构上为在全功率工作状态下卸出燃料元件准备许多辅助设备，这些设备不便维修，又需要定期检查和由受过训练的人员来操作，必要时还需要有熟练的技术人员进行维护。
因此，在要申请人同时递交的一份专利申请中，描述了一种新的堆芯装料方式，按照此种方式，开始，用裂变材料含量高的燃料元件，只是部分地装填堆芯空心区，这部分装料对在予定功率下的临界状态是足够的，随着核燃料燃耗增加，可再补充装料，直到完全装满整个空心区。
对此，开始的部分装料，首先只装满空心区的 1/4 到 2/3 ，最好装满 1/3 左右，同时，首批装料中下面的 2/9 和上面的 1/9 装料中裂变材料含量分别比初始装料（使反应堆呈临界状态）中的平均裂变材料含量低12%和高24%。
补装燃料元件中的裂变材料含量适当地比开始装料的裂变材料平均含量高1.5到2.5倍，最好高约1.9倍。在这种装料方式中，可在完全装满堆芯空心区之后，使反应堆停止运行并予冷却，然后从上面开始进行卸料。
相比而言，一个这样运行方式煤球炉式反应堆很少卸料（大约运行2-5年后，而在反应堆低功率密度情况下，可作为热电站其运行周期则达15-30年），这就是说，核燃料球体经过很长时间在堆芯中都不变化，这可通过装料过程得到合理安排。
在这些“基本上”静止地球装料中-它们不仅处于新的装料方式中，而且还处在于反应堆的简单的间歇运动中-予期会出现因热和燃耗引起的球膨胀，这必然导致球装料的变得更为致密，并给堆芯空心区的侧壁造成巨大的压力负荷。
因此，本发明的任务是，避免对堆芯空心区侧壁产生不允许的高压力负荷。
根据本发明，通过一个煤球炉式反应堆可以作到这一点，其特征是：从堆芯填充料起，通过自下向上逐渐增加堆芯空心区横断面，或通过带有呈方格子状排列的凹坑的空心区底板，来限制对作用于堆芯空心区表面的压力。凹坑的最小（交叉点）间距约比球直径大1-8%，尤以大到约5%为佳。
对附图加以说明，图中所示
图1a-c 穿过堆芯空心区的垂直断面
图2和图3 带凹坑底板和侧壁结构部分断面。
由热和辐射作用引起的膨胀所产生的力有一垂直的，与那里装料的重量起反作用的垂直分力和一对侧壁产生负荷的水平分力，通过使侧壁呈倾斜状（图1a），就可以减少这种负荷，如果倾斜角α（偏斜于垂直线）足够大，就会产生一个与壁平行的朝上的分力，倾角以选定15°～45°为好，最好则是25°。
在下面堆芯区域，比如在下面的三分之一，选择倾斜角要比上面区域的大一些则更为有利（图1b）
最好让堆芯空心区的横断面这样构成拱形，使得垂直的分力在任何高度位置上对容器壁的作用都相同。这些只有通过容器横断面的成型才能实现，这可近似地按公式R＝Ro-a（Z-Zo）2进行，（R＝堆芯空心区中轴的距离，Ro＝球装料表面的半径，Z＝高度位置，Zo＝球装料表面的高度位置，a＝从对侧壁所允许的负荷中计算得出。（图1c）
把球从水平方向的间隙排列装入，也可以阻止对空心区侧壁产生过量的压力，前面提到的带有呈栅格状的排列的凹坑的堆芯底板和球之间形成1-8%的间隙就是为此目的的，球与球之间初始存在的侧面的间隙允许球膨胀，而不会出现侧面的压力（参见图2）。
这种方格状配置有令人惊异的优点，即在装料中达到了最大可能的排列状态，因为从复盖带凹坑底板的首批球层起，每一个随后而来的球都进入明显有利的位置，这些位置与为获得有序的填料结构所要求的位置相符合，用这种方式，所形成的可能最好的有序的球填料装载，一般在45°以下是呈现六角形的最致封的球填料迭层结构，在理论上，可求得的总填充系数为074。
这意味着，以这种方式还有另一优点，即在堆芯可达高功率密度，以及对所存在的球产生的压力负荷分布均匀。
球直径和堆芯空心区直径之间的明显差别使得圆柱形空心区壁附近出现一定的无序状态是可以允许的。
必要时，空心区的横断面可与球排列的内壁相应地构成。因此，可根据燃料球尺寸的整数倍确定出壁的大小，装上垂直拱肋，可构成与壁相邻的排列有序的球层，图3举例说明了一个八角形堆芯的横断面，此堆芯有序排列即通过两个不同的壁型A和B加以限制，A型壁适当地装上所示式样的垂直拱肋，B型壁如图所示，也可以是平滑的或垂直拱肋。
为了避免促使不稳定的球到边缘区域（垂直于下层球的位错层中的球排列，在拱肋之间形成的沟槽曲率半径比球半径大，如图中所示。
在堆芯空心区呈长方形的，通常有Zn（n＝2，3，4…）个角的横断面情况下，所需的加肋壁结构也可按类似的方法简单产生。一般，根据选定的空心区平面配置图和其内描述的有序排列的燃料球装填就可得出一个合适的壁面结构，基本上作为两个互相交叉燃料球层的外缘覆盖层。