CN101546611B - 单相慢化剂循环的中子慢化包 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于反应堆冷中子源垂直孔道内的单相慢化剂循环的中子慢化包，该慢化包主要由氦包、氢包、中空包三层包体构成。中间为盛装液氢的氢包，氢包上封头两侧分别设有氢输送管、氢回气管；该氢包设置在一个带有氦输送管、氦回气管的氦包内，使氦包与氢包之间形成容纳流动氦气的外夹层；其中氢输送管被包在氦回气管内，氢回气管被包在氦输送管内；在氢包内设置有一个径向偏置的中空包，氢包与中空包之间形成内夹层，所述液氢在该内夹层中形成月牙形径向层。在液氢夹层内，设置一个n型隔流片，形成氢循环回路。中空包通过其上下连管与氢包和氦包之间的氦气夹层联通，形成低温氦循环回路。

Description

单相慢化剂循环的中子慢化包
技术领域
本发明涉及科学研究型反应堆冷中子源装置，特别涉及一种放置在反应堆冷中子源垂直孔道中的中子慢化包。
背景技术
常用的冷中子源慢化剂多为液氢和液氘(以下简称液氢)，慢化剂在慢化中子过程中，慢化剂自身和盛装慢化剂的金属包体会产生大量的热，需要通过设置低温氦气在慢化包外壁来直接冷却，以及将慢化剂通过热虹吸或强制输送到低辐照区来冷却，然后将过冷的慢化剂输进冷包。中子慢化包是冷中子源装置的核心部件，国内还没有人提出过关于单相慢化剂的中子慢化包。在国外，如法国，美国、日本等国家都用两相慢化剂的循环系统。俄罗斯圣彼得堡核物理研究院在我国绵阳的CMRR反应堆上也采用了单相液氢循环的中子慢化包。但该慢化包结构复杂，特别是焊接制作难度大，在热应力作用下容易破坏。经过本申请的发明人详细分析，认为上述俄罗斯设计的慢化包结构尚有多处可以完善和改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种使用材料少，结构简单，强化传热性能好，安全性能高，制造工艺性好的单相液体慢化剂的中子慢化包。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种单相慢化剂循环的中子慢化包，包括盛装液氢的氢包，该氢包上封头两侧分别设有氢输送管、氢回气管；其特征在于，该氢包设置在一个带有氦输送管、氦回气管的氦包内，使氦包与氢包之间形成容纳流动氦气的外夹层；其中氢输送管被包在氦回气管内，氢回气管被包在氦输送管内；在氢包 内设置有一个径向偏置的中空包，通过上下连管与氦包联通，氢包与中空包之间形成内夹层，所述液氢在该内夹层中形成月牙形径向层。
上述方案中，在氢包上封头与中空包上封头之间靠近氢输送管的内夹层，设置有一个n型隔流板。在氢包上封头与氦包上封头之间氦输送管一侧的外夹层，设置有用于将排出氦气与进入氦气隔开的活套隔流装置。该活套隔流装置包括固定在氦包上封头的隔流套管、固定在氢包上封头的套管接口，隔流套管滑动配合套入套管接口中，并将氢回气管包在内。
本发明提出的单相液氢中子慢化包具有换热能力强，所用金属材料少，包体内液氢层形状有利于中子高效慢化，包体在高低温变化过程产生的热应力很小，慢化包的制造工艺简单等优点。
附图说明
图1为本发明中子慢化包的结构图。其中图1(b)是图1(a)的俯视图。
图2为图1中子慢化包氢包中慢化剂层指示图。其中图2(b)是图2(a)的俯视图。
图3为图1(a)的I部放大图。
图1至图3中：1-氦包；2-氢包；3-中空包；4-氢输送管；5-氢回气管；6-氦输送管；7-氦回气管；8-氢隔流板；9-隔流套管；10-套管接口；11-氦包上封头；12-氦包直筒体；13-氦包下封头；14-液氢。
具体实施方式
以下结合附图和及实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1、图2，本发明的中子慢化包是由三层薄壁铝合金材料构成圆柱形封闭筒体，最外层的包体为氦包1，中间一层为氢包2，内部一层中空包3，其实中空包3内部是通流氦气的。氦包1与氢包2之间的外夹层是容纳流动氦气的。氢包2与中空包3之间的内夹层容纳慢化剂液氢14。氦气从氦包1顶部的氦输送管6通过连接管流向中空包3，再从氦包1底部流向外夹层，从顶部的氦回气管7排出。该氦气用来冷却由于液氢和铝合金氢包2的核作用 产生的热量。中子慢化的径向液氢层需要有适当的厚度。厚度过小，不能有效的慢化中子；液氢层过厚，产生对中子过大的屏蔽作用，会减小冷中子的流量。所以冷包内部需要设置一个空腔(中空包)，通入对中子产生极小作用的低温氦气，以占去空间。慢化包内部的中空包3在氢包2内是偏置的，这样布置的原因是形成一个月牙形的液氢径向层，这种液氢层形状，能更好的慢化中子。
氢包2与中空包3之间内夹层的液氢需要设置进入和输出管道，输入的低温液氢通过氢输送管4先进入冷包的底部，经过热中子的加热作用，液氢变热，密度减小，流向氢包上方的氢回气管5输出。氢包和氢管道都需要包容在氦包1内，这是为了强化氦气对氢的冷却，同时也是为了保护安全，即氢包管道破裂的情况下，不泄露到氦包1外的真空容器内，因为氢是易燃易爆的物质。
为了把经过上部冷却器冷却的低温液氢输送到冷包的底部，在氢包2与中空包3之间内夹层设置了n型隔流板8。将低温液氢与向上的高温液氢隔开。这种隔流板所用铝合金材料很少，隔流板只是夹持在氢包2与中空包3上部壁面之间。不需要特殊焊接等固定。因为1mm左右的薄壁包体与导流板焊接会影响包体的强度。
参见图3，为了将中空包3内的氦气从氢包1与氢包2之间的外夹层中导出，本发明在氢包2和氦包1上分别设置了套管接口10和隔流套管9，隔流套管9套入套管接口10中，将排出氦气与进入氦气隔开。这种活接套入的方式能使氢包2与氦包1之间可以相对上下移动，从而能补偿氦包与氢包之间的热应力造成的位移。隔流套管9和套管接口10分别与氦包1和氢包2为整体加工出来的。
为了便于包体的加工，氦包1的上封头11与带有下封头13的直线筒体12分为两体，同理，氢包2的上封头与带有下封头的筒体分两体加工；中空包3也是分为两段分别制造的。
组装慢化包步骤如下：①先将中空包3的两个零件焊接为一体；②然后将中空包3装入氢包2内，对氢包2的筒体和封头进行焊接；③焊接氢包2 与中空包3之间的上下连管；④将氢包和中空包3的焊接组件放入氦包1内，对氦包的筒体和封头进行焊接。

Claims (4)

1.一种单相慢化剂循环的中子慢化包，包括盛装液氢的氢包(2)，该氢包(2)上封头两侧分别设有氢输送管(4)、氢回气管(5)；其特征在于，该氢包设置在一个带有氦输送管(6)、氦回气管(7)的氦包(1)内，使氦包(1)与氢包(2)之间形成容纳流动氦气的外夹层；其中氢输送管被包在氦回气管内，氢回气管被包在氦输送管内；在氢包(2)内设置有一个径向偏置的中空包(3)，通过上下连管与氦包(1)联通，氢包(2)与中空包(3)之间形成内夹层，所述液氢在该内夹层中形成月牙形径向层。
2.如权利要求1所述的单相慢化剂循环的中子慢化包，其特征在于，在氢包(2)上封头与中空包(3)上封头之间靠近氢输送管的内夹层，设置有一个n型隔流板(8)。
3.如权利要求l所述的单相慢化剂循环的中子慢化包，其特征在于，在氢包(2)上封头与氦包(1)上封头之间氦输送管一侧的外夹层，设置有用于将排出氦气与进入氦气隔开的活套隔流装置。
4.如权利要求3所述的单相慢化剂循环的中子慢化包，其特征在于，所述活套隔流装置包括固定在氦包上封头的隔流套管(9)、固定在氢包上封头的套管接口(10)，隔流套管(9)滑动配合套入套管接口(10)中，并将氢回气管(5)包在内。
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