CN102243899B - 中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核反应堆燃料棒的检测技术，具体涉及一种中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器。该容器包括具有屏蔽功能的筒体，筒体上端设有上盖，筒体的底部设有开口，开口内设置屏蔽块；所述上盖的内侧连接用于控制核燃料元件上下运动的机械装置。本发明能够在转移元件时使燃料元件处在一个具有屏蔽作用的空间内，使转移操作更加安全可靠；同时，在对燃料元件进行中子照相检测时，该转移容器内的机械装置能够带动燃料元件上下移动，从而调整燃料元件在检测时的位置。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆燃料棒的检测技术，具体涉及一种中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器。
背景技术
核电是现代能源供应最重要组成之一，发展核电是我国可持续发展战略的重要组成部分。核安全是核电发展的生命线，而核燃料元件是反应堆的核心部件，必须对其进行检测以确保反应堆安全运转。中子照相技术在核燃料元件检测方面具有许多优势，是检测核燃料元件破损、测定U-235富集度、检查包壳中氢聚等不可替代的技术手段。利用中子照相技术检测核燃料元件在美国、欧洲、日本等核工业发达的国家已有非常广泛的应用，但是有关中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器的设计方面的资料公开的却很少。我国还没有进行过采用中子照相方法检测核燃料元件，所以相关的用来进行实验的燃料元件转移容器没有可以参考的设计经验。为了对核燃料元件进行中子照相检测所以根据实验要求自行设计核燃料元件转移容器。
由于核燃料元件具有放射性，在转移元件时需要使元件在一个具有屏蔽作用的空间内；同时，在对元件进行中子照相检测时，元件的检测位置需要改变，所以转移容器应该能够调整元件在检测时的位置。燃料元件要能够完全而且安全的放置在转移容器内，并且在进行中子照相检测时可以控制燃料元件的检测位置。所以要求转移容器的尺寸能够包容燃料元件，外层的材料需要有很好的屏蔽，内部需要设计机械装置用来固定并操作元件。
发明内容
本发明的目的在于针对核燃料元件无损检测时转移燃料元件的技术要求，提供一种能够具有良好的屏蔽作用和操作空间的中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器。
本发明的技术方案如下：一种中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器，包括具有屏蔽功能的筒体，筒体上端设有上盖，筒体的底部设有开口，开口内设置屏蔽块；所述上盖的内侧连接用于控制核燃料元件上下运动的机械装置。
进一步，如上所述的中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器，其中，在筒体底部水平的设有供屏蔽块移动的轨道，轨道的末端与所述的筒体底部的开口相通。
更进一步，如上所述的中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器，其中，所述的屏蔽块连接由步进电机驱动的齿轮齿条传动机构，带动屏蔽块在筒体底部的水平轨道内运动。
进一步，如上所述的中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器，其中，所述的筒体材质为铅，筒体的内侧设有一层聚乙烯层，筒体的外侧设有一层钢材质；所述的屏蔽块的材质为铅。
进一步，如上所述的中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器，其中，所述的用于控制核燃料元件上下运动的机械装置包括竖直设置的一根丝杠和一根光杠，丝杠和光杠分别与对应的步进电机连接；所述的光杠通过传动齿轮副与燃料元件抓手装置连接，所述的丝杠通过丝母连接抓手齿轮盒，并通过抓手齿轮盒带动整个燃料元件抓手装置上下运动。
更进一步，如上所述的中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器，其中，所述的燃料元件抓手装置包括一个上端与传动齿轮连接的抓手丝杠，抓手丝杠通过丝母与两个抓手连接，两个抓手的上端分别设置在倾斜的导向槽内，随着抓手丝杠的转动，带动抓手沿倾斜的导向槽上下运动的同时实现抓手的开合操作。
本发明的有益效果如下：本发明所提供的中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器在转移元件时能够使燃料元件处在一个具有屏蔽作用的空间内，使转移操作更加安全可靠；同时，在对燃料元件进行中子照相检测时，该转移容器内的机械装置能够带动燃料元件上下移动，从而调整燃料元件在检测时的位置，其结构简单，操作方便，具有很强的实用性。
附图说明
图1为中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器的外壳结构示意图；
图2为转移容器内部用于控制核燃料元件上下运动的机械装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明所提供的核燃料元件转移容器的外壳采用圆筒式设计，可以有效的防止元件的放射性剂量通过直缝泄漏。
转移容器的筒体整体高度为200cm，其内部空间可以容纳100cm长的元件(设计检测实验采用的元件为经过截短处理的长度为100cm的元件)和机械装置。筒体的器壁择25cm厚的Pb，内层贴有1cm厚的聚乙烯，最外层为0.5cm的钢。
转移容器的筒体3上端设有上盖1，上盖1的内侧连接用于控制核燃料元件上下运动的机械装置。上盖的外部设计一个吊钩，用来在移动转移容器时使用吊车进行吊装，上盖选择25cm厚的Pb，内层贴有1cm厚的聚乙烯，最外层为0.5cm的钢。要求吊钩与上盖顶部牢固结合，上盖与圆筒状的器壁牢固结合，在本实施例中上盖1与筒体3整体被钢材质的外层包裹。
转移容器的底部5有圆形开口(考虑到元件为圆柱体所以考虑设计为圆形开口)，该开口是燃料元件从存储容器内放入转移容器的通道，同时，因为在运输燃料元件时，元件完全位于转移容器内，在中子照相检测时，元件必须位于屏蔽底座内的中子束流孔道内，这样中子束透过元件从而进行曝光，所以在转移容器的底部设计圆形开口作为燃料元件进入屏蔽底座的通道的开口。圆形开口的直径为3.5cm(燃料元件直径为2.5cm，考虑与抓手结合后的尺寸为3.3cm)。考虑到转移容器的屏蔽问题，底部的设计应该是：当需要元件从转移容器内出入时底部的圆形开口打开，其它时间(如运输或保存元件时)要求关闭。
转移容器的底部5的设计可以按三个部分进行描述(注：转移容器的底部是一个整体，为了说明方便才将它分为三个部分)，分别是第一底座、支撑和第二底座。第一底座位于最上层与转移容器的外壳直接紧密相连，中间有圆形开口，开口直径为3.5cm，材料选择5cm厚的Pb，内层贴有1cm厚的聚乙烯；整体外部直径为73cm(转移容器外壳的外径为73cm)；第二底座位于最下层，整体外部直径为73cm，中间有圆形开口，开口直径为3.5cm，材料选择10cm厚的Pb；它们中间的部分为支撑，整体外部直径为73cm，材料选择10cm厚的Pb，沿着半径方向(与第一底座第二底座正对)开有一个高度10cm宽度为4cm(完全挡住圆形开口)的屏蔽块轨道，轨道并不穿透，而是延伸长度为38.45cm(即刚好将直径为3.5cm的圆形开口让开，并且比圆形开口向外多延伸2mm从而进行严密屏蔽，即73/2cm+3.5/2cm+0.2cm＝38.45cm)；同时在支撑部分的屏蔽块轨道内配合使用一块宽为10cm、长为4cm的Pb屏蔽块4，它由机械装置控制其在轨道上的运动，当它移动到左侧边缘时可以将第一、第二底座的圆形开口连为一体，从而形成元件出入转移容器的通路，如果屏蔽块移动到右侧边缘时则屏蔽块挡住了第一、第二底座的圆形开口，从而起到了密封元件于转移容器内，对其放射性进行屏蔽的作用。屏蔽块运动的传动方式是通过电机传动到齿轮轴，在齿轮轴和齿条的作用下，带动挡块做水平前后运动。为了更好的屏蔽，设计屏蔽块为凸、凹形状，目的是使转移容器底部在关合时具有更好的屏蔽作用。
用于控制核燃料元件上下运动的机械装置与转移容器顶部内侧连接，不允许机械装置脱落，更不允许机械装置与元件连接后整体脱落，所以要求连接牢固。机械装置末端的抓手与燃料元件上端的凹槽连接，要求燃料元件运动过程中与抓手的相对位置不变，燃料元件本身不会发生摆动，上下运动时，燃料元件不会脱落。另外，控制燃料元件上下运动的机械装置可以与控制底部屏蔽块运动的机械装置设计成为一体控制的机械装置，从而实现联动。
如图2所示，控制核燃料元件上下运动的机械装置的末端设计机械抓手14，它能够与燃料元件15上的凹槽牢固接合，从而能够控制燃料元件的运动，并且保证在燃料元件运动过程中与抓手的相对位置不变，燃料元件本身不会发生摆动，上下运动时，燃料元件不会脱落。本实施例中，设计抓手为两个1/3圆环，这样也可以适应不同直径的元件。
本实施例中，转移容器的升降器组合是由上下两块板和三个支撑杆组成一个框架，里面设有两根定向杆，一根光杠8，一根丝杠7，丝杠7和光杠8分别与对应的步进电机连接。所述的光杠8通过传动齿轮副10与燃料元件抓手装置连接，在本实施例中，光杠8与相应的传动齿轮之间是一种键槽连接结构，使得连接在光杠8上的传动齿轮可以沿光杠8上下自由移动；所述的丝杠7通过丝母9连接抓手齿轮盒11，并通过抓手齿轮盒11带动整个燃料元件抓手装置上下运动。丝杠7带动整个燃料元件抓手装置上下运动的时候，与光杠8连接的传动齿轮可以在键槽中跟着自由上下移动。如果需要打开或关闭抓手时，光杠8转动，光杠8上的键销卡住传动齿轮上的键槽，从而带动传动齿轮一起转动，实现抓手的开或合的动作。具体来说，所述的燃料元件抓手装置包括一个上端与传动齿轮连接的抓手丝杠12，光杠7转动时，通过传动齿轮副10将转动传递到抓手丝杠12，抓手丝杠12通过丝母与两个抓手14连接，两个抓手14的上端分别设置在倾斜的导向槽13内，随着抓手丝杠12的转动，带动抓手14沿倾斜的导向槽13上下运动的同时实现抓手的开合操作，沿倾斜的导向槽向下运动时松开抓手，向上运动时夹紧抓手。
通过燃料元件抓手装置与丝杠传动装置的共同作用，实现了对燃料元件的夹紧和上下运动的操作，从而控制燃料元件伸出转移容器进入成像底座进行实验，实验完毕后控制燃料元件退回转移容器内。另外，机械装置可以实时的读取元件的移动距离，确定元件曝光的位置，可以随时控制抓手的运动或停止以及上下的运动方向。由于抓手的上下移动是通过电机的转动来实现的，本实施例中，电机与编码器相连，编码器通过记录电机的转数从而计算出抓手的移动距离(电机每转动一圈带动抓手的移动距离是已知的)。在抓手移动之前设定位置零点，在电机转动的过程中可以计算出抓手移动的距离，从而知道抓手移动后的位置。本实施例中，丝杠与光杠各与一个步进电机相连，步进电机设置在转移容器上部，电机通过导线与编码器相连，编码器位于转移容器旁边的电子操作台上，在操作台上通过控制编码器从而可以显示并控制移动距离。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器，其特征在于：包括具有屏蔽功能的筒体（3），筒体上端设有上盖（1），筒体的底部（5）设有开口，开口内设置屏蔽块（4）；在筒体底部（5）水平的设有供屏蔽块（4）移动的轨道（6），轨道（6）的末端与所述的筒体底部（5）的开口相通，所述的屏蔽块（4）连接由步进电机驱动的齿轮齿条传动机构，带动屏蔽块在筒体底部的水平轨道内运动；所述上盖（1）的内侧连接用于控制核燃料元件上下运动的机械装置，所述的用于控制核燃料元件上下运动的机械装置包括竖直设置的一根丝杠（7）和一根光杠（8），丝杠（7）和光杠（8）分别与对应的步进电机连接；所述的光杠（8）通过传动齿轮副（10）与燃料元件抓手装置连接，所述的丝杠（7）通过丝母（9）连接抓手齿轮盒（11），并通过抓手齿轮盒（11）带动整个燃料元件抓手装置上下运动。
2.如权利要求1所述的中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器，其特征在于：所述的筒体（3）材质为铅，筒体的内侧设有聚乙烯层（2），筒体的外侧设有一层钢材质；所述的屏蔽块（4）的材质为铅。
3.如权利要求1所述的中子照相无损检测专用核燃料元件转移容器，其特征在于：所述的燃料元件抓手装置包括一个上端与传动齿轮连接的抓手丝杠（12），抓手丝杠通过丝母与两个抓手（14）连接，两个抓手（14）的上端分别设置在倾斜的导向槽（13）内，随着抓手丝杠（12）的转动，带动抓手（14）沿倾斜的导向槽（13）上下运动的同时实现抓手的开合操作。
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