CN102543228B - 核电站中子毒物悬挂样片装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电站中子毒物悬挂样片装置，其包括上管座、下管座、安装于上管座和下管座之间的多个支撑框梁，以及设于支撑框梁外侧并与支撑框梁固定连接的样片挂槽。在核电站在役期间，本发明核电站中子毒物悬挂样片装置中的样片挂槽可以放置悬挂样片，可定期将悬挂样片取出进行测试检验，从而判断乏燃料贮存格架中的中子毒物材料是否有效，对乏燃料贮存水池中的乏燃料贮存格架中子毒物材料进行在役定期跟踪检查，并根据检验结果修复或更换不符合要求的乏燃料贮存格架，以确保乏燃料组件在核电站的安全贮存。

Description

核电站中子毒物悬挂样片装置
技术领域
本发明涉及核电站乏燃料水池中子毒物监控领域，尤其涉及一种核电站乏燃料水池中子毒物悬挂样片装置，其可用于在核电站的水下乏燃料贮存格架的整个寿期内对贮存设施中的中子毒物进行有效性验证，以确保乏燃料贮存格架所在的水池保持次临界安全和乏燃料操作及贮存时不卡阻燃料组件，维持核电站中乏燃料组件的安全贮存。
背景技术
中子毒物是强烈吸收中子而不发生裂变的物质，如硼、钆等，硼在很宽的中子能量范围内均能有效地吸收中子，使反应堆内的链式反应受到抑制。因为纯硼又硬又脆无法加工，实际均采用碳化硼、金属硼化物等含硼材料。可溶性硼酸在反应堆出事故时被喷射到堆芯中，使反应堆迅速停止运行。钆的中子吸收截面很高，吸收中子后不再具有毒性。在反应堆运行时，它的毒性不断下降，部分补偿了燃料逐渐消耗的效应。
水下乏燃料贮存格架可用于在核电站湿式贮存乏燃料组件，由于乏燃料组件衰变能力强，贮存时相邻乏燃料组件间距小，再加上池水的慢化作用，在不设置吸收中子的中子毒物材料的情况下很容易达到临界。在核电站乏燃料贮存格架的整个寿期内，中子毒物材料都要有足够的吸收中子能力，同时中子毒物材料在外界因素(如池水、伽马辐照等)作用下其肿胀量不应引起乏燃料贮存格架内用于存放乏燃料组件的贮存小室内腔减小而导致卡阻燃料组件。但是，中子毒物材料一般都固定在乏燃料贮存格架上，考虑到安全问题，装有乏燃料组件的乏燃料贮存格架一般不宜直接取出，因此很难直接对乏燃料贮存格架中的中子毒物材料进行检查。
作为拥有104个在役商运核电机组的核电大国的美国，在其近40年的运营过程中发现，一些乏燃料贮存格架使用的中子毒物材料，如Borafiex、Boral等，在使用过程中发现有裂隙、肿胀、产生气泡和材料损失等降级现象，这些降级导致了中子毒物材料的中子吸收能力下降和卡阻燃料组件，引起临界和乏燃料组件破损风险。NRC在分析中子毒物材料降级问题后，在美国核电站安全审评时提出核电站应设置在役检查措施，如设置中子毒物悬挂样片，以确保中子毒物材料在整个寿期内的有效性，但并未提供具体的悬挂样片的设置、结构型式、检查周期、检查内容和验收标准。
在中国国内，国家核安全局曾于2010年4月在北京组织召开M310改进型核电站安分和环评共性问题第二次讨论会，会议要求，核电站应参考美国核电站的经验，设置乏燃料贮存格架中子毒物的在役检查措施，以确保中子毒物的有效性。但是，国内并无在乏燃料贮存格架中设置中子毒物悬挂样片的经验，而在国内首次建设的AP1000核电机组的中子毒物悬挂样片目前获得的资料也仅有概念性描述，并无确实可行方案。随着国内核电机组的大规模建设和投入运营，如何设置中子毒物悬挂样片进行中子毒物材料有效性检查以保证乏燃料组件的安全贮存已成为一个迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种核电站中子毒物悬挂样片装置，其含有可覆盖整个乏燃料贮存格架寿期的中子样片数量，可定期从其中取出样片进行检查以判断乏燃料贮存格架中的中子毒物材料是否有效。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站中子毒物悬挂样片装置，其包括上管座、下管座、安装于上管座和下管座之间的多个支撑框梁，以及设于支撑框梁外侧并与支撑框梁固定连接的样片挂槽。
作为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一种改进，所述中子毒物悬挂样片装置设有四个所述支撑框梁，所述支撑框梁为角钢。
作为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一种改进，所述支撑框梁的内侧设有与各个支撑框梁固定连接的加强筋板。
作为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一种改进，所述样片挂槽整体呈直角U型。
作为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一种改进，所述样片挂槽的内侧相向地开设有用于嵌装悬挂样片的嵌槽，所述样片挂槽的底部设有止挡板。
作为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一种改进，所述悬挂样片上设有吊装操作孔。
作为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一种改进，所述样片挂槽在相对的侧面沿所述支撑框梁的长度方向彼此错开。
作为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一种改进，所述上管座设有定位导向孔和操作沟槽。
作为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一种改进，所述下管座设有圆通孔。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：在核电站在役期间，本发明核电站中子毒物悬挂样片装置中的样片挂槽可以放置悬挂样片，可定期将悬挂样片取出进行测试检验，从而判断乏燃料贮存格架中的中子毒物材料是否有效，对乏燃料贮存水池中的乏燃料贮存格架中子毒物材料进行在役定期跟踪检查，并根据检验结果修复或更换不符合要求的乏燃料贮存格架，以确保乏燃料组件在核电站的安全贮存。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站中子毒物悬挂样片装置及其有益技术效果进行详细说明。
图1为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一个实施方式的立体结构示意图。
图2为图1所示的核电站中子毒物悬挂样片装置的上管座处的平面结构示意图。
图3为图1所示的核电站中子毒物悬挂样片装置的中部截面的结构示意图。
图4为图1所示的核电站中子毒物悬挂样片装置的下管座处的平面结构示意图。
图5为可置于本发明核电站中子毒物悬挂样片装置中的悬挂样片的结构示意图。
图6为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的另一个实施方式的立体结构示意图。
具体实施方式
图1至图4所示为本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的一个实施方式，其包括上管座11、下管座15、两端分别与上管座11和下管座15固定连接的多个支撑框梁12，以及设于支撑框梁12外侧并与支撑框梁12固定连接的样片挂槽14。
在核电站在役期间，本发明中子毒物悬挂样片装置中的样片挂槽14可以放置悬挂样片18，可定期将悬挂样片18取出进行测试检验，从而判断乏燃料贮存格架中的中子毒物材料是否有效，对乏燃料贮存水池中的乏燃料贮存格架中子毒物材料进行在役定期跟踪检查，并根据检验结果修复或更换不符合要求的乏燃料贮存格架，以确保乏燃料组件在核电站的安全贮存。
请参阅图1所示，支撑框梁12是本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的主体架构，其与上管座11和下管座15固定连接，形成整体结构体，结构体的外围设置样片挂槽14，以便于在样片挂槽14放置样片并进行跟踪监测。样片挂槽14可以直接焊接于支撑框梁12上，也可以通过螺栓连接等方式固定连接于支撑框梁12上。在图示实施方式中，中子毒物悬挂样片装置设有四个支撑框梁12，支撑框梁12的结构形式为角钢，以方便与样片挂槽14固定连接。当然，根据本发明的其他实施方式，支撑框梁12也可以使用钢管，钢管自身具有很好的刚性和直线稳定性，可以与样片挂槽14固定连接(如焊接)。
支撑框梁12是比较长的构件，为了增加中子毒物悬挂样片装置的整体强度，可以在支撑框梁12的内侧设置与各个支撑框梁12固定连接的加强筋板16，通过加强筋板16对支撑框梁12直接进行固定连接形成支撑牵拉结构，从而保证本装置具有足够的强度，样片挂槽14、中子毒物悬挂样片18、角钢和加强筋板16之间的位置关系请参阅图3所示。
为了方便平板状的悬挂样片18方便地插入，样片挂槽14设置为一侧向开口的整体呈直角U型的构件，样片挂槽14固定连接在支撑框梁处便可以往其中插入悬挂样片18。
在图示实施方式中，样片挂槽14的两侧为直条形槽体，使得样片挂槽14的内侧相向地开设有用于嵌装悬挂样片18的嵌槽，样片挂槽14的底部设有止挡板进行定位限位，悬挂样片18可稳定地插置于嵌槽中，进而稳定地插置于样片挂槽14中。
上管座11设有定位导向孔21和操作沟槽22，操作沟槽22与AFA-3G燃料组件具有相同的尺寸以便于从中取出悬挂样片18，定位导向孔21可方便插入或取出悬挂样片18时进行找准和定位。上管座11上开设用于抓取工具抓取的定位导向孔21和操作沟槽22以便对整个中子毒物悬挂样片装置进行操作的具体结构如图2所示。
请参阅图4所示，下管座15设有圆通孔25，以便水流通过，而且不与乏燃料贮存格架底部的凸起产生干涉。
请参见图5所示，为了便于中途定期取出悬挂样片18，悬挂样片18(即中子毒物样片)上设有吊装操作孔19，吊装操作孔19可方便使用常见的夹持工具取出悬挂样片18。在核电站运行期间，可利用专用操作工具定期将样片取出。中子毒物悬挂样片装置在核电站首次正常运行时与乏燃料贮存格架同时放置到乏燃料水池中，占用乏燃料贮存格架的一个贮存单元，在放入到乏燃料贮存格架后所有中子毒物样片都处于乏燃料组件的活性段范围内，其所处的乏燃料池水环境和伽马辐照剂量等环境条件与乏燃料贮存格架中的中子毒物材料相同，悬挂样片装置中的中子毒物样片的变化情况从一定程度上反映了乏燃料贮存格架内中子毒物的变化，从而可以根据中子毒物样片的成分变化和变形情况推断出乏燃料贮存格架内中子毒物的成分变化和变形情况，进而确定是否需要更换格架。
检验后，对中子毒物样片有膨胀变形、材料损失和中子吸收核素含量减少的情况应进行评估，判定乏燃料贮存格架是否满足乏燃料贮存临界安全和不卡阻燃料组件的要求，如果不满足要求，则应该对乏燃料贮存格架进行修复或者更换，从而确保核电站中乏燃料组件的安全贮存。
由于相对两面的悬挂样片18因相互遮挡而会导致其中子通量较正常值小，为了减少相对两面的悬挂样片18在乏燃料贮存水池中可能存在的相互干扰，可以将悬挂样片18在本装置的相对两面错开布置，请参阅图6所示的本发明核电站中子毒物悬挂样片装置的另一个实施方式的立体结构示意图，样片挂槽14在相对的侧面沿支撑框梁12的长度方向彼此错开。
相对于现有技术，本发明核电站中子毒物悬挂样片装置具有以下有益技术效果：在核电站在役期间，本发明核电站中子毒物悬挂样片装置中的样片挂槽14可以放置悬挂样片18，可定期将悬挂样片18取出进行测试检验，从而判断乏燃料贮存格架中的中子毒物材料是否有效，对乏燃料贮存水池中的乏燃料贮存格架中子毒物材料进行在役定期跟踪检查，并根据检验结果修复或更换不符合要求的乏燃料贮存格架，以确保乏燃料组件在核电站的安全贮存。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种核电站中子毒物悬挂样片装置，其特征在于：所述核电站中子毒物悬挂样片装置包括上管座、下管座、安装于上管座和下管座之间的多个支撑框梁，以及设于支撑框梁外侧并与支撑框梁固定连接的样片挂槽。
2.根据权利要求1所述的核电站中子毒物悬挂样片装置，其特征在于：所述中子毒物悬挂样片装置设有四个所述支撑框梁，所述支撑框梁为角钢。
3.根据权利要求1所述的核电站中子毒物悬挂样片装置，其特征在于：所述支撑框梁的内侧设有与各个支撑框梁固定连接的加强筋板。
4.根据权利要求1所述的核电站中子毒物悬挂样片装置，其特征在于：所述样片挂槽整体呈直角U型。
5.根据权利要求4所述的核电站中子毒物悬挂样片装置，其特征在于：所述样片挂槽的内侧相向地开设有用于嵌装悬挂样片的嵌槽，所述样片挂槽的底部设有止挡板。
6.根据权利要求5所述的核电站中子毒物悬挂样片装置，其特征在于：所述悬挂样片上设有吊装操作孔。
7.根据权利要求1所述的核电站中子毒物悬挂样片装置，其特征在于：所述样片挂槽在相对的侧面沿所述支撑框梁的长度方向彼此错开。
8.根据权利要求1所述的核电站中子毒物悬挂样片装置，其特征在于：所述上管座设有定位导向孔和操作沟槽。
9.根据权利要求1所述的核电站中子毒物悬挂样片装置，其特征在于：所述下管座设有圆通孔。
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