CN103514970B - 医院中子照射器-ⅰ中子源装置的堆芯部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件。本发明具有造价低运行维护简单方便，使用安全，运行成本低，对环境无污染且可直接建造在医院内等优点，是作为中子照射器的中子源的理想装置。本装置创建了大当量的中央控制棒，高效能的反应性调节器，适配中子谱的石墨瓦和铝质瓦件以及堆芯燃料元件的低浓化设计和燃料组件结构材料的更新等四项堆芯重要部件的创新和发明。在保持堆的固有安全性、极低的铀装量及无核工程人员照料下运行的基础上，把一种仅作小样品元素活化分析的科研用堆，开发跃升为高端临床治癌的医疗器械。专门设计的堆芯部件构成了本发明相互关联的四个发明点。

Description

医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件

技术领域

本发明涉及一种医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件，特别是涉及一种高端临床治癌的医疗器械领域的医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件。

背景技术

硼中子俘获疗法是目前许多国家和地区正在研究和开发新的一种治疗恶性肿瘤的二元靶向治疗技术，他们均使用现有的大功率实验研究堆作为中子源，将实验孔道进行改装而成。因为这种堆都是建造在核技术研究中心或大学内，远离居民区和医院，对病人的施治造成很大的不便和困难。因此亟需提供一种新型的医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种造价低运行维护简单方便，使用安全，运行成本低，对环境无污染且可直接建造在医院的医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件。

为解决上述技术问题，本发明医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件，包括下筒体、位于下筒体之内的堆芯支撑架、位于堆芯支撑架之上的底铍反射盘、位于底铍反射盘之上的设有中央控制棒的燃料组件、位于燃料组件之上的上铍片托盘、包围燃料组件的侧铍反射环、位于侧铍反射环之内的两组反应性调节器、对称位于侧铍反射环两侧的石墨瓦组件与铝瓦件；中央控制棒的中心到石墨瓦组件周向两端形成的角度为120°；中央控制棒的中心到铝瓦件周向两端形成的角度为120°。

燃料组件包括上、下栅板，在上、下栅板的等间距的十个同心圆上对应的均匀设有350个孔，从最靠近圆心的圆周开始依次分布有6个孔、14个孔，19个孔、26个孔、32个孔、38个孔、44个孔、50个孔、56个孔和65个孔；第一至第九圈的孔布置含²³⁵U富集度为12.5%的燃料元件；第十圈的65个孔位中，靠铝瓦件一侧设置12根²³⁵U富集度为12.5%的元件，靠石墨瓦组件一侧设置5根²³⁵U富集度为12.5%的燃料元件和5根铝制挤水棒，其它38个孔中设置贫铀燃料元件，剩余5个孔中设置连接上栅板和下栅板的支杆。

最靠中心的圆周的直径为21.5mm，由里向外每圈的直径增加23.2mm。

燃料元件包括包壳管、位于包壳管两侧的下端塞与上端塞、以及位于包壳管之内的与上端塞保持1mm间隙的芯块。

下端塞、上端塞、芯块、包壳管均由Zr-4制成。

中央控制棒包括包壳、位于包壳两端的端头与配重吊头、位于包壳之内的镉管、位于镉管之内的芯棒；包壳由不锈钢制成；镉管外径为4mm，厚1mm，长280mm。

端头、配重吊头、包壳均由不锈钢制成；芯棒由L4铝制成。

反应性调节器包括包管、位于包管两侧的上端部塞与下端部塞、位于包管内的镉调节芯管、位于镉调节芯管内的芯体；镉调节芯管的外径为3cm，厚度为1mm，长25cm。

反应性调节器对称的设置于侧铍反射环的径向中心位置处。

石墨瓦组件的高度为80cm，厚度选为74.5mm；铝瓦件的高度为80cm，厚度选为78.5mm。

本发明的技术效果如下：

1、I-型机的调试启动实验中，对于4.2mk后备反应性连续运行持续时间（见图12），在满功率下，反应堆最大运行时间达12小时。各工艺房间剂量水平满足设计要求。厂房外和房间内办公室剂量水平与本底相同。因而，该大当量中央控制棒能适应I-型机任何BNCT的照射治疗之需。

2、I-型机堆芯部件对堆性能的影响

见图13，满功率下连续8.6小时运行，中子通量波动幅度＜±0.3%，提供束装置极为稳定的输入通量。

见图14，满功率下连续8.6小时运行，堆芯进出口冷却水温度与SLOWDOKE-2与MNSR处于同样变化状态，瓦件的引入并未发现干扰热工性能。

见图15，满功率下连续8.6小时运行，两个照射室的中子、γ辐射剂量水平与堆顶与堆厅内一样平稳有序，保证了病人与医务人员按预设的防护下平安工作。

3、堆芯燃料元件的创新设计实现了国际原子能机构规定低于20%²³⁵U富集度的要求，为今后国内外推广应用防止核材料扩散消除了障碍。

4、采用Zr-4材料的结构设计，与相类似堆使用铝材料结构相比，改变后提高了元件的机械强度、耐温性能和耐腐蚀性能及整体结构的稳定性和可靠性，提高元件的使用寿命，由于锆比铝具有更低的中子吸收截面，因此还有减少铀的装载量的好处。

5、使用12.5%的²³⁵U燃料浓度比类似堆使用的90%²³⁵U浓度还可大量节省分离功消耗，减低燃料成本，不仅如此，还可用20%²³⁵U以下不同浓度混合配置而成，就更加灵活和经济了。

6、使用更低²³⁵U浓度燃料棒元件，依靠燃料的多普勒系数使堆具有更好的自限功率的能力，使堆的运行更加安全。

7、采用低浓度²³⁵U以后，由于等温度系数曲线的拐点从12.5℃提高到～33℃，正温度效应大大降低提升功率时的反应性的消耗。同时低浓化之后，平衡氙中毒反应性从相类似高浓铀堆的ρ_oxe=5.2mK降到本装置低浓化后的ρ_oxe=2.86mK，钐毒性也从高浓度堆的ρ_osm＝8.7mK降到ρ_osm＝4.29mK，这些都有利于延长堆的运行时间和提高堆的运行寿期。

8、在这个低浓度²³⁵U堆芯下，与Slowpoke-2微堆（20%²³⁵U）相比，满足了中心控制棒，上铍片与补偿棒三种反应性储备措施，比Slowpoke-2具有更大的总后备反应性，仅上铍片反应性总值为16.107mK，两根补偿棒的反应性总值为8.07mK，因而使本装置的换料周期加大了近一倍，增强了医院中子照射器的使用生命力。

9、本装置的低浓度铀堆芯，在栅格布局上有很大灵活性，相比于Slowpoke-2，它的堆芯栅格几乎被燃料元件占满，只能获得一个均布的中子通量，而本装置堆芯共有350个栅位，燃料元件占据302个，堆芯最外围的60个元件栅位中，燃料棒12根可布向面向超热束方向排列，提高了超热束入口通量，而沿热束方向布设铝棒，贫铀棒和少量燃料棒可提高NH/N5比值，提高侧铍反射层的热中子注量率，这种分导不同能量的中子，为本装置引出不同能量的两束医疗照射装置营造了条件。

附图说明

图1为本发明所提供的一种医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件的主视图。

图2为本发明所提供的一种医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件的俯视图。

图3为本发明所提供的中央控制棒的示意图。

图4为本发明所提供的反应性调节器的示意图。

图5为本发明所提供的石墨瓦组件的主视图。

图6为本发明所提供的石墨瓦组件的俯视图。

图7为本发明所提供的铝瓦件的主视图。

图8为本发明所提供的铝瓦件的俯视图。

图9为本发明所提供的燃料组件的主视图。

图10为本发明所提供的燃料组件的俯视图。

图11为本发明所提供的燃料元件的示意图。

图12为本发明所提供的一种医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件满功率运行通量变化示意图。

图13为本发明所提供的一种医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件连续运行8.6小时中子通量变化示意图。

图14为本发明所提供的一种医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件连续运行8.6小时堆芯进出口冷却水温度变化示意图。

图15为本发明所提供的一种医院中子照射器-Ⅰ中子源装置的堆芯部件连续运行8.6小时两个照射室的中子、γ辐射剂量水平图。

图16为100%棒位时，反应堆功率变化图（4.2mk释放，峰值功率85kW）。

图17为铍块、石墨瓦和铝瓦在考虑了自身的发热和导热后的温度分布。

图中：1为1为中央控制棒，2为上铍片托盘，3为燃料组件，4为侧铍反射环，5为底铍反射盘，6为铝瓦件，7为堆芯支撑架，8为石墨瓦组件，9为反应性调节器，10为下筒体，11为包壳，12为镉管、13为芯棒、14为端头，15为配重吊头，16为包管，17为镉调节芯管，18为芯体，19为上端部塞，20为下端部塞，21为上栅板，22为下栅板，23为支杆，24为抓杆，25为燃料元件，26为包壳管，27为芯块，28为上端塞，29为下端塞。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

医院中子照射器由产生中子的中子源装置、中子束照射装置及医疗设施三部分互为独立的单元组成。本发明为医院中子照射器提供连续稳定且具有一定通量水平的中子源。本装置设计最大额定功率为30kW，由堆本体、水池两大部分及其他辅助系统构成。堆本体和水池都盛装具有特定水质要求的去离子水，彼此相互隔开，分别由堆水净化系统和池水净化系统进行水的定期净化处理。中子源装置的堆芯部件安装在堆筒体的下部，堆芯燃料元件的冷却靠设计适宜的结构对流通道去实现自然对流冷却，没有其他附加的工程设施。反应堆初始的后备反应性控制在4~4.5mK的范围内，为此堆内设计有反应性调节器装置和大当量的中央控制棒；反应堆的N_H/N_U-235为177，且具备-0.1mk△K/K∕℃的负温度反应性效应，因此本装置具有固有的安全性性能，运行十分安全。为了引出治疗中子束照射装置，创新设计了适配中子谱的石墨瓦型件和铝质瓦型件安置在侧铍反射环和堆筒体的水层内，使活性区中心至治疗照射束装置的中子谱实现平稳和连续。

本装置的堆芯部件（图1、图2）坐落在中子源装置的下筒体10（L₄铝）内，在堆芯支承架7（L₄铝）上放置铍反射盘5（铍）和侧铍反射环4（铍），在侧铍反射环4的中央圆柱孔内放置燃料组件3，侧铍反射环4的上端放置上铍片托盘2（L₄铝），石墨瓦组件8和铝瓦件6放置在侧铍反射环4两侧和中子源装置下筒体10的间隔间，中央控制棒1悬吊在上铍托盘2和燃料组件3的中心导管中。

1.关于大当量的中央控制棒（图3）

中央控制棒由端头14（不锈钢）、芯棒13（L₄铝）、镉管12、包壳11（不锈钢）和配重吊头15（不锈钢）构成。

中央控制棒的后备反应性当量：

（1）现时运行的SLOWPOKE-2与MNSR已是标准化了的核装置，其早期设计为了突出安全性，在中央控制棒的反应性当量设定为≈1/2ρ，ρ为总的有效缓发中子份额取作0.755%。这样现有堆的名义后备反应性当量取作2.9-3.4mk，完全满足这种安全准则。

其3mk的日运行积分中子注量为9×10¹⁵n·cm^-2，反应性的分配为温度与氙毒占2.0mk，棒循环末期燃耗与钐毒占0.8mk，因而留给实验的反应性仅为0.2mk，届时，满功率运行2.5小时后备反应性就用尽了。医院中子照射器治疗，因堆小照射通量稍低，需要加长照射时间来补偿，因而治疗时间有时需要6-8小时，才能完成处方剂量照射。现有堆的棒当量值无法采纳。I-型机大当量中央棒的理论依据在：于早期ρ=0.755%是取自MTR、ETR的成熟经验，不逾越雷池。但MTR、ETR堆均为轻水冷却，铝作反射的堆型。SLOWPOKE-2与MNSR则为轻水冷却、全铍反射的堆型，这种70年代堆型优于50年代的前者，因铍存在光中子源份额，其ρ_Be应>ρ_Al，经大量计算与实验测定，SLOWPOKE型全铍反射堆的ρ为0.82%，即8.2mk当量值。I-型机中央控制棒取值4.0-4.5mk基本满足这个安全准则。

（2）4.0-4.5mk的棒当量在安全性上究竟与3.0mk差异何在。经采用Relap5/SCDAPSIM/MOD3.2程序作动态自稳特性分析计算，按冷态下棒后备反应性全释放：

可见4.0-4.5mk的正反应性瞬时全释放，峰值功率比3.0mk高50%-80%，但堆芯出口温度均低于对应的水饱和温度382.15K，并未引起堆内发泡，热工状态仍稳定。因而安全性确有保障，这样比3.0mk当量富裕的1.0-1.5mk也就能提供较长时间（>2.5小时）的治疗照射了。

在I-型机的启动调试中，进行了实堆冷态，中央控制棒4.2mk当量的瞬时全释放实验，测得229秒后，堆的峰值功率约为85Kw，达峰后迅速自行下降，使大当量棒的安全性获得完全确认（见图16）。实验测量还纠正了计算中的参数高估偏差。

（3）中央控制棒当量扩展是通过保持其导管尺寸不变，把导管材料由铝改为不锈钢，增加机械强度与韧性，并极大改善水中的抗腐蚀能力，适应延长炉寿期之需。还增大了镉管的外径至4mm，为提高棒吸收中子能力，降低吸收芯体的中子自屏作用，采用厚1mm的镉条卷成直径4mm，长为280mm的大当量芯体。

经调试启动实验的测量，中央控制棒的末端相应为0.28mk，全棒的反应性积分价值为6.4mk，当炉燃料装量302根元件时，堆的后备反应性为4.2mk。

2.高效能的反应性调节器（图4）

反应性调节器由下端部塞19（L₄铝）、芯体18（L₄铝）、镉调节芯管17、包管16（L₄铝）和上端部塞20（L₄铝）构成。反应性调节器共两组（见图2），分别放置在侧铍反射环4的中心圆周内。

反应性调节器的特殊作用在于：

（1）燃料组件的炉寿期

现有的SLOWPOKE-2与MNSR的炉寿期均由中央控制棒（3mk名义值）与上铍片全高（实际是10mk名义值）所构成，共约13mk，用尽后就需要换新的堆芯燃料组件，换料是一个极麻烦的带放射性的操作。按SLOWPOKE-2的估计，其日运行量为3.0mk名义值，对应9×10¹⁵n·cm^-2积分中子注量值，若以1×10¹¹n·cm^-2·s^-1运行，则运行10年，把上铍片全高度的反应性10mk当量正好全部抵销掉，就必须开盖换料。活化分析应用较适应这种估计。但医院中子照射器不可能遵循这种估计，虽然治疗病人，照射时间有长有短，因堆本身通量限于1×10¹²n·cm^-2·s^-1最大值，不能像活化分析那样降低通量运行。若每日以1×10¹²n·cm^-2·s^-1运行，则上铍片10mk的名义值只能应付1年的反应堆总耗量（即²³⁵U燃耗3.8mk，加Sm-149中毒6.2mk）,那么1年就得换料。这样会使I-型机的使用率降低，因而需要提高堆的总储备反应性当量，使其远大于上铍片10mk的当量。

（2）I-型堆的上铍片全高已使反应性补偿量达到饱和值，无潜力可挖，只能另觅门径。唯一对堆无全局影响就是I-型机在较宽的侧铍厚度内开设通孔，插入中子吸收体，在装料时贮备适当反应性当量，随着上铍片当量耗尽时逐步提升吸收体，释放所需反应性维持连续运行照射。设计当量取作上铍片全高当量16mk之半。而且分配给两根吸收调节器上，镉调节芯管17取材金属镉，每根镉调节芯管17的外径为3cm，厚1mm，长25cm。其反应性当量为4mk约与中央控制棒相当。

（3）I-型机启动调试实测2根反应性调节器棒的总反应性当量为8.07mk，而上铍片全高的反应性当量为16.108mk。I-型机的总的反应性储备量为4.2+8.07+16.108=28.378mk。比SLOWDOKE-2名义值翻了一番。考虑到照射治疗时间有长有短，近年更多的任务属临床前照射研究，估计首次换料周期约为3-5年。

3.适配中子谱的瓦形制件（图5～图8）

石墨瓦（图5、6）由上、下端板（L₄铝）、外弧板（L₄铝）、石墨、侧板（L₄铝）、内弧板（L₄铝）和吊环（L₄铝）经过氩弧焊焊接，将石墨包裹在铝的包壳内，经过水煮找漏和真空盒真空检漏检查，确保石墨包壳的密封性。石墨瓦的内弧和侧铍环的外径及石墨瓦的外径和下筒体的内径的配合间隙，既要实现尽可能小的水间隙，也要满足安装的可行性要求。

铝瓦（图7、8）由整块纯铝制成，外形尺寸与石墨瓦相同。

（1）如何实现一个堆芯引出两条不同能域中子束

在研究堆上引出中子束是核工程界的一个新课题。美国MITR-II堆近堆芯外侧部位加置一套专门设计的高浓铀制成裂变转换板装置，利用堆芯外泄的热中子打在裂变板上造成高通量的中子源，引入束装置调节成一条所需超热束照射病人。芬兰Fir-1堆打算在堆芯燃料外圈一定区域用高浓度铀元件代替原有低浓燃料棒，引成局部高通量区，输入一条束装置来提高治疗通量。但在同一个堆芯两侧引出二条不同能域的照射束，世界上绝无仅有，终于在I-型机上具体实行了。它是通过适配不同能量中子的慢化与吸收性能的金属铝与石墨材料制成特形件，分别构成超热与热能通行窗加以区隔的。

（2）何处布设特形件，如何评估其负面效应。

SLOWDOKE-2与MNSR已是构造完整能批量生产的核装置，它的构造都能自洽适宜物理、热工、水流与力学的平衡点，任何改动尤其是在堆芯区域增设附加部件都会破坏这种平衡点。SLOWDOKE-2与MNSR堆芯中仅有可插外设件的区域就是侧铍环外与堆容器之间其宽度约为8cm的水容积空间。这是一个活的冷却水流道，即堆芯出口处冷却水从上向下，流经这个空间，从底部进入这个堆芯，从而自然循环流动冷却。附加部件放入必须评估它对流动的影响与反应性平衡的影响。

I-型机的设计把外加件布设于部分环形水空间中，分为左、右各一块，不能全占，以免堵塞流道，瓦件放入首先要保证它能起到区隔中子能谱的作用，然后评估其物理与热工的可行性。

（3）外加瓦形件的可行性

为尽量多拦截侧铍环泄出的中子，兼顾冷却水的畅流，经多次计算，确定两侧瓦件的优化弧度为120°，瓦件高度从60cm提升到80cm，厚度选为74.5mm，经1:1堆外物理零功率实验测量，相比于原有水隙，放入铝制瓦件后，损失的反应性为-7.14mk，放入石墨瓦件后，损失的反应性为-4.54mk。即堆芯中外加这二个瓦件同时挤掉相应的水容积后，堆芯需补加-11.68mk的相应装铀量。这是I-型机燃料组件完全能担负的，即平均堆芯装量最多增加9根燃料元件，物理上是可行的。通过堆外1:1热工台架实验的测量与观察，发现放置两个瓦件后，环形水隙剩余空间内水流流动仍为畅通，无明显异常流态，相关堆芯部件的温度分布正常（见图17）

由图17可知，底铍和顶铍的温度与堆芯进、出口温度接近，而侧铍温度相对于堆芯水温较低，说明堆芯中燃料元件发出的部分热量通过侧铍传出到外侧的下降流体通道中。

相关的堆芯部件中，最高温度发生在堆芯顶部上铍片底面上，约326.0K(～53℃)完全属于正常热工状态。由此终于实现了从一个均匀分布的堆芯一侧铍环泄出的均衡中子谱，左侧的石墨瓦把该均衡谱中超热中子慢化成热中子，并把原有占主导的热中子一起输入到热束装置中。右侧的铝瓦把该均衡谱中的热中子被Al材吸收一部分，使其尽少的输入超热束，而接近1MeV的高能中子谱通过Al材窗口引入超热束加以慢化成超热能谱。通过堆芯燃料组件外圈不同材料元件的布设，I-型机束流装置出口通量的热束达2×10⁹n·cm^-2·s^-1，可与世界一流热束装置相媲美。而超热束为4.5×10⁸n·cm^-2·s^-1则与堆功率为4万kW的欧盟HFR堆超热中子束齐平。而I-型机仅有30kW堆功率，尤其是一堆同时提供两条束的中子源。

4.低浓铀的燃料组件（图9，图10）

为解决堆芯燃料的低浓化及提高燃料组件和元件的使用性能和寿期，本装置堆芯部件发明设计的燃料组件由下栅板22（Zr-4）、支杆23（Zr-4）、燃料元件25（UO₂）、抓杆24（Zr-4）和上栅板21（Zr-4）组成。

上、下栅板21、22的等间距的十个同心圆上对应的均匀设有350个孔，从最靠近圆心的圆周开始依次分布有6个孔、14个孔，19个孔、26个孔、32个孔、38个孔、44个孔、50个孔、56个孔和65个孔；第一至第九圈的孔布置含235U富集度为12.5%的燃料元件25；第十圈的65个孔位中，靠铝瓦件6一侧设置12根²³⁵U富集度为12.5%的元件，靠石墨瓦组件8一侧设置5根²³⁵U富集度为12.5%的燃料元件25和5根铝制挤水棒，其它38个孔中设置贫铀燃料元件25，剩余5个孔中设置连接上栅板21和下栅板22的支杆。最靠中心的圆周的直径为21.5mm，由里向外每圈的直径增加23.2mm。

支杆23与下栅板22用螺纹连接，上端螺杆用螺帽将上栅板21压紧，燃料元件25的下端也用螺纹与下栅板22上的螺孔进行连接。

燃料元件25（图11）由下端塞29（Zr-4）、包壳管26（Zr-4）、芯块27（UO₂）和上端塞28（Zr-4）构成。

下面按照顺序说明本发明的堆芯部件的组装过程：

中子源装置堆芯部件（图1和图2）：将底铍反射盘5放在堆芯支撑架7的凹槽内，接着装上侧铍反射环4和上铍片托板2，然后分别装上铝瓦件6和石墨瓦组件8并用螺杆拧入上铍片托板2的托板，将铝瓦件5和石墨瓦件组件8固定在堆芯支撑架7上，再根据图2位置分别装入反应性调节器9和中央控制棒1。

中央控制棒（图3）：端头14跟包壳11用氩弧焊进行焊接后，把1mm厚的镉板包裹到铝制芯棒13上制成圆柱形镉管12，把它装进包壳11内，最后把装上吸收体的包壳11与配重吊头15用氩弧焊焊接后，即成中央控制棒1。

反应性调节器（图4）：下端部塞20跟包管16用氩弧焊焊接，把1mm厚的镉板包裹到铝制芯体18上制成圆柱形镉调节芯管17，把它装入包管16内，并将上端部塞19跟包管16用氩弧焊焊接即成。

石墨瓦组件（图5、6）：将下端板跟内弧板用氩弧焊焊接在一起后，装入石墨，再将外弧板跟下端板用氩弧焊进行焊接，完成后把两侧板用氩弧焊与下端板、内弧板和外弧板焊接在一起，最后将上端板与内弧板、外弧板和两侧板用氩弧焊焊接，石墨瓦组件即告完成，经密封性检查合格后，就可装入活性区使用。

燃料组件（图9、10）：下栅板22放在平台上，依次将5根支杆23的下端螺纹拧入下栅板22的螺孔内，将上栅板28按径向为一直线的孔位对齐放入支杆23上端的螺杆内，并依靠放上垫片同时用螺帽拧紧，接着按由中心向外的顺序，逐圈将燃料元件25由上栅板21的孔位向下插入燃料元件25，将燃料元件25下端头螺纹拧入下栅板22的螺孔内。最外一圈插入并拧紧相应的燃料元件25和挤水棒，最后由下栅板22的中心孔处向上插入抓杆24，并伸出上栅板21，组件即完成。

燃料元件（图11）：所有的零件经过严格的清洗干燥后，将下端塞29装入包壳管26内，用电子束焊将两件焊接在一起，接着在包壳管26内装入UO₂芯块27，达到要求的高度后，装入上端塞28。上端塞28同UO₂芯块27间必须留有1mm的存气及补偿热膨胀的间隙，装入上端塞28将连接处用电子束焊机进行焊接，最后将焊接后的燃料元件25进行抽真空，并充氦气后将上端塞28轴向上的小孔用电子束焊机进行堵焊，最后经密封性检查合格后，即可提供安装使用。

Claims (9)

1.医院中子照射器-I中子源装置的堆芯部件，其特征在于：包括下筒体、位于所述下筒体之内的堆芯支撑架、位于所述堆芯支撑架之上的底铍反射盘、位于所述底铍反射盘之上的设有中央控制棒的燃料组件、位于所述燃料组件之上的上铍片托盘、包围所述燃料组件的侧铍反射环、位于所述侧铍反射环之内的两组反应性调节器、对称位于所述侧铍反射环两侧的石墨瓦组件与铝瓦件；所述中央控制棒的中心到石墨瓦组件周向两端形成的角度为120°；所述中央控制棒的中心到铝瓦件周向两端形成的角度为120°；所述燃料组件包括上、下栅板，在所述上、下栅板的等间距的十个同心圆上对应的均匀设有350个孔，从最靠近圆心的圆周开始依次分布有6个孔、14个孔，19个孔、26个孔、32个孔、38个孔、44个孔、50个孔、56个孔和65个孔；第一至第九圈的孔布置含²³⁵U富集度为12.5％的燃料元件；第十圈的65个孔位中，靠铝瓦件一侧设置12根²³⁵U富集度为12.5％的元件，靠石墨瓦组件一侧设置5根²³⁵U富集度为12.5％的燃料元件和5根铝制挤水棒，其它38个孔中设置贫铀燃料元件，剩余5个孔中设置连接所述上栅板和下栅板的Zr-4支杆。

2.根据权利要求1所述的医院中子照射器-I中子源装置的堆芯部件，其特征在于：所述最靠中心的圆周的直径为21.5mm,由里向外每圈的直径增加23.2mm。

3.根据权利要求1所述的医院中子照射器-I中子源装置的堆芯部件，其特征在于：所述燃料元件包括包壳管、位于所述包壳管两侧的下端塞与上端塞、以及位于所述包壳管之内的与上端塞保持1mm间隙的芯块。

4.根据权利要求3所述的医院中子照射器-I中子源装置的堆芯部件，其特征在于：所述下端塞、上端塞、芯块、包壳管均由Zr-4制成。

5.根据权利要求1所述的医院中子照射器-I中子源装置的堆芯部件，其特征在于：所述中央控制棒包括包壳、位于所述包壳两端的端头与配重吊头、位于所述包壳之内的镉管、位于所述镉管之内的芯棒；所述包壳由不锈钢制成；所述镉管外径为4mm，厚1mm，长280mm。

6.根据权利要求5所述的医院中子照射器-I中子源装置的堆芯部件，其特征在于：所述端头、配重吊头、包壳均由不锈钢制成；芯棒由L4铝制成。

7.根据权利要求1所述的医院中子照射器-I中子源装置的堆芯部件，其特征在于：所述反应性调节器包括包管、位于所述包管两侧的上端部塞与下端部塞、位于所述包管内的镉调节芯管、位于所述镉调节芯管内的芯体；所述镉调节芯管的外径为3cm，厚度为1mm，长25cm。

8.根据权利要求1所述的医院中子照射器-I中子源装置的堆芯部件，其特征在于：所述反应性调节器对称的设置于所述侧铍反射环的径向中心位置处。

9.根据权利要求1所述的医院中子照射器-I中子源装置的堆芯部件，其特征在于：所述石墨瓦组件的高度为80cm，厚度选为74.5mm；铝瓦件的高度为80cm，厚度选为78.5mm。