CN104103328A - 一种圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法 - Google Patents

一种圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法 Download PDF

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邵增
霍小东
易璇
杨海峰
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Abstract

本发明涉及核燃料后处理厂溶解器的临界安全控制技术，具体涉及一种圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，包括设置在溶解器壁内的圆柱固体结构，所述圆柱固体结构的边缘设有若干个沿轴向延伸的孔，每个孔均与溶解器壁内的溶解液连通，在每个孔内分别放置大吊篮，被剪成短段的核燃料置于大吊篮内。本发明提高了后处理厂关键工艺设备溶解器的处理量，可以解决后处理厂关键的临界安全控制问题。

Description

一种圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法
技术领域
本发明涉及核燃料后处理厂溶解器的临界安全控制技术，具体涉及一种圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法。
背景技术
乏燃料后处理是闭合核燃料循环的重要阶段，工艺过程主要包括首端处理、化学分离和铀、钚尾端。其中首端处理主要是对乏燃料组件进行切割、溶解、过滤、调料，为化学分离做准备。
溶解器是后处理厂首端处理的一个关键工艺设备，其主要功能是溶解剪切成短段的乏燃料。目前国内使用的批式溶解器能够处理初始235U富集度3.3wt％、最高燃耗33000MWd/tU的动力堆乏燃料组件，处理量较小。在剪切过程中有剩余乏燃料组件残段悬挂于剪切热室中的情况出现，剩余的乏燃料组件残段作为一个强辐射源，不仅会使剪切机精密部件、气路管道、电缆等产生辐照损伤，意外跌落到溶解器增加投料量从而影响临界安全，增加放射性气体或气溶胶的释放从而影响通风系统，还影响剪切热室的相关操作，如热室检修、吊篮转移和包壳倾倒等。
为解决上述问题，需要在现有溶解器的基础上进行放大设计，实现溶解器每批的处理能力为一次完成一个乏燃料组件的溶解过程。将批式溶解器放大设计，不可避免地要增加溶解管的直径，放大形成的批式溶解器，将不再具有几何临界安全性能。
此外，为了处理更高初始富集度的核燃料组件，如初始235U富集度提高到4.45wt％甚至更高，核临界安全问题也必须重新进行分析和研究，并选择可靠的临界安全控制手段来确保溶解器运行过程中始终处于次临界安全状态，这是需要解决的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，降低后处理厂关键工艺设备溶解器的系统反应性，在保证临界安全的前提下，有效增加溶解器的处理量。
本发明的技术方案如下：一种圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，包括设置在溶解器壁内的圆柱固体结构，所述圆柱固体结构的边缘设有若干个沿轴向延伸的孔，每个孔均与溶解器壁内的溶解液连通，在每个孔内分别放置大吊篮，被剪成短段的核燃料置于大吊篮内。
进一步，如上所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其中，所述的圆柱固体结构外以及开孔部分包覆一层用于保护结构完整性的包壳。
进一步，如上所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其中，在所述的圆柱固体结构上部设有圆锥状结构的分料装置。
进一步，如上所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其中，所述的圆柱固体结构为混凝土浇筑结构；在混凝土材料中可以含有一定量的中子毒物，如钆、硼、银、铟、镉、铪、钽、铕等。
进一步，如上所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其中，在所述的圆柱固体结构内部沿径向设有若干个中子毒物隔板，每个中子毒物隔板将相邻的大吊篮分隔开。中子毒物隔板的材料可以包括钆、硼、银、铟、镉、铪、钽、铕等核素。
进一步，如上所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其中，所述的大吊篮壁上设有若干供溶液穿过的微孔。
进一步，如上所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其中，放置大吊篮的孔在圆柱固体结构的边缘均匀设置。
本发明的有益效果如下：本发明设在溶解器内的圆柱结构使用混凝土或含硼混凝土等材料，在圆柱边缘设置几个圆柱小孔，用于放置大吊篮，圆柱结构和大吊篮外为盛装溶解液的溶解器壁。圆柱结构体内、圆柱小孔之间，用中子毒物板隔开，进一步弱化中子相互作用，提高处理量。本发明的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的临界安全控制方法提高了后处理厂关键工艺设备溶解器的处理量，可以解决后处理厂关键的临界安全控制问题。
附图说明
图1为圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器横截面示意图；
图2为圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器纵截面示意图。
图中，1.溶解器壁  2.溶解液  3.包壳  4.圆柱固体结构  5.大吊篮  6.分料装置  7.中子毒物隔板
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。
本发明提供了一种圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，包括中设置在溶解器壁1内的圆柱固体结构4，圆柱固体结构4边缘开若干个沿轴向延伸的圆柱形的孔，这些孔与溶解器壁内的溶解液2连通，孔内分别放置大吊篮5，通过增加大吊篮数目并进行隔离的方法来达到控制临界安全的目的。
图1为圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器横截面图，图2为圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器纵截面图。如图1、2所示，中心布置的圆柱固体结构4为较大直径的实体材料，一般可用混凝土浇筑。为了提高临界安全控制效果，也可以使用含硼混凝土等含有一定量中子毒物的结构材料。圆柱固体结构4上部做成圆锥状结构作为分料装置6，用于引导剪切的核燃料短段均匀进入大吊篮5内。
圆柱固体结构4外包覆一层包壳3。包壳3为具有一定硬度、耐溶解液2腐蚀的结构材料，如各种不锈钢、钛合金以及其它可用合金等材料，用于保护圆柱固体结构4的完整性。
圆柱固体结构4边缘开若干个孔，并与溶解器壁1内的溶解液2连通。开孔部分也同样包有一定厚度的包壳3。每个开孔中心均布置一个大吊篮5。与传统的溶解器相比，大吊篮5直径较小，为几何临界安全的结构。相邻大吊篮5之间均隔有圆柱固体结构4实体材料，通过限制相互作用来降低系统的反应性。正常运行时，被剪切机剪切成短段的核燃料经分料装置分别进入各大吊篮5内，在其中的硝酸溶解中进行溶解，形成溶解液。大吊篮壁上开有一定数目的供溶液穿过的微孔，与溶解器壁内的溶液进行物质和能量交换。
在圆柱固体结构4内部沿径向设有若干个中子毒物隔板7，进一步弱化中子相互作用，提高溶解器的处理量。在较为优选的方案中，放置大吊篮5的孔在圆柱固体结构4的边缘均匀设置，所述的中子毒物隔板7也呈放射状的相互等距布置。
这种布置方式使用直径较小的若干个大吊篮，通过圆柱固体结构减弱相互之间的耦合作用，虽然每个大吊篮的横截面积稍小，但通过布置多个大吊篮可以实现增加核燃料处理量的目的。
本发明的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器的临界安全控制方法，可以有效解决大容量批式溶解器临界安全控制问题，提高后处理厂关键工艺设备溶解器的处理量。
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 (8)

1.一种圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：包括设置在溶解器壁(1)内的圆柱固体结构(4)，所述圆柱固体结构(4)的边缘设有若干个沿轴向延伸的孔，每个孔均与溶解器壁内的溶解液(2)连通，在每个孔内分别放置大吊篮(5)，被剪成短段的核燃料置于大吊篮(5)内。
2.如权利要求1所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：所述的圆柱固体结构(4)外以及开孔部分包覆一层用于保护结构完整性的包壳(3)。
3.如权利要求1所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：在所述的圆柱固体结构(4)上部设有圆锥状结构的分料装置(6)。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：所述的圆柱固体结构(4)为混凝土浇筑结构。
5.如权利要求4所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：在圆柱固体结构(4)的混凝土材料中含有一定量的中子毒物。
6.如权利要求4所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：在所述的圆柱固体结构(4)内部沿径向设有若干个中子毒物隔板(7)，每个中子毒物隔板(7)将相邻的大吊篮(5)分隔开。
7.如权利要求1-3中任意一项所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：所述的大吊篮(5)壁上设有若干供溶液穿过的微孔。
8.如权利要求1-3中任意一项所述的圆柱固体结构边缘开孔布置吊篮的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：放置大吊篮(5)的孔在圆柱固体结构(4)的边缘均匀设置。
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