CN104112486B - 一种离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法 - Google Patents

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，具体涉及一种离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，包括置于溶解器壁和大吊篮壁之间的溶解液中的若干根中子毒物棒，所述中子毒物棒包括毒物包壳和设置在毒物包壳内的中子毒物，相邻的中子毒物棒之间通过若干层紧固连接件进行连接。本发明的离散式中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，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。同时，其不会干扰正常的溶解过程，能防止核燃料短段对中子毒物棒的冲击和破坏。

Description

一种离散式固体中子毒物布置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，具体涉及一种离散式固体中子毒物布置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离散式固体中子毒物布置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：一种离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，包括置于溶解器壁和大吊篮壁之间的溶解液中的若干根中子毒物棒，所述中子毒物棒包括毒物包壳和设置在毒物包壳内的中子毒物，相邻的中子毒物棒之间通过若干层紧固连接件进行连接。

进一步，如上所述的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，其中，所述的若干根中子毒物棒沿溶解器壁环向均匀设置，将大吊篮围拢在中间，高度方向上能够覆盖大吊篮。

进一步，如上所述的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，其中，所述中子毒物为含较大中子吸收截面核素的物质，所述核素包括钆、硼、银、铟、镉、铪、钽、铕等。

进一步，如上所述的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，其中，所述的中子毒物棒的毒物包壳为具有一定硬度、耐强酸溶解液腐蚀的结构材料，所述材料包括各种不锈钢、钛合金以及其它可用合金等材料。

进一步，如上所述的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，其中，所述的中子毒物棒的毒物包壳和中子毒物之间留有空隙。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的中子毒物采用棒状结构，并使用包壳进行封装，保护毒物材料的结构，防止溶液的腐蚀。中子毒物棒沿容器壁环状离散布置，组成笼状吊篮结构，完全覆盖大吊篮，中子毒物具有较大中子吸收截面，可降低系统的反应性。本发明的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，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。同时，其不会干扰正常的溶解过程，能防止核燃料短段对中子毒物棒的冲击和破坏。

附图说明

图1-1、图1-2为中子毒物棒的结构示意图；

图2为离散式中子毒物棒连接在一起形成笼状结构的示意图；

图3-1、图3-2为离散式中子毒物棒置于溶解器中的结构示意图。

图中，1.中子毒物 2.空隙 3.毒物包壳 4.紧固连接件 5.溶解器壁 6.大吊篮壁 7.溶解液

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。

本发明的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，包括离散的若干中子毒物棒，这些中子毒物棒通过紧固件连接成为一个笼状吊篮，笼状吊篮布置在溶解器壁与大吊篮壁之间，通过对热中子的吸收达到控制临界安全的目的。

图1-1、图1-2给出了中子毒物棒结构示意图，图1-1为纵向截面图，图1-2为横截面图。中子毒物棒主要包括中子毒物1和毒物包壳3两部分，之间留有空隙2，便于装配。中子毒物1可以是含中子吸收截面较大核素的物质，如钆、硼、银、铟、镉、铪、钽、铕等核素的单质或化合物。毒物包壳3为具有一定硬度、耐溶解液7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。用于保证中子毒物的完整性和几何结构。

图2给出了离散式中子毒物棒笼状吊篮结构的横截面示意图，若干个中子毒物棒通过紧固连接件4连接成为一个笼状吊篮，中子毒物棒沿笼状吊篮所在圆周均匀散布，其直径和数目可根据需要进行调整。这种离散布置的中子毒物棒能够有效控制系统反应性，并减少干涉效应。

图3-1、图3-2给出了离散式中子毒物棒笼状吊篮结构在溶解器中的布置示意图，图3-1为纵向截面图，图3-2为横截面图。正常运行时，被剪切机剪切成短段的核燃料经斜溜槽进入大吊篮内，在其中的硝酸溶解中进行溶解，形成溶解液。大吊篮壁6上开有一定数目的微孔，与溶解器壁5内的溶液进行物质和能量交换。离散式中子毒物棒笼状吊篮结构布置在溶解器壁5和大吊篮壁6之间的溶解液7中，高度方向上能够覆盖大吊篮。根据高度和结构力学需要，布置若干层紧固连接件4。中子毒物1具有较大的中子吸收截面，通过对中子的吸收，降低系统的反应性。这种布置方式可以在实现临界安全控制功能的同时，不干扰正常的溶解过程，并能防止核燃料短段对中子毒物棒的冲击和破坏。

本发明所提供的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，对溶解器的临界安全进行控制，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 (5)

1.一种离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：包括置于溶解器壁(5)和大吊篮壁(6)之间的溶解液(7)中的若干根中子毒物棒，所述中子毒物棒包括毒物包壳(3)和设置在毒物包壳(3)内的中子毒物(1)，相邻的中子毒物棒之间通过若干层紧固连接件(4)进行连接。

2.如权利要求1所述的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：所述的若干根中子毒物棒沿溶解器壁环向均匀设置，将大吊篮围拢在中间，高度方向上能够覆盖大吊篮。

3.如权利要求1或2所述的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：所述中子毒物(1)为含较大中子吸收截面核素的物质，所述核素包括钆、硼、银、铟、镉、铪、钽、铕等。

4.如权利要求1或2所述的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：所述的中子毒物棒的毒物包壳(3)为具有一定硬度、耐强酸溶解液腐蚀的结构材料，所述材料包括各种不锈钢、钛合金以及其它可用合金等材料。

5.如权利要求1或2所述的离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法，其特征在于：所述的中子毒物棒的毒物包壳(3)和中子毒物(1)之间留有空隙(2)。