CN104240787A - 钠冷快堆结构材料辐照罐 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用反应堆内核辐射测量材料辐照性能的测量装置。为解决现有技术中没有方便适用的钠冷快堆结构材料辐照罐的问题，本发明提供了一种钠冷快堆结构材料辐照罐，包括外筒体、内筒体和中心管；中心管位于内筒体内部中央；中心管与内筒体之间设有样品管放置区域；内筒体开口端设有接头；外筒体位于整体结构外部，其顶端设有外端盖；内筒体内部充有液钠，内筒体和外筒体之间充有氦气；连接方式采用焊接。本发明的钠冷快堆结构材料辐照罐解决了现有技术中没有方便适用的钠冷快堆结构材料辐照罐的问题，单次试验能够满足标准试验要求的最低样品数，结构设计合理，便于使用，具有试验参数的非在线监测功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用反应堆内核辐射测量材料辐照性能的测量装置，特别涉及一种钠冷快堆结构材料辐照罐。
背景技术
材料辐照性能是核电站材料最重要的使用性能之一，应用于核电站中任何辐射场所的新材料都需要进行辐照考验，以掌握其辐照性能。
快中子研究堆中核裂变产生的快中子场为加速完成核材料辐照考验提供了辐照场所。开展材料辐照考验，需要结合研究堆的辐照条件，并根据辐照材料的样品尺寸、辐照温度及损伤剂量等具体要求，研制独特的辐照装置。各国的试验堆上都建立了独特的辐照技术，并以此为基础，进行了大量反应堆材料的辐照试验研究。例如美国阿贡实验室的快中子试验堆EBR－Ⅱ，在建成后经过改造，成了美国研究材料辐照效应的有力工具。在1965至1975年EBR－Ⅱ堆上共完成了6378次辐照试验，辐照样品包括氧化物燃料、其它钠冷快堆燃料、驱动燃料、包壳和结构材料以及控制材料等。
辐照技术已发展为专门的核工程技术，其技术特点集中反映在辐照装置的设计上。辐照装置的分类方法很多，最重要的是按传热途径分类。1）直接或间接用一回路冷却剂冷却的称为辐照罐：直接的是指开式辐照罐，样品与冷却剂直接接触；间接的是指闭式辐照罐，样品与冷却剂之间有传热介质。2）独立于堆冷却系统而自备小回路冷却的，称辐照回路。快中子实验堆由于结构和冷却剂的特殊性，主要依靠辐照罐进行辐照试验。
理论上，辐照罐大致可分为两种：带有测量仪器的辐照罐和无测量仪器的辐照罐。前者在辐照中，能测量或控制各部位温度、压力、变形等参数，结构较复杂；而后者无在线测量功能，结构相对简单。辐照罐的设计要考虑物理、热工、结构、水力自紧以及测量要求。辐照罐在堆内的导热，是依靠改变罐和辐照孔道之间的间隙，以及改变罐壁的传热面积来进行的。辐照罐轴向温度分布不均匀性的解决办法可将辐照罐设计成阶梯形，改变装置的各部分和孔道之间的间隙，以调平温度分布。
辐照试验最为重要的监测参数是温度和中子注量。在线温度测量通常采用热电偶，选择热电偶材料取决于使用温度，热电偶热点与测温点的联结，必须牢靠，通常采用点焊或压紧固定。在不带测量仪表的辐照罐中，温度、中子注量监测采用非在线的方法，温度检测常用的方法是利用材料的温度效应，在辐照试验后予以测量反推辐照温度，例如采用共晶合金，根据其辐照后的状态及微观结构判断辐照温度；积分注量常用探测片实测，较计算法准确。快中子积分注量的测量采用镍、铁、钨等做探测片，也有用二氧化硅测快中子积分注量的报道。
由于钠冷快堆结构的特殊性，首先考虑的应是非在线测量的辐照罐，然而由于钠冷快堆技术尚在发展之中，可供参考的公开文献极为有限，至今没有发现较为适于应用的此类辐照罐，因此基于实际需要，应研制一种方便适用的钠冷快堆结构材料辐照罐。
发明内容
为解决现有技术中没有方便适用的钠冷快堆结构材料辐照罐的问题，本发明提供了一种钠冷快堆结构材料辐照罐，具体如下：
该钠冷快堆结构材料辐照罐包括外筒体、内筒体和中心管；所述内筒体内部底端设有下盖片，内筒体内部开口端设有上盖片，下盖片和上盖片均为多孔板；中心管位于内筒体内部中央，其两端分别固定于下盖片和上盖片中心位置，中心管两端分别设有上端塞和下端塞，中心管管壁开孔；中心管与内筒体之间设有样品管放置区域；内筒体开口端设有接头，接头为中空结构，接头底端套在内筒体内部，接头底端内缘倒角，接头顶部开口，开口周围内壁采用斜面设计；接头顶部开口端设有密封塞和螺帽，螺帽通过压紧管压住密封塞实现接头和内筒体的密封，螺帽外部设有内端盖；外筒体位于内筒体、接头和内端盖组成的整体结构外部，其顶端设有外端盖；所述内筒体内部充有液钠，接头的中空部分充有氩气，内筒体和外筒体之间充有氦气，中心管内设有用于温度监测的共晶合金，外筒体外部设有均匀分布的用于中子注量测量的探测片；其中，内筒体与接头之间、接头与内端盖之间以及外筒体与外端盖之间的连接方式为焊接，所述外筒体和内筒体的材料为不锈钢。
所述上端塞通过压扁螺母与上盖片连接为优选。
所述钠冷快堆结构材料辐照罐在使用时可以在轴向位置布置两个以上，使用环境为堆芯活性区。
本发明的钠冷快堆结构材料辐照罐的功能和特点如下：
1.与钠冷快堆堆芯条件相匹配：本发明的钠冷快堆结构材料辐照罐便于放入外形与钠冷快堆堆芯组件相同的容器内使用，此时的结构与现有操作系统相匹配，便于入堆、出堆的操作。
2.单次试验能够满足标准试验要求的最低样品数：最大化利用了内部空间，通过结构设计和优化样品布置方案，每个钠冷快堆结构材料辐照罐内部放入的材料样品可以涵盖拉伸样品、双轴蠕变样品以及微观分析样品等多种类型的样品，且能够满足最低样品数要求。
3.结构设计合理，便于使用：内筒体内部充有液钠以使温度分布均匀，上部留有气体膨胀空间，外筒体和内筒体之间充氦气。根据钠冷快堆运行功率，通过调整试验样品数量，以及外筒体和内筒体之间的气隙宽度，获得所需辐照温度。内筒体上部设有密封塞，便于充液钠和密封。
4.具有试验参数的非在线监测功能：设有用于中子注量测量的探测片和用于温度监测的共晶合金，可以通过辐照后检验获取试验参数。
5.必要时，钠冷快堆结构材料辐照罐可以在轴向位置布置两个以上以增加样品数量，并且可以设计成不同的辐照温度。
本发明的钠冷快堆结构材料辐照罐解决了现有技术中没有方便适用的钠冷快堆结构材料辐照罐的问题，与钠冷快堆堆芯条件匹配良好；单次试验能够满足标准试验要求的最低样品数，最大化利用了内部空间；结构设计合理，便于使用；具有试验参数的非在线监测功能；使用时可以在轴向位置布置多个以增加样品数量，并且可以设计成不同的辐照温度。
附图说明
图1 本发明的钠冷快堆结构材料辐照罐结构示意图
附图标记：1.外端盖；2.外筒体；3.内端盖；4.接头；5.内筒体；6.螺帽；7.压紧管；8.密封塞；9.压扁螺母；10.上盖片；11.上端塞；12.接管；13.中心管；14.板状微观分析样品；15.双轴蠕变样品；16.拉伸样品；17.支柱；18.下盖片；19.下端塞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例
该钠冷快堆结构材料辐照罐包括外筒体2、内筒体5和中心管13；所述内筒体5内部底端设有下盖片18，内筒体5内部开口端设有上盖片10，下盖片18和上盖片10均为多孔板；中心管13位于内筒体5内部中央，其两端分别固定于下盖片18和上盖片10中心位置，中心管13两端分别设有上端塞11和下端塞19，中心管13管壁开孔；中心管13与内筒体5之间设有样品管放置区域；内筒体5开口端设有接头4，接头4为中空结构，接头4底端套在内筒体5内部，接头4底端内缘倒角，接头4顶部开口，开口周围内壁采用斜面设计；接头4顶部开口端设有密封塞8和螺帽6，螺帽6通过压紧管7压住密封塞8实现接头4和内筒体5的密封，螺帽6外部设有内端盖3；外筒体2位于内筒体5、接头4和内端盖3组成的整体结构外部，其顶端设有外端盖1；所述内筒体5内部充有液钠，接头4的中空部分充有氩气，内筒体5和外筒体2之间充有氦气，中心管13内设有用于温度监测的共晶合金，外筒体2外部设有均匀分布的用于中子注量测量的探测片；其中，内筒体5与接头4之间、接头4与内端盖3之间以及外筒体2与外端盖1之间的连接方式为焊接，所述外筒体2和内筒体5的材料为不锈钢。所述上端塞11通过压扁螺母9与上盖片10连接，所述钠冷快堆结构材料辐照罐使用时在轴向位置布置两个以上。
其中，板状微观分析样品14置于中心管13内部；双轴蠕变样品15管围绕中心管13放置，其上端可通过接管12与上盖片10连接；拉伸样品16管置于双轴蠕变样品15管外围，其下部通过套于其内的支柱17固定在下盖片18上。辐照温度约为450℃～600℃。
Claims (3)
1.一种钠冷快堆结构材料辐照罐，其特征在于：该钠冷快堆结构材料辐照罐包括外筒体、内筒体和中心管；所述内筒体内部底端设有下盖片，内筒体内部开口端设有上盖片，下盖片和上盖片均为多孔板；中心管位于内筒体内部中央，其两端分别固定于下盖片和上盖片中心位置，中心管两端分别设有上端塞和下端塞，中心管管壁开孔；中心管与内筒体之间设有样品管放置区域；内筒体开口端设有接头，接头为中空结构，接头底端套在内筒体内部，接头底端内缘倒角，接头顶部开口，开口周围内壁采用斜面设计；接头顶部开口端设有密封塞和螺帽，螺帽通过压紧管压住密封塞实现接头和内筒体的密封，螺帽外部设有内端盖；外筒体位于内筒体、接头和内端盖组成的整体结构外部，其顶端设有外端盖；所述内筒体内部充有液钠，接头的中空部分充有氩气，内筒体和外筒体之间充有氦气，中心管内设有用于温度监测的共晶合金，外筒体外部设有均匀分布的用于中子注量测量的探测片；其中，内筒体与接头之间、接头与内端盖之间以及外筒体与外端盖之间的连接方式为焊接，所述外筒体和内筒体的材料为不锈钢。
2.如权利要求1所述的钠冷快堆结构材料辐照罐，其特征在于：所述上端塞通过压扁螺母与上盖片连接。
3.如权利要求1所述的钠冷快堆结构材料辐照罐，其特征在于：所述钠冷快堆结构材料辐照罐在使用时可以在轴向位置布置两个以上。
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