CN105551544A - 用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及强放射性材料储存领域。为解决现有乏燃料棒储存方式难以有效的保护乏燃料样品，不能很好的控制放射性密闭等问题，本发明提供了一种用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置与方法。该装置包括储存容器和检漏容器，所述储存容器的开口端设有旋塞，所述检漏容器为一端封闭的管状结构，并设有通气接口，所述检漏容器还设有卡盘法兰和法兰盖，所述螺杆上还设有旋柄。本发明的装置与方法能够有效避免乏燃料棒受到水分和氧的影响，具有设备结构较为简单、可靠性高、操作便捷、占用热室空间小的优点，使得热室中困难的机械手操作得以便利化，较好的满足了乏燃料棒及其样品长期安全储存的需要。

Description

用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置与方法
技术领域
本发明涉及强放射性材料储存领域，特别涉及一种用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置与方法。
背景技术
在核电领域，核燃料通常被制成燃料组件以便于其在核反应堆内进行裂变反应。以最常见的压水堆核电站为例，其采用富集度为3.2％的低浓缩铀，并烧结成二氧化铀陶瓷芯块作为核燃料。几百个陶瓷芯块叠在一起装入细长的锆合金管内制成核燃料棒，若干核燃料棒组装在一起形成燃料组件。当燃料组件中的核燃料反应到一定的燃耗深度后，需要从核反应堆中卸出，卸出的核燃料棒称之为乏燃料棒。
通常，燃料棒经过堆内辐照后，芯块易碎裂并有大量的裂变产物包容在燃料棒内腔中。在对乏燃料棒进行辐照后检验的同时，将乏燃料棒分段制成样品，涉及到乏燃料棒及其样品的长期储存问题。由于乏燃料棒样品中的UO2曝露在空气中会吸附空气中的水分，与乏燃料中的裂变产物发生作用；曝露在空气中的裂变产物与氧的接触发生氧化，这些因素均会使乏燃料棒的微观结构发生变化。另外，由于乏燃料棒存在易挥发性裂变产物与裂变气体，会缓慢释放出易挥发性裂变产物(如133Xe、85Kr和131I等)，对储存环境造成放射性气溶胶污染。
目前，热室内乏燃料棒的储存方式主要为半开放式，乏燃料样品直接曝露在空气中，造成乏燃料样品原始形貌发生变化，同时乏燃料中易挥发出裂变产物、微小颗粒物,会造成放射性气溶胶浓度的增加。
发明内容
为解决现有乏燃料棒储存方式难以有效的保护乏燃料样品，不能很好的控制放射性密闭等问题，本发明提供了一种用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置与方法。
该装置包括储存容器和检漏容器，所述储存容器一端开口，开口端内壁上设有内螺纹，另一端封闭，封闭端的外端面上开有卡槽；所述储存容器的开口端设有旋塞，所述旋塞上设有与储存容器开口端的内螺纹相适配的外螺纹，旋塞采用空腔结构，空腔开口于旋塞内端，空腔的开口设有微孔过滤片，旋塞的侧壁上开有通气孔，旋塞的外端面上开有卡槽；所述检漏容器为一端封闭的管状结构，检漏容器封闭端内部设有与储存容器封闭端卡槽相适配的储存容器卡销，检漏容器封闭端还设有通气接口；所述检漏容器的内壁上设有储存容器支承套，检漏容器的开口端设有卡盘法兰，所述卡盘法兰上设有两个以上卡孔，所述卡孔分为置入端和锁紧端，且置入端的宽度大于锁紧端的宽度，所述卡盘法兰上还设有手柄；所述检漏容器上还设有法兰盖，所述法兰盖上设有与卡盘法兰的卡孔相适配的法兰盖卡销，该法兰盖卡销端部膨大，膨大部尺寸小于卡盘法兰卡孔的置入端且大于锁紧端；所述法兰盖中部设有导向管，导向管内设有导向杆，所述导向杆的一端设有与旋塞卡槽相适配的旋塞卡销，另一端与穿过法兰盖的螺杆固定连接；所述法兰盖上螺杆穿过的位置设有螺孔，该螺孔的内螺纹与所述螺杆的外螺纹相适配；所述螺杆上还设有旋柄。
所述旋塞上还设有密封圈为优选。
所述卡盘法兰上还设有密封圈为优选。
所述导向杆上还设有密封圈为优选。
所述通气孔的数量优选为两个以上。
所述储存容器卡销、法兰盖卡销和旋塞卡销的数量均优选为三个以上。
一种采用上述装置储存乏燃料棒的方法，该方法包括以下步骤：
(一)在热室内，将待储存乏燃料棒装入储存容器，通过旋柄旋上旋塞，并使旋塞的通气孔处于通气状态；将上述装有乏燃料棒的储存容器装入检漏容器内，盖上法兰盖，通过扳动卡盘法兰的手柄使其锁紧；将检漏容器的通气接口以通气管与热室外的真空泵相连接；
(二)对检漏容器进行加热，乏燃料棒受热后，其吸附的水分以气体形式被逐渐释放，通过真空泵抽出检漏容器内的气体，储存容器内的气体也经由旋塞的通气孔被抽出；随着抽气的进行，乏燃料棒还会释放出一定量的易挥发性裂变产物，微孔过滤片能够将大部分放射性微粒截留在储存容器内，抽出的易挥发性裂变产物经热室外的冷阱进行捕获；
(三)通过热室外的γ谱仪对抽出的气体进行监测，以便控制检漏容器的加热温度；
(四)通过检漏容器的通气接口通入氦气，待储存容器中充满氦气后，通过旋柄旋紧旋塞，使通气孔被关闭；打开法兰盖，通过检漏容器的通气接口通入压缩气体，将储存容器由检漏容器中吹出；
(五)对旋塞与储存容器进行密封焊接；将焊好的储存容器放回检漏容器内，盖上法兰盖，通过扳动卡盘法兰的手柄使其锁紧，对储存容器进行氦质谱检漏；检漏合格后，通过检漏容器的通气接口通入压缩气体，将储存容器由检漏容器中吹出，对装有乏燃料棒的储存容器进行储存。
所述对检漏容器进行加热优选为采用加热带进行加热。
所述对旋塞与储存容器进行密封焊接的焊接方式优选为钨极氩弧焊(TIG焊)。
本发明用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置采用了操作便利化设计，通过设置储存容器卡销、法兰盖卡销、旋塞卡销，以及与之配套的储存容器卡槽、卡孔、旋塞卡槽、导向杆、螺杆、旋柄等，使得该装置能够在热室中通过机械手方便的完成有关操作。旋塞上设置的微孔过滤片和通气孔实现了大部分放射性微粒的截留和水分的释放。
综上所述，本发明的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置与方法能够有效去除乏燃料棒吸附的水分及储存容器中的氧等不利物质，避免了乏燃料棒受到水分和氧的影响。该装置具有设备结构较为简单、可靠性高、操作便捷、占用热室空间小的优点，使得热室中困难的机械手操作得以便利化，较好的满足了乏燃料棒及其样品长期安全储存的需要。
附图说明
图1本发明用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置结构示意图。
图2本发明用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置的卡盘法兰示意图。
附图标记：1.储存容器，2.检漏容器，3.储存容器卡槽，4.旋塞，5.微孔过滤片，6.通气孔，7.旋塞卡槽，8.储存容器卡销，9.储存容器支承套，10.卡盘法兰，11.手柄，12.法兰盖，13.法兰盖卡销，14.导向杆，15.旋塞卡销，16.螺杆，17.旋柄，18.置入端，19.锁紧端，20.通气接口。
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1
如附图1和2所示，本发明的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置包括储存容器1和检漏容器2，所述储存容器1一端开口，开口端内壁上设有内螺纹，另一端封闭，封闭端的外端面上开有卡槽；所述储存容器1的开口端设有旋塞4，所述旋塞4上设有与储存容器1开口端的内螺纹相适配的外螺纹，旋塞4采用空腔结构，空腔开口于旋塞4内端，空腔的开口设有微孔过滤片5，旋塞4的侧壁上开有通气孔6，旋塞4的外端面上开有卡槽；所述检漏容器2为一端封闭的管状结构，检漏容器2封闭端内部设有与储存容器1封闭端卡槽相适配的储存容器卡销8，检漏容器2封闭端还设有通气接口20；所述检漏容器2的内壁上设有储存容器支承套9，检漏容器2的开口端设有卡盘法兰10，所述卡盘法兰10上设有两个以上卡孔，所述卡孔分为置入端18和锁紧端19，且置入端18的宽度大于锁紧端19的宽度，所述卡盘法兰10上还设有手柄11；所述检漏容器2上还设有法兰盖12，所述法兰盖12上设有与卡盘法兰10的卡孔相适配的法兰盖卡销13，该法兰盖卡销13端部膨大，膨大部尺寸小于卡盘法兰10卡孔的置入端18且大于锁紧端19；所述法兰盖12中部设有导向管，导向管内设有导向杆14，所述导向杆14的一端设有与旋塞卡槽7相适配的旋塞卡销15，另一端与穿过法兰盖12的螺杆16固定连接；所述法兰盖12上螺杆16穿过的位置设有螺孔，该螺孔的内螺纹与所述螺杆16的外螺纹相适配；所述螺杆16上还设有旋柄17。
所述旋塞4、卡盘法兰10和导向杆14上还可以设有密封圈；所述通气孔6的数量为4个；所述储存容器卡销8、法兰盖卡销13和旋塞卡销15的数量均为4个。
实施例2
采用实施例1的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置储存某一批乏燃料棒的方法，该方法包括以下步骤：
(一)在热室内，将待储存乏燃料棒装入储存容器1，通过旋柄17旋上旋塞4，并使旋塞4的通气孔6处于通气状态；将上述装有乏燃料棒的储存容器1装入检漏容器2内，盖上法兰盖12，通过扳动卡盘法兰10的手柄11使其锁紧；将检漏容器2的通气接口20以通气管与热室外的真空泵相连接；
(二)对检漏容器2进行加热，乏燃料棒受热后，其吸附的水分以气体形式被逐渐释放，通过真空泵抽出检漏容器2内的气体，储存容器1内的气体也经由旋塞4的通气孔6被抽出；随着抽气的进行，乏燃料棒还会释放出一定量的易挥发性裂变产物，微孔过滤片5能够将大部分放射性微粒截留在储存容器1内，抽出的裂变气体经热室外的冷阱进行捕获；
(三)通过热室外的γ谱仪对抽出的气体进行监测，以便控制检漏容器2的加热温度；
(四)通过检漏容器2的通气接口20通入氦气，待储存容器1中充满氦气后，通过旋柄17旋紧旋塞4，使通气孔6被关闭；打开法兰盖12，通过检漏容器2的通气接口20通入压缩气体，将储存容器1由检漏容器2中吹出；
(五)对旋塞4与储存容器1进行密封焊接；将焊好的储存容器1放回检漏容器2内，盖上法兰盖12，通过扳动卡盘法兰10的手柄11使其锁紧，对储存容器1进行氦质谱检漏；检漏合格后，通过检漏容器2的通气接口20通入压缩气体，将储存容器1由检漏容器2中吹出，对装有乏燃料棒的储存容器1进行储存。
所述对检漏容器2进行加热可以采用加热带；所述对旋塞4与储存容器1进行密封焊接的焊接方式采用钨极氩弧焊。
上述实际应用表明，本发明的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置与方法可靠性高、操作便捷，热室中的机械手操作较为便利，明显降低了操作人员的工作强度。

Claims (9)

1.一种用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置，其特征在于：该装置包括储存容器和检漏容器，所述储存容器一端开口，开口端内壁上设有内螺纹，另一端封闭，封闭端的外端面上开有卡槽；所述储存容器的开口端设有旋塞，所述旋塞上设有与储存容器开口端的内螺纹相适配的外螺纹，旋塞采用空腔结构，空腔开口于旋塞内端，空腔的开口设有微孔过滤片，旋塞的侧壁上开有通气孔，旋塞的外端面上开有卡槽；所述检漏容器为一端封闭的管状结构，检漏容器封闭端内部设有与储存容器封闭端卡槽相适配的储存容器卡销，检漏容器封闭端还设有通气接口；所述检漏容器的内壁上设有储存容器支承套，检漏容器的开口端设有卡盘法兰，所述卡盘法兰上设有两个以上卡孔，所述卡孔分为置入端和锁紧端，且置入端的宽度大于锁紧端的宽度，所述卡盘法兰上还设有手柄；所述检漏容器上还设有法兰盖，所述法兰盖上设有与卡盘法兰的卡孔相适配的法兰盖卡销，该法兰盖卡销端部膨大，膨大部尺寸小于卡盘法兰卡孔的置入端且大于锁紧端；所述法兰盖中部设有导向管，导向管内设有导向杆，所述导向杆的一端设有与旋塞卡槽相适配的旋塞卡销，另一端与穿过法兰盖的螺杆固定连接；所述法兰盖上螺杆穿过的位置设有螺孔，该螺孔的内螺纹与所述螺杆的外螺纹相适配；所述螺杆上还设有旋柄。
2.如权利要求1所述的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置，其特征在于：所述旋塞上还设有密封圈。
3.如权利要求1所述的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置，其特征在于：所述卡盘法兰上还设有密封圈。
4.如权利要求1所述的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置，其特征在于：所述导向杆上还设有密封圈。
5.如权利要求1所述的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置，其特征在于：所述通气孔的数量为两个以上。
6.如权利要求1所述的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置，其特征在于：所述储存容器卡销、法兰盖卡销和旋塞卡销的数量均为三个以上。
7.一种采用如权利要求1所述的用于长期密封储存乏燃料棒及其样品的装置储存乏燃料棒的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(一)在热室内，将待储存乏燃料棒装入储存容器，通过旋柄旋上旋塞，并使旋塞的通气孔处于通气状态；将上述装有乏燃料棒的储存容器装入检漏容器内，盖上法兰盖，通过扳动卡盘法兰的手柄使其锁紧；将检漏容器的通气接口以通气管与热室外的真空泵相连接；
(二)对检漏容器进行加热，乏燃料棒受热后，其吸附的水分以气体形式被逐渐释放，通过真空泵抽出检漏容器内的气体，储存容器内的气体也经由旋塞的通气孔被抽出；随着抽气的进行，乏燃料棒还会释放出一定量的易挥发性裂变产物，微孔过滤片能够将大部分放射性微粒截留在储存容器内，抽出的易挥发性裂变产物经热室外的冷阱进行捕获；
(三)通过热室外的γ谱仪对抽出的气体进行监测，以便控制检漏容器的加热温度；
(四)通过检漏容器的通气接口通入氦气，待储存容器中充满氦气后，通过旋柄旋紧旋塞，使通气孔被关闭；打开法兰盖，通过检漏容器的通气接口通入压缩气体，将储存容器由检漏容器中吹出；
(五)对旋塞与储存容器进行密封焊接；将焊好的储存容器放回检漏容器内，盖上法兰盖，通过扳动卡盘法兰的手柄使其锁紧，对储存容器进行氦质谱检漏；检漏合格后，通过检漏容器的通气接口通入压缩气体，将储存容器由检漏容器中吹出，对装有乏燃料棒的储存容器进行储存。
8.如权利要求7所述的储存乏燃料棒的方法，其特征在于：所述对检漏容器进行加热为采用加热带进行加热。
9.如权利要求7所述的储存乏燃料棒的方法，其特征在于：所述对旋塞与储存容器进行密封焊接的焊接方式为钨极氩弧焊。
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