CN110047605A - 一种核临界安全贮槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核临界安全贮槽，包括贮槽外筒、中子吸收体，所述中子吸收体有多个，多个所述中子吸收体均匀分布在所述贮槽外筒内部。本发明的核临界安全贮槽在贮槽内料液量较大时在满足存储的临界安全标准的前提下，能够缩小贮槽的尺寸，减小占地面积。

Description

一种核临界安全贮槽

技术领域

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种核临界安全贮槽。

背景技术

核燃料后处理工艺过程中处理的料液含有易裂变物质，这些料液在处理过程中需要在贮槽中存放，存放在贮槽中的料液中的易裂变物质存在临界安全风险，因此贮槽的结构形式及贮存体积需要经过临界安全计算达到临界安全标准以避免发生超临界事件。

减少含易裂变物质料液导致的超临界事件，达到临界安全标准的常用方法包括：降低易裂变物质的质量、浓度，使用能大量吸收中子的中子吸收材料和控制工艺设备系统的尺寸等。

当存放的含易裂变物质的料液量很小时通常可以使用结构简单的环形槽，即将料液贮存于环形空腔内，并在内环的中间填充中子吸收材料。当需要存放的含易裂变物质的料液量较大时，环形槽在能够满足临界安全要求的条件下时，通常其外形尺寸过大，不能满足厂房及设备布置的要求。通常情况下，核燃料后处理厂的含易裂变物质的料液的处理量较大，现有的环形槽的尺寸和处理能力达不到核电站乏燃料的核燃料后处理厂的使用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种核临界安全贮槽，所述核临界安全贮槽在贮槽内料液量较大时在满足存储的临界安全标准的前提下，能够缩小贮槽的尺寸，使其占地面积相对较小。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种核临界安全贮槽，包括贮槽外筒和中子吸收体，

所述中子吸收体有多个，多个所述中子吸收体均匀分布在所述贮槽外筒内部。

优选的，多个所述中子吸收体等间距的设置在贮槽底面上。

优选的，所述贮槽外筒为圆筒形，所述中子吸收体为柱形，多个所述中子吸收体以所述贮槽外筒的圆心为中心，在贮槽底面的不同的同心圆上等距分布。

优选的，所述贮槽外筒为圆筒形，所述中子吸收体为柱形，多个所述中子吸收体以所述贮槽外筒的圆心为中心，呈正六边形的方式从内向外等距分布在贮槽底面上。

优选的，所述中子吸收体包括竖管和填充于竖管内部的中子吸收材料。

优选的，贮槽外筒侧壁的外壁面上设有中子吸收材料。

优选的，所述核临界安全贮槽还包括料液进口和料液出口，所述料液进口设于贮槽外筒侧壁的顶部，贮槽底面为倾斜设置，所述料液出口设于贮槽底面上并处于其最低处。

优选的，所述核临界安全贮槽还包括鼓泡管，通过所述鼓泡管能够向所述贮槽外筒中注入气体，

所述鼓泡管一端伸出所述贮槽顶部，形成鼓泡压空管进口，另一端伸入到所述贮槽底部，所述鼓泡管在多个所述中子吸收体的间隙中盘绕。

优选的，所述鼓泡管上开有鼓泡管小孔，

进入鼓泡管的气体能够通过所述鼓泡管小孔吹入所述贮槽外筒中。

优选的，所述核临界安全贮槽还包括监测仪表、以及设于鼓泡管上的阀门，

所述监测仪表包括传感器、控制器，所述控制器中设有流量阈值，

所述传感器位于所述贮槽外筒内部，用于监测所述鼓泡管中的气体流量，并用于传送监测到的流量值；

所述控制器，与所述传感器和所述阀门分别电连接，用于将接收到的所述流量值与所述流量阈值进行比较，并根据比较结果控制所述阀门的开度。

本发明的核临界安全贮槽在满足临界安全标准的前提下，其外形尺寸较小(相对现有技术而言)，使得其占地面积相对较小，便于安装，能够适应现有的厂房以及设备布置的要求。

具体来说，本发明的核临界安全贮槽具有以下有益效果：

1.在核临界安全贮槽内均匀布置了多个中子吸收体，并在中子吸收体内填充中子吸收材料，中子吸收材料能够吸收含易裂变物质的料液中的中子，确保存储在贮槽外筒内中子吸收体间隙中的料液的临界安全，可使得该核临界安全贮槽占地面积小，能够存储大体积的含易裂变物质的料液；

2.含有中子吸收材料的中子吸收体均匀的分布在贮槽外筒中，有利于中子吸收材料与料液中易裂变物质产生的中子相互作用；

3.在贮槽外筒侧壁的外壁面上也设有中子吸收材料，能够克服贮槽外筒内易裂变物质中中子的反射和相互作用的影响，进一步降低发生超临界事件的风险；

4.在核临界安全贮槽中还设置了鼓泡管和鼓泡管小孔，通过鼓泡管和鼓泡管小孔向贮槽外筒内部注入空气，有利于料液的充分混匀和中子吸收材料对易裂变物质产生的中子的吸收，使贮槽外筒内达到临界安全标准。

附图说明

图1为本发明实施例1中一种核临界安全贮槽的结构主视图；

图2为图1中核临界安全贮槽的俯视图；

图3为本发明实施例1中另一种核临界安全贮槽鼓泡搅拌罐的结构俯视图；

图4为本发明实施例2中核临界安全贮槽的俯视图。

图中：1-贮槽外筒；2-中子吸收体；3-贮槽底面；4-鼓泡压空管进口；5-料液进口；6-料液出口；7-鼓泡管；8-鼓泡管小孔。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

本发明提供一种核临界安全贮槽，包括贮槽外筒和中子吸收体，

所述中子吸收体有多个，多个所述中子吸收体均匀分布在所述贮槽外筒内部。

实施例1

如图1所示，本实施例公开一种核临界安全贮槽，包括贮槽外筒1和中子吸收体2，中子吸收体2的数量有多个，多个中子吸收体2均匀分布在贮槽外筒1内部。

其中，中子吸收体2的数量根据实际情况中待存储的料液中易裂变物质的浓度和总量确定。本实施例中的核临界安全贮槽在贮槽外筒1内部设置多个中子吸收体2，并在中子吸收体2内填充中子吸收材料，多个中子吸收体2能够增加中子吸收材料与料液接触的比表面积，吸收料液中的易裂变物质在裂变过程中产生的中子，避免到达临界状态，能够满足易裂变物质浓度较高的条件下料液的存储要求。此外，贮槽外筒1内虽填充了多个中子吸收体2，但料液存储的体积仍相对于环形槽具有更大的优势，能够满足更大处理量的料液存储的要求；本实施例的核临界安全贮槽在确保贮槽外筒1中料液中易裂变物质的浓度达到临界安全标准的同时，还能够增加核临界安全贮槽对料液的存储体积，且核临界安全贮槽尺寸和占地面积相对较小，便于安装。

优选的，采用硼作为中子吸收材料的主要成分。

本实施例中，中子吸收体2包括竖管和填充于竖管内部的中子吸收材料，具体的，竖管可以为不锈钢竖管，不锈钢竖管内部填充含有中子吸收材料的水泥或聚乙烯材料。

其中，贮槽外筒1包括贮槽外筒侧壁和贮槽底面3，贮槽外筒侧面与贮槽底面3一体成型。

优选的，本实施例中，多个中子吸收体等间距的设置在贮槽底面3上，使得中子吸收体2内的中子吸收材料均匀的分布在贮槽外筒1内，这样中子吸收体2在贮槽外筒1中分布结构紧凑，能够节省空间。

其中，贮槽外筒1的外形可以采用多种形状，如采用长方形、正方形、圆柱形等形状；中子吸收体2可以采用一种或多种形状，如柱形、椎形、球形中的一种或多种，常用的中子吸收体2采用柱形。

优选的，本实施例中，如图1、2所示，贮槽外筒1的外形为圆柱形，由于其具有中空的内部，其形状为圆筒形，中子吸收体2的截面形状为圆形，多个中子吸收体2以贮槽外筒1的圆心为中心，在贮槽底面3的不同的同心圆上等距分布。

需要说明的是，当贮槽外筒1内的空间不适合设置截面为圆形的中子吸收体2时，也可以采用截面为椭圆形的中子吸收体2代替截面为圆形的中子吸收体2。比如在图2中，处于最外层的中子吸收体2的截面形状有两种，分别为圆形和椭圆形，设置时先设置圆形截面的中子吸收体2，然后再设置椭圆形截面的中子吸收体2，其中椭圆形截面的中子吸收体2的设置方向根据贮槽外筒1的剩余位置的形状灵活进行设置，且将椭圆形截面的中子吸收体2与相邻圆形截面的中子吸收体2之间的间距设置为略小于相邻两圆形截面的中子吸收体的间距。

本实施例中，如图3所示，贮槽外筒1为圆筒形，中子吸收体2的截面形状为圆形，多个中子吸收体2以贮槽外筒1的圆心为中心，呈正六边形的方式从内向外等距分布在贮槽底面3上。其中，核临界安全贮槽中的相关参数根据实际工作过程中处理料液的浓度和体积设计，这些参数包括贮槽外筒1大小、中子吸收体2的大小和中子吸收体2的数量、各个中子吸收体2在贮槽外筒1内的分布；然后可以采用蒙特卡罗方法的临界安全计算程序，计算设计的贮槽能否达到实际存储工作过程中料液临界安全的要求，并对核临界安全贮槽中的设计的参数进行调整，直到设计的核临界安全贮槽能够使需要处理的料液达到临界安全的标准。也就是说，本实施例中，多个中子吸收体2在贮槽外筒1内的分布应该能够满足蒙特卡罗方法的临界安全计算程序的要求。

优选的，贮槽侧壁的外壁面上也设有中子吸收材料，贮槽侧壁的外壁面上的中子吸收材料能够克服贮槽外筒1内易裂变物质中中子的反射和相互作用的影响，从而可进一步降低发生超临界事件的风险。

核临界安全贮槽还包括料液进口5和料液出口6，其中，料液进口5设于贮槽侧壁的顶部，贮槽底面3为倾斜设置，料液出口6设于贮槽底面3上并处于其最低处，贮槽外筒1中的料液可以直接通过位于斜面最低处的料液出口6流出，能够避免料液在贮槽外筒1中的积存。

优选的，贮槽底面3的倾斜底面与水平面的夹角为5°，不但能够保证料液倒空完全，避免易裂变物质的积存，同时也避免贮槽底面倾斜角度过大造成的贮槽外筒1的整体的稳定性差的问题。

优选的，如图3所示，核临界安全贮槽还包括鼓泡管7，通过鼓泡管7能够向贮槽外筒1中注入气体。其中，鼓泡管7一端伸出贮槽外筒1顶部，形成鼓泡压空管进口4(如图1所示)，另一端伸入到贮槽外筒1底部，鼓泡管7在多个中子吸收体2的间隙中盘绕。当注入鼓泡管7中的气体进入到贮槽外筒1内后，气体产生的气泡在料液中上升的时候能够搅拌料液，以将贮槽外筒1内的料液混合均匀。

进一步优选的，鼓泡管7上开有鼓泡管小孔8，鼓泡管小孔8的数量具体为多个，多个鼓泡管小孔8可沿鼓泡管7的长度方向排列，进入鼓泡管7的气体能够通过多个鼓泡管小孔8分别吹入贮槽外筒1中，这样料液能够在贮槽外筒1内实现混合。当贮槽外筒1内需要加料混合时，鼓泡管7中的气体可以通过鼓泡管小孔8吹入至贮槽外筒1中，达到搅拌料液的目的。

优选的，进入鼓泡管7的气体为空气。

优选的，核临界安全贮槽还包括监测仪表、以及设于鼓泡管7上的阀门，监测仪表包括传感器、控制器，所述控制器中设有流量阈值。流量阈值的大小根据贮槽的具体尺寸进行设置。其中，传感器位于贮槽外筒1内部，用于监测鼓泡管7中的气体流量，并用于传送监测到的流量值；控制器，与传感器和阀门分别电连接，用于接收所述流量值，并将接收的所述流量值与所述流量阈值进行比较，并根据比较结果控制阀门的开度，最终能够控制鼓泡管7中的气体流量。本实施例中的监测仪表和阀门用于监测贮槽外筒1内料液中由鼓泡管7所输入的实际气体流量，通过控制阀门的开度以便对吹入贮槽外筒1的鼓泡管7的气体流量进行调节。

下面，将以一个具体尺寸的核临界安全贮槽为例，对其结构分布和工作过程进行详述。其中，贮槽外筒1的形状为圆筒形，这里对贮槽外筒1内的多个中子吸收体2的分布进行详述。在本例中，贮槽侧壁的外直径为2360mm，高为1037mm，贮槽侧壁的外壁面上的中子吸收材料的厚度为100mm。首先，在贮槽外筒1的圆心处设置一个圆形截面的中子吸收体2，并使该圆形截面的中子吸收体2的中心与贮槽外筒1的圆心重合，然后将多个圆形截面的中子吸收体2呈正六边形的方式从内向外等距分布在贮槽底面3上，其中，每两个相邻的圆形截面的中子吸收体2的间距为50mm；多个中子吸收体2共形成3个正六边形(除圆心处设置的中子吸收体2外)，每相邻两个正六边形中，组成外层的正六边形的中子吸收体的个数比组成内层的正六边形多5个；同时，由于组成最外层正六边形的顶点位置处的中子吸收体与贮槽外筒1边缘之间的间隙狭小，不适合布置圆形截面的中子吸收体2，因此，最外层正六边形的6个顶点处的中子吸收体2采用椭圆形截面的中子吸收体2以代替圆形截面的中子吸收体2，其中，单个圆形截面的中子吸收体2的直径为275mm，椭圆形截面的中子吸收体2的长轴为273mm，短轴为150mm，且各个圆形截面的中子吸收体2和椭圆形截面的中子吸收体2的高度与贮槽外筒1的高度均一致。此外，相邻两个椭圆形截面的中子吸收体和圆形截面的中子吸收体之间的间距为49mm。

上述核临界安全贮槽的尺寸参数可采用蒙特卡罗方法的临界安全计算程序进行计算，当计算结果显示能够使得含有设定浓度的易裂变物质的料液达到存储的临界标准要求时，即为满足使用要求的核临界安全贮槽。

在使用本实施例中的核临界安全贮槽时，料液从料液进口6进入至贮槽外筒1内，其中，当贮槽中的料液达到1900L时，停止注入料液，同时，从鼓泡压空管进口4通入空气，空气的流速为5-15m/s，空气通过鼓泡管7和鼓泡管小孔8后，进入至料液中，通入的空气能够使料液充分混合，并使料液中子吸收体2中的中子吸收材料吸收料液中易裂变物质裂变过程中产生的中子，易裂变物质在贮槽外筒1的存储中能够达到临界安全标准，其中，当易裂变物质的浓度低于20g/L时，即可达到临界安全标准。存储结束后，将料液从料液出口6中排除，进行后续处理。本例中的核临界安全贮槽在达到临界安全标准的前提下，最多能够存储1900L的料液，而对于存储同样浓度的料液的现有技术中直径为2600mm，高为1827mm的环形槽来说其只能存储900L的料液；换句话说，要存储1900L料液，对于本实施例来说需要采用体积为4536L的本实施例中的核临界安全贮槽，而如果采用现有技术中的环形槽来存储同样体积同样浓度的料液，则需要2.11个体积为9700L的环形槽。

可见，本实施例中的核临界安全贮槽与现有技术中具有同样效果的环形槽相比，其外形尺寸小，占地面积相对较小，因而便于安装。

实施例2

本实施例中的核临界安全贮槽与实施例1中的区别在于，本实施例中的核临界安全贮槽的形状不同。俯视图如图4所示(鼓泡管未示出)，其中，本实施例中贮槽外筒1为长方体形，中子吸收体2为正方体形，多个正方体形的中子吸收体2等距的分布在贮槽底面3上。本实施例中的核临界安全贮槽的其他结构均与实施例1中的核临界安全贮槽的结构相同，这里不再赘述。

本例中，以一个具体尺寸的核临界安全贮槽为例，对其结构分布进行叙述。其中，长方体形的贮槽外筒1的侧壁的长为2475mm，宽为1100mm，高为1666mm为例，其中，贮槽外筒1侧壁的外壁面上的中子吸收材料的厚度为100mm，在贮槽底面3上的设置的正方体形的中子吸收体2，其边长为200mm，高为1666mm的中子吸收体2，相邻两个中子吸收体2的距离为75mm，通过采用蒙特卡罗方法进行临界安全计算的结果，该尺寸的贮槽能够存储1200L料液，使其达到临界安全标准，而如果要在存储同样浓度的料液时，则直径为2600mm，高为1827mm的环形槽只能存储900L的料液；换句话说，要存储1200L的料液，对于本实施例来说需要采用体积为4535L的本实施例中的核临界安全贮槽，而如果采用现有技术中的环形槽来存储同样体积同样浓度的料液，则需要1.33个体积为9700L的环形槽。

可见，本实施例中的核临界安全贮槽与现有技术中具有同样效果的环形槽相比，在保证存储量的同时，通过合理的设置中子吸收体2的在贮槽外筒1中的分布，使料液能够在贮槽中得到很好的处理，且结构简单，体积小，便于安装和实施。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核临界安全贮槽，包括贮槽外筒(1)，其特征在于：还包括中子吸收体(2)，

所述中子吸收体(2)有多个，多个所述中子吸收体(2)均匀分布在所述贮槽外筒(1)内部。

2.根据权利要求1所述的核临界安全贮槽，其特征在于，

多个所述中子吸收体(2)等间距的设置在贮槽底面(3)上。

3.根据权利要求2所述的核临界安全贮槽，其特征在于，

所述贮槽外筒(1)为圆筒形，所述中子吸收体(2)为柱形，多个所述中子吸收体(2)以所述贮槽外筒(1)的圆心为中心，在贮槽底面(3)的不同的同心圆上等距分布。

4.根据权利要求2所述的核临界安全贮槽，其特征在于，

所述贮槽外筒(1)为圆筒形，所述中子吸收体(2)为柱形，多个所述中子吸收体(2)以所述贮槽外筒(1)的圆心为中心，呈正六边形的方式从内向外等距分布在贮槽底面(3)上。

5.根据权利要求1所述的核临界安全贮槽，其特征在于，

所述中子吸收体(2)包括竖管和填充于竖管内部的中子吸收材料。

6.根据权利要求1-5任一项所述的核临界安全贮槽，其特征在于，

贮槽外筒侧壁的外壁面上设有中子吸收材料。

7.根据权利要求6所述的核临界安全贮槽，其特征在于，

所述核临界安全贮槽还包括料液进口(5)和料液出口(6)，所述料液进口(5)设于贮槽外筒侧壁的顶部，贮槽底面(3)为倾斜设置，所述料液出口(6)设于贮槽底面(3)上并处于其最低处。

8.根据权利要求6所述的核临界安全贮槽，其特征在于，

所述核临界安全贮槽还包括鼓泡管(7)，通过所述鼓泡管(7)能够向所述贮槽外筒(1)中注入气体，

所述鼓泡管(7)一端伸出所述贮槽外筒(1)顶部，形成鼓泡压空管进口(4)，另一端伸入到所述贮槽外筒(1)底部，所述鼓泡管(7)在多个所述中子吸收体(2)的间隙中盘绕。

9.根据权利要求8所述的核临界安全贮槽，其特征在于，

所述鼓泡管(7)上开有鼓泡管小孔(8)，

进入所述鼓泡管(7)的气体能够通过所述鼓泡管小孔(8)吹入所述贮槽外筒(1)中。

10.根据权利要求9所述的核临界安全贮槽，其特征在于，

所述核临界安全贮槽还包括监测仪表、以及设于鼓泡管(7)上的阀门，

所述监测仪表包括传感器、控制器，所述控制器中设有流量阈值，

所述传感器位于所述贮槽外筒(1)内部，用于监测所述鼓泡管(7)中的气体流量，并用于传送监测到的流量值；

所述控制器，与所述传感器和所述阀门分别电连接，用于将接收到的所述流量值与所述流量阈值进行比较，并根据比较结果控制所述阀门的开度。