CN110739093B - 一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法。所述的控制方法是在所述的溶液贮罐中分多层隔开水平布置中子毒物板，并在每层中子毒物板上开孔，以保证所述的溶液贮罐中的溶液可以正常流通。利用本发明的核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，能够利用中子毒物更好的进行核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制，并使该方法具有一定的可扩展性。

Description

一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法
技术领域
本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法。
背景技术
我国核工业发展迅速，产生的乏燃料组件也日益增多，这对我国的核燃料后处理提出了较高的要求。核燃料的后处理是我国闭合核燃料循环的重要组成部分，其工艺过程主要包括首段剪切溶解处理、共去污分离处理、钚线和铀线处理过程，其中共去污分离、钚线和铀线处理过程主要从乏燃料溶解液中提取有利用价值的核素。由于涉及到裂变核素的处理，核燃料后处理中许多工艺环节均需要临界安全控制设计和分析，尤其是共去污分离、钚线和铀线处理过程中会形成一定量浓度较高的铀钚溶液，如何安全的贮存这些溶液，保证其不发生临界事故，是需要重点关注的。
为满足我国对乏燃料后处理能力提升的要求，提高溶液的贮存能力，需对核燃料后处理中溶液贮罐进行临界安全设计。目前，贮存高浓度铀钚溶液量较小时多采用环形槽，但由于环形槽具有体积较大、贮存能力低等缺点，不能满足处理能力较高时的要求。因此，为了提高高浓度铀钚溶液的贮存能力，需要使用多种临界安全控制手段，其中使用中子毒物是一种常用且较为有效的临界安全控制手段。
关于利用中子毒物进行临界安全控制，现有技术中有一些报道，例如中国专利申请201410271524.4公开了一种环状固体中子毒物分区布置的溶解器临界安全控制方法，中国专利申请201410271775.2公开了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，中国专利申请201410323481.X公开了一种溶液贮罐中中子毒物的布置结构，但它们均不涉及核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，以能够利用中子毒物更好的进行核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制，并使该方法具有一定的可扩展性。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，所述的控制方法是在所述的溶液贮罐中分多层隔开水平布置中子毒物板，并在每层中子毒物板上开孔，以保证所述的溶液贮罐中的溶液可以正常流通。
本发明在溶液贮罐中设置平板型中子毒物，使中子毒物在贮罐中的分布更为均匀，增大中子毒物的中子吸收效应；在中子毒物板中开孔，使溶液可以正常流通；同时，在贮罐外设置一薄层中子毒物，降低贮罐的反应性。可以调整中子毒物板中开孔的位置，使不同中子毒物板的开孔在贮罐中不对齐，这更有利于临界安全。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，其中所述的溶液贮罐为圆柱形、立方体形或六棱柱形。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，其中每层所述的中子毒物板的横截面形状与所述的溶液贮罐的横截面形状相同，横截面面积稍小。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，其中所述的中子毒物板由中子吸收材料制成，所述的中子吸收材料选自B4C质量百分比含量5％-40％的含硼聚乙烯、B4C质量百分比含量15％-35％的硼铝合金、钆、镉等材料中的一种或几种。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，其中每层中子毒物板上开孔的直径范围为1-8cm，孔间距离为15-35cm。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，其中相邻两层所述的中子毒物板间的中心距为1-20cm。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，其中各层中子毒物板相应开孔沿竖直方向对齐。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，其中各层中子毒物板相应开孔沿竖直方向错开。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，其中所述的溶液贮罐还在其外壁上设置有一薄层中子毒物。
本发明的有益效果在于，利用本发明的核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，能够利用中子毒物更好的进行核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制，并使该方法具有一定的可扩展性。
采用本发明的技术方案后，根据中子毒物板的布置情况、开孔大小和中子毒物类型，可使核燃料后处理中溶液贮罐在保证临界安全要求的情况下贮存较高浓度的铀钚溶液，同时该临界控制方法可以根据不同的贮罐形状进行扩展。
附图说明
图1为示例性的本发明的核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法中使用中子毒物板的立体图。
图2为图1的轴向剖视图。
图3为具体实施方式中各层中子毒物板相应开孔沿竖直方向对齐的核燃料后处理中溶液贮罐的纵截面图。
图4为具体实施方式中各层中子毒物板相应开孔沿竖直方向错开的核燃料后处理中溶液贮罐的纵截面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
如图3、图4所示，以圆柱形贮罐为例，其中分多层隔开水平布置中子毒物板1(中子毒物板1以一定的间距布置在贮罐中)，中子毒物板1与贮罐外壁4间有间隙3，中子毒物板1之间及间隙3中为溶液2，并在贮罐外壁4外设置容器外层中子毒物层5。中子毒物板1厚度与两相邻中子毒物板1中心间距比最小可达0.3，间隙3距离为0.1-6cm，外层中子毒物层5厚度为0.1-1cm。
中子毒物板1由中子吸收材料制成，中子吸收材料选自B4C质量百分比含量5％-40％的含硼聚乙烯、B4C质量百分比含量15％-35％的硼铝合金、钆、镉中的一种或几种。若中子吸收材料耐腐蚀性能较差，可采用外加包壳的形式对中子毒物板1进行包覆。
外层中子毒物层5一方面对贮罐的有效增殖因子有降低作用，另一方面可以减小贮罐的中子泄漏率。
圆饼形中子毒物板1的结构如图1、图2所示，在每层中子毒物板1上设置有若干个开孔6，每个开孔6直径范围为1-8cm，孔间距离为15-35cm，以保证溶液贮罐中的溶液2可以正常流通，孔直径与孔间距主要根据贮存的料液成分、所使用的中子毒物材料及相邻两层中子毒物中心距有关，当所贮存的料液浓度低或中子毒物吸收能力强或相邻两层中子毒物中心距短时，其开孔直径可以增大，孔间距离可以减小，反之，则孔直径减小，孔间距增大。图3中，各层中子毒物板1相应开孔6沿竖直方向对齐；图4中，各层中子毒物板1相应开孔6沿竖直方向错开。
本例以圆柱形贮罐为例，对立方体、六棱柱形贮罐可以修改容器外形和中子毒物板1的形状，而其他尺寸不变。同时不限制贮罐的尺寸，当贮罐径向距离增大时，只需增加中子毒物板1的径向尺寸；当贮罐轴向距离增大时，只需增加中子毒物板1的数量，以同样的间隙在轴向方向布置中子毒物板1即可。
通过上述高浓度铀钚溶液贮罐临界安全控制的设计，可显著提高可贮存料液的铀钚浓度上限。当中子毒物板1设为3cm厚的B4C含量为20％的含硼聚乙烯，开孔6直径为5cm，相邻两个开孔6中心间的距离为22cm，相邻两个中子毒物板1中心之间的距离为10cm，间隙3为5cm，外层中子毒物层5厚度为0.5cm时，可贮存的料液体积约占贮罐体积的75％，比例较高，同时在贮存硝酸钚料液时的最大钚浓度可达100g/L。可见在该贮罐临界安全控制设计下，中子毒物分布较为均匀，对中子毒物的利用较为充分，中子吸收效应明显，料液占比较高，可贮存的铀钚浓度较大。
以上仅对中子毒物板1的布置形式进行说明，为实现此布置形式而采用的如设置支撑部件、为满足布置形式适当改变毒物结构、将贮罐外壁倾斜设置台阶以放置中子毒物板等改变均不脱离本发明的实质，应处于本发明的保护范围内。
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。上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种核燃料后处理中溶液贮罐的临界安全控制方法，其特征在于：所述的控制方法是在所述的溶液贮罐中分多层隔开水平布置中子毒物板，并在每层中子毒物板上开孔，以保证所述的溶液贮罐中的溶液可以正常流通，
相邻两层所述的中子毒物板间的中心距为1-20cm，
各层中子毒物板相应开孔沿竖直方向错开，
所述的溶液贮罐还在其外壁上设置有一薄层中子毒物。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的溶液贮罐为圆柱形、立方体形或六棱柱形。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：每层所述的中子毒物板的横截面形状与所述的溶液贮罐的横截面形状相同，横截面面积稍小。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的中子毒物板由中子吸收材料制成，所述的中子吸收材料选自B4C质量百分比含量5％-40％的含硼聚乙烯、B4C质量百分比含量15％-35％的硼铝合金、钆、镉中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：每层中子毒物板上开孔的直径范围为1-8cm，孔间距离为15-35cm。
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