CN113130108A - 基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置及方法，凝固运输装置包括罐体、可凝固流体、放射性物质支架、棒状放射性物质、冷却系统和加热系统，所述放射性物质支架通过连接支架连接在所述罐体内侧壁上且与所述罐体间隔布置，所述棒状放射性物质放置在所述放射性物质支架内，所述罐体内以及所述放射性物质支架内均填充有所述可凝固流体，所述冷却系统和所述加热系统分别用于对所述可凝固流体进行冷却和加热。本发明的凝固运输装置，安全性高、简单容易操作、移动方便、结构简单、可扩展性强等优势，能够有效解决目前放射性物质运输方法和装置结构复杂、可扩展性差等缺点，可适用于不同结构形式的放射性物质运输以及反应堆的整体运输。
Description
技术领域
本发明涉及放射性物质运输相关技术领域，具体涉及一种基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置及方法。
背景技术
目前，放射性物质的运输方法和进行该方法的装置主要采用固体存储结构装置来固定并屏蔽放射性物质，如用于乏燃料运输的乏燃料运输罐，主要通过组件搁架、中子吸收体、屏蔽材料、缓冲材料、导热材料、防火隔热的容器组成，主要采用的是层层包容的固体结构设计理念，不仅体积庞大，而且设计复杂，代价昂贵，特别是为了应对跌落事故而设计的缓冲系统，更是增加了罐体的体积和重量。
未来国内会有大量乏燃料产生，现有的放射性物质运输方式将面临代价大、运输能力不足的难题。且现有的基于固体存储结构装置的乏燃料运输方式结构复杂、体积庞大、可扩展性差，并且不便于不同形式的放射性物质运输，需要设计一种结构简单、可扩展性好的包容放射性物质的运输方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，包括罐体、可凝固流体、放射性物质支架、棒状放射性物质、冷却系统和加热系统，所述放射性物质支架通过连接支架连接在所述罐体内侧壁上且与所述罐体间隔布置，所述棒状放射性物质放置在所述放射性物质支架内，所述罐体内以及所述放射性物质支架内均填充有所述可凝固流体，所述冷却系统和所述加热系统分别用于对所述可凝固流体进行冷却和加热。
本发明的有益效果是：本发明的凝固运输装置，安全性高、简单容易操作、移动方便、结构简单、可扩展性强等优势，能够有效解决目前放射性物质运输方法和装置结构复杂、可扩展性差等缺点，可适用于不同结构形式的放射性物质运输以及反应堆的整体运输。在运输前，通过罐体冷却系统将罐体内的可凝固流体冷却至固体状态，到达目的地之后，通过加热系统将罐体内的可凝固流体加热至液体状态，整个过程操作简单，无需接触放射性物质，操作简单。在流体凝固时，在放射性物质支架的固定区域实现了多个燃料棒相对位置的固定，并在罐体与放射性物质支架之间间隔的外防护区域实现了对燃料棒的包容和防护撞击、侧翻或跌落等事故对内部棒状放射性物质的冲击，满足放射性物质运输标准，安全性高。棒状放射性物质所在的放射性物质支架与罐体侧壁之间留有足够的空间填充流体，从而确保可实现屏蔽放射性射线的作用。由于罐体结构简单、体积小，具有运输方便的优势，例如可以通过卡车、火车、飞机、船舶等方式运输。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述可凝固流体在常温下为固态，其固液相的密度变化率小于0.5％，并在熔化和凝固处体积变化小于2％。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以实现在熔化和凝固的过程中，不会对结构造成损坏，且流体在常温下为固体以使得运输时可实现外防护和固定功能。
进一步，所述可凝固流体包括铅、铅铋合金和铅锂合金。
采用上述进一步方案的有益效果是：这些合金都是常温下为固态的液态金属流体，能够实现反复熔化和凝固，在熔化和凝固处体积变化小于2％，且体积变化所产生的力对内部结构无破坏。
进一步，若干所述棒状放射性物质之间存在用于充满所述可凝固流体的间隙。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以在固定区域内对棒状放射性物质进行有效固定。
进一步，所述冷却系统包括内部冷却装置和外部冷却装置，所述内部冷却装置置于所述可凝固流体中，所述外部冷却装置置于所述罐体外侧壁上。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以通过内外冷却装置对可凝固流体进行冷却凝固。外部冷却装置可以采用水冷强制冷却的方式，内部冷却也可以采用换热器等冷却方式进行冷却。
进一步，所述加热系统包括内部加热装置和外部加热装置，所述内部加热装置置于所述可凝固流体中，所述外部加热装置置于所述罐体外侧壁上。
采用上述进一步方案的有益效果是：外部加热装置可采用电加热丝对罐体进行加热，可将电加热丝包覆在所述罐体外侧壁上。内部加热装置可以采用电加热棒的形式对可凝固流体进行加热。
进一步，还包括测温系统，所述测温系统安装在所述罐体内并用于测量所述罐体内可凝固流体的温度。
采用上述进一步方案的有益效果是采用温度计或热电偶等进行温度检测。
进一步，所述罐体上设有盖体，所述可凝固流体上方填充有惰性气体。
采用上述进一步方案的有益效果是：对可凝固流体进行封装。
进一步，还包括保温系统，所述保温系统包覆在所述罐体外侧壁上。
基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输方法，包括以下步骤：
S1，运输前，将棒状放射性物质被置于罐体内的放射性物质支架上，其放射性物质段处于被可凝固流体淹没的状态，所述放射性物质支架形成对棒状放射性物质的固定区域，所述放射性物质支架与所述罐体之间的间隔形成对棒状放射性物质的外防护区域；
S2，开启冷却系统，冷却棒状放射性物质的外防护区域，并使可凝固流体凝固；当固定区域和外防护区域的可凝固流体凝固至固体状态后进行运输；
S3，运输完毕后，通过加热系统加热放射性物质外防护区域，并使可凝固流体熔化；当棒状放射性物质的固定区域和外防护区域的可凝固流体熔化之后，可进行棒状放射性物质的操作。
本发明的有益效果是：本发明的凝固运输方法，安全性高、简单容易操作、移动方便、结构简单、可扩展性强等优势，能够有效解决目前放射性物质运输方法和装置结构复杂、可扩展性差等缺点，可适用于不同结构形式的放射性物质运输以及反应堆的整体运输。在运输前，通过罐体冷却系统将罐体内的可凝固流体冷却至固体状态，到达目的地之后，通过加热系统将罐体内的可凝固流体加热至液体状态，整个过程操作简单，无需接触放射性物质，操作简单。在流体凝固时，在放射性物质支架的固定区域实现了多个燃料棒相对位置的固定，并在罐体与放射性物质支架之间间隔的外防护区域实现了对燃料棒的包容和防护撞击、侧翻或跌落等事故对内部棒状放射性物质的冲击，满足放射性物质运输标准，安全性高。棒状放射性物质所在的放射性物质支架与罐体侧壁之间留有足够的空间填充流体，从而确保可实现屏蔽放射性射线的作用。由于罐体结构简单、体积小，具有运输方便的优势，例如可以通过卡车、火车、飞机、船舶等方式运输。
附图说明
图1为本发明基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置的内部结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、罐体；11、固定区域；12、外防护区域；13、盖体；2、可凝固流体；3、放射性物质支架；31、连接支架；4、棒状放射性物质；41、间隔；5、外部冷却装置；51、内部冷却装置；6、外部加热装置；61、内部加热装置；7、测温系统；8、保温系统；9、覆盖气体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例的基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，包括罐体1、可凝固流体2、放射性物质支架3、棒状放射性物质4、冷却系统和加热系统，所述放射性物质支架3通过连接支架31连接在所述罐体1内侧壁上且与所述罐体1间隔布置，所述棒状放射性物质4放置在所述放射性物质支架3内，所述罐体1内以及所述放射性物质支架3内均填充有所述可凝固流体2，所述冷却系统和所述加热系统分别用于对所述可凝固流体2进行冷却和加热。所述罐体1为反应堆主容器，可选用圆柱形的容器，棒状放射性物质4包括带有乏燃料棒的堆芯，或带有固有结构的乏燃料组件等放射性物质结构。
本实施例的所述可凝固流体2在常温下为固态，其固液相的密度变化率小于0.5％，并在熔化和凝固处体积变化小于2％。可以实现在熔化和凝固的过程中，不会对结构造成损坏，且流体在常温下为固体以使得运输时可实现外防护和固定功能。
本实施例的所述可凝固流体2包括铅、铅铋合金和铅锂合金。这些合金都是常温下为固态的液态金属流体，能够实现反复熔化和凝固，在熔化和凝固处体积变化小于2％，且体积变化所产生的力对内部结构无破坏。
本实施例的凝固运输装置，安全性高、简单容易操作、移动方便、结构简单、可扩展性强等优势，能够有效解决目前放射性物质运输方法和装置结构复杂、可扩展性差等缺点，可适用于不同结构形式的放射性物质运输以及反应堆的整体运输。在运输前，通过罐体冷却系统将罐体内的可凝固流体冷却至固体状态，到达目的地之后，通过加热系统将罐体内的可凝固流体加热至液体状态，整个过程操作简单，无需接触放射性物质，操作简单。在流体凝固时，在放射性物质支架的固定区域实现了多个燃料棒相对位置的固定，并在罐体与放射性物质支架之间间隔的外防护区域实现了对燃料棒的包容和防护撞击、侧翻或跌落等事故对内部棒状放射性物质的冲击，满足放射性物质运输标准，安全性高。棒状放射性物质所在的放射性物质支架与罐体侧壁之间留有足够的空间填充流体，从而确保可实现屏蔽放射性射线的作用。由于罐体结构简单、体积小，具有运输方便的优势，例如可以通过卡车、火车、飞机、船舶等方式运输。
实施例2
如图1所示，本实施例的基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，包括罐体1、可凝固流体2、放射性物质支架3、棒状放射性物质4、冷却系统和加热系统，所述放射性物质支架3通过连接支架31连接在所述罐体1内侧壁上且与所述罐体1间隔布置，所述棒状放射性物质4放置在所述放射性物质支架3内，所述罐体1内以及所述放射性物质支架3内均填充有所述可凝固流体2，所述冷却系统和所述加热系统分别用于对所述可凝固流体2进行冷却和加热。所述罐体1为反应堆主容器，可选用圆柱形的容器，棒状放射性物质4包括带有乏燃料棒的堆芯，或带有固有结构的乏燃料组件等放射性物质结构。
本实施例的所述可凝固流体2在常温下为固态，其固液相的密度变化率小于0.5％，并在熔化和凝固处体积变化小于2％。可以实现在熔化和凝固的过程中，不会对结构造成损坏，且流体在常温下为固体以使得运输时可实现外防护和固定功能。
本实施例的所述可凝固流体2包括铅、铅铋合金和铅锂合金。这些合金都是常温下为固态的液态金属流体，能够实现反复熔化和凝固，在熔化和凝固处体积变化小于2％，且体积变化所产生的力对内部结构无破坏。
如图1所示，若干所述棒状放射性物质4之间存在用于充满所述可凝固流体2的间隙，可将棒状放射性物质4间隔布置。可以在固定区域内对棒状放射性物质进行有效固定。
如图1所示，所述冷却系统包括内部冷却装置51和外部冷却装置5，所述内部冷却装置51置于所述可凝固流体2中，所述外部冷却装置5置于所述罐体1外侧壁上。可以通过内外冷却装置对可凝固流体进行冷却凝固。外部冷却装置可以采用水冷强制冷却的方式，内部冷却也可以采用换热器等冷却方式进行冷却。
如图1所示，所述加热系统包括内部加热装置61和外部加热装置6，所述内部加热装置61置于所述可凝固流体2中，所述外部加热装置6置于所述罐体1外侧壁上。内部加热装置61布置在棒状放射性物质4的外防护区域12中，可以加速整个加热系统的加热功能。外部加热装置可采用电加热丝对罐体进行加热，可将电加热丝包覆在所述罐体外侧壁上。内部加热装置可以采用电加热棒的形式对可凝固流体进行加热。
如图1所示，本实施例的凝固运输装置还包括测温系统7，所述测温系统7安装在所述罐体1内并用于测量所述罐体1内可凝固流体2的温度。可以采用温度计或热电偶等进行温度检测。
如图1所示，所述罐体1上设有盖体13，所述可凝固流体2上方填充有覆盖气体9，覆盖气体9可以选用惰性气体，例如氮气等。盖体13可以打开，将棒状放射性物质4取出。利用覆盖气体9对可凝固流体2进行封装。
如图1所示，本实施例的凝固运输装置还包括保温系统8，所述保温系统8包覆在所述罐体1外侧壁上。
本实施例的凝固运输装置，安全性高、简单容易操作、移动方便、结构简单、可扩展性强等优势，能够有效解决目前放射性物质运输方法和装置结构复杂、可扩展性差等缺点，可适用于不同结构形式的放射性物质运输以及反应堆的整体运输。在运输前，通过罐体冷却系统将罐体内的可凝固流体冷却至固体状态，到达目的地之后，通过加热系统将罐体内的可凝固流体加热至液体状态，整个过程操作简单，无需接触放射性物质，操作简单。在流体凝固时，在放射性物质支架的固定区域实现了多个燃料棒相对位置的固定，并在罐体与放射性物质支架之间间隔的外防护区域实现了对燃料棒的包容和防护撞击、侧翻或跌落等事故对内部棒状放射性物质的冲击，满足放射性物质运输标准，安全性高。棒状放射性物质所在的放射性物质支架与罐体侧壁之间留有足够的空间填充流体，从而确保可实现屏蔽放射性射线的作用。由于罐体结构简单、体积小，具有运输方便的优势，例如可以通过卡车、火车、飞机、船舶等方式运输。
实施例3
基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输方法，包括以下步骤：
S1，运输前，将棒状放射性物质4被置于罐体1内的放射性物质支架3上，其放射性物质段处于被可凝固流体2淹没的状态，所述放射性物质支架3形成对棒状放射性物质4的固定区域11，所述放射性物质支架3与所述罐体1之间的间隔41形成对棒状放射性物质4的外防护区域12；
S2，开启冷却系统，通过自然散热或强制冷却的方式将罐体1内的可凝固流体2冷却至固体状态，冷却棒状放射性物质4的外防护区域12中的可凝固流体2凝固，构成对棒状放射性物质4的外防护，再通过热传导将棒状放射性物质4的固定区域11冷却，使得包括棒状放射性物质4间隙41中的可凝固流体2凝固，构成对放射性物质的固定；当固定区域11和外防护区域12的可凝固流体2凝固至固体状态后，将罐体1、棒状反射性物质4以及相关系统进行整体运输；运输过程中，保持可凝固流体2处于凝固状态；
S3，运输完毕后，通过加热系统加热放射性物质外防护区域12，并使可凝固流体2熔化，再通过热传导将放射性物质固定区域11加热，使包括放射性物质间隙中的可凝固流体2熔化；当棒状放射性物质4的固定区域11和外防护区域12的可凝固流体2熔化之后，可进行棒状放射性物质4的操作。
其中，可凝固流体2在凝固点的固液相的密度变化率<0.5％以使得不会因流体凝固造成结构破坏，且流体在常温下为固体以使得运输时可实现外防护和固定功能。本实施例的可凝固流体在凝固后，既可以起到屏蔽放射性物质的作用，又可以固定棒状放射性物质等罐体内的部件和结构件，即使发生撞击、侧翻或跌落等事故，也能够固定和包容放射性物质，满足放射性物质运输标准。
本实施例的凝固运输方法，安全性高、简单容易操作、移动方便、结构简单、可扩展性强等优势，能够有效解决目前放射性物质运输方法和装置结构复杂、可扩展性差等缺点，可适用于不同结构形式的放射性物质运输以及反应堆的整体运输。在运输前，通过罐体冷却系统将罐体内的可凝固流体冷却至固体状态，到达目的地之后，通过加热系统将罐体内的可凝固流体加热至液体状态，整个过程操作简单，无需接触放射性物质，操作简单。在流体凝固时，在放射性物质支架的固定区域实现了多个燃料棒相对位置的固定，并在罐体与放射性物质支架之间间隔的外防护区域实现了对燃料棒的包容和防护撞击、侧翻或跌落等事故对内部棒状放射性物质的冲击，满足放射性物质运输标准，安全性高。棒状放射性物质所在的放射性物质支架与罐体侧壁之间留有足够的空间填充流体，从而确保可实现屏蔽放射性射线的作用。由于罐体结构简单、体积小，具有运输方便的优势，例如可以通过卡车、火车、飞机、船舶等方式运输。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，其特征在于，包括罐体、可凝固流体、放射性物质支架、棒状放射性物质、冷却系统和加热系统，所述放射性物质支架通过连接支架连接在所述罐体内侧壁上且与所述罐体间隔布置，所述棒状放射性物质放置在所述放射性物质支架内，所述罐体内以及所述放射性物质支架内均填充有所述可凝固流体，所述冷却系统和所述加热系统分别用于对所述可凝固流体进行冷却和加热。
2.根据权利要求1所述基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，其特征在于，所述可凝固流体在常温下为固态，并在熔化和凝固处体积变化小于2％。
3.根据权利要求1所述基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，其特征在于，所述可凝固流体包括铅、铅铋合金和铅锂合金。
4.根据权利要求1所述基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，其特征在于，若干所述棒状放射性物质之间存在用于充满所述可凝固流体的间隙。
5.根据权利要求1所述基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，其特征在于，所述冷却系统包括内部冷却装置和外部冷却装置，所述内部冷却装置置于所述可凝固流体中，所述外部冷却装置置于所述罐体外侧壁上。
6.根据权利要求1所述基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，其特征在于，所述加热系统包括内部加热装置和外部加热装置，所述内部加热装置置于所述可凝固流体中，所述外部加热装置置于所述罐体外侧壁上。
7.根据权利要求1所述基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，其特征在于，还包括测温系统，所述测温系统安装在所述罐体内并用于测量所述罐体内可凝固流体的温度。
8.根据权利要求1所述基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，其特征在于，所述罐体上设有盖体，所述可凝固流体上方填充有惰性气体。
9.根据权利要求1所述基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输装置，其特征在于，还包括保温系统，所述保温系统包覆在所述罐体外侧壁上。
10.基于可凝固流体包容放射性物质的凝固运输方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，运输前，将棒状放射性物质被置于罐体内的放射性物质支架上，其放射性物质段处于被可凝固流体淹没的状态，所述放射性物质支架形成对棒状放射性物质的固定区域，所述放射性物质支架与所述罐体之间的间隔形成对棒状放射性物质的外防护区域；
S2，开启冷却系统，冷却棒状放射性物质的外防护区域，并使可凝固流体凝固；当固定区域和外防护区域的可凝固流体凝固至固体状态后进行运输；
S3，运输完毕后，通过加热系统加热放射性物质外防护区域，并使可凝固流体熔化；当棒状放射性物质的固定区域和外防护区域的可凝固流体熔化之后，可进行棒状放射性物质的操作。
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