CN113921156B - 乏燃料的临界实验装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开了一种乏燃料的临界实验装置和方法。装置包括：堆芯容器，其底部设置有导向孔；屏蔽管，固定于堆芯容器的导向孔处，屏蔽管用于放置乏燃料；新燃料安装组件，设置于堆芯容器内，屏蔽管穿过新燃料安装组件，新燃料安装组件具有多个安装单元，多个安装单元围绕屏蔽管并与屏蔽管共同形成n×n阵列，安装单元用于安装新燃料元件；其中，屏蔽管位于n×n阵列中心位置的2×2阵列的其中之一单元位置处，n包括大于或等于4的偶数；新燃料元件安装于包括屏蔽管的任意(n‑1)×(n‑1)阵列中的安装单元。本发明通过改变新燃料元件的安装位置来实现乏燃料在堆芯中的相对位置的改变，以测量不同位置处乏燃料的反应性效应。

Description

乏燃料的临界实验装置和方法
技术领域
本发明的实施例涉及临界实验技术领域，具体涉及一种乏燃料的临界实验装置和方法。
背景技术
在真实的乏燃料水池中，乏燃料处于不同的位置将会带来不同的反应性影响，为了了解这一影响，需要相应地在乏燃料的临界实验装置上对乏燃料位置进行变换。在乏燃料临界实验装置中，要改变乏燃料的位置，直接方法是改变乏燃料安装的绝对位置。但此方法需要频繁的拆卸乏燃料样品的安装结构，容易造成放射性泄露污染的风险，并且在工程上不易实现。
发明内容
本发明的实施例提供了一种乏燃料的临界实验装置，包括：堆芯容器，所述堆芯容器的底部设置有导向孔；屏蔽管，固定于所述堆芯容器的所述导向孔处，所述屏蔽管用于放置所述乏燃料；新燃料安装组件，设置于所述堆芯容器内，所述屏蔽管穿过所述新燃料安装组件，所述新燃料安装组件具有多个安装单元，多个所述安装单元围绕所述屏蔽管，并与所述屏蔽管共同形成n×n阵列，所述安装单元用于安装新燃料元件；其中，所述屏蔽管位于所述n×n阵列中心位置的2×2阵列的其中之一单元位置处，n包括大于或等于4的偶数；所述新燃料元件安装于包括所述屏蔽管的任意(n-1)×(n-1)阵列中的所述安装单元。
本发明的实施例还提供了一种乏燃料的临界实验方法，其采用上述实施方式中任一项所述的临界实验装置进行临界实验；所述临界实验方法包括：步骤S1，在新燃料安装组件上n×n阵列的区域中选择任意包括乏燃料的屏蔽管的第一(n-1)×(n-1)阵列区域，在选择的区域中装载新燃料元件；步骤S2，将所述乏燃料装载至所述屏蔽管中；步骤S3，向堆芯容器中注入水，使得反应堆系统达到临界状态；步骤S4，将所述乏燃料从所述屏蔽管中取出，测量所述乏燃料的反应性价值；步骤S5，选择包括所述屏蔽管的第二(n-1)×(n-1)阵列区域并装载新燃料元件，所述第二(n-1)×(n-1)阵列区域不同于所述第一(n-1)×(n-1)阵列区域；重复步骤S2至S4，直至完成乏燃料在多个位置下的反应性价值测量。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1是根据本发明一个实施例的乏燃料的临界实验装置的结构示意图。
图2是根据本发明第一个实施例的乏燃料的临界实验装置的俯视图。
图3是根据本发明第二个实施例的乏燃料的临界实验装置的俯视图。
图4是根据本发明第三个实施例的乏燃料的临界实验装置的俯视图。
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
附图标记说明：
100、乏燃料；200、新燃料元件；10、堆芯容器；11、导向孔；20、屏蔽管；30、新燃料安装组件；31、安装单元；32、第一区域；33、第二区域；34、第三区域；35、第一栅格板；36、第二栅格板；40、支撑部。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。
图1示出了根据本发明一个实施例的乏燃料的临界实验装置的结构示意图。图2至图4分别示出了根据本发明的多个实施例中乏燃料的临界实验装置的俯视图。
如图1所示，本实施例中的临界实验装置包括堆芯容器10、屏蔽管20和新燃料安装组件30。所述堆芯容器10的底部设置有导向孔11，屏蔽管20固定于所述堆芯容器10的所述导向孔11处，所述屏蔽管20用于放置所述乏燃料100。新燃料安装组件30设置于所述堆芯容器10内，所述屏蔽管20穿过所述新燃料安装组件30。如图2至图4所示，所述新燃料安装组件30具有多个安装单元31，多个所述安装单元31围绕所述屏蔽管20，并与所述屏蔽管20共同形成n×n阵列，所述安装单元31用于安装新燃料元件200。其中，所述屏蔽管20位于所述n×n阵列中心位置的2×2阵列的其中之一单元位置处，n包括大于或等于4的偶数，所述新燃料元件200安装于包括所述屏蔽管20的任意(n-1)×(n-1)阵列中的安装单元31。
在本实施例中，可以选择任意包括所述屏蔽管20的(n-1)×(n-1)阵列来安装新燃料元件200，新燃料元件200安装在所选择的(n-1)×(n-1)阵列中的多个安装单元31中。
在一些实施例中，安装单元31以4×4的阵列排布设置，该阵列中第二排第二列的单元空出，在该位置处设置屏蔽管20，从而使屏蔽管20与15个安装单元31共同形成4×4阵列。在开展乏燃料实验时，固定屏蔽管20的绝对位置不变，仅需要在3×3阵列的区域上添加新燃料元件200即可达到临界。
当要获得不同的乏燃料相对位置时，则变更为在另一块3×3阵列的区域上的安装单元31上添加新燃料元件200。在新燃料安装组件30上总共能找到4个这样的3×3阵列的区域，如图2至图4所示的第一区域32、第二区域33和第三区域34，而其中有两个乏燃料的相对位置重复，如图3所示，因此总共可得到3个不同的乏燃料相对位置，并且包含了所有情况。
在三种不同位置处的乏燃料装载状态下，通过水位外推达到临界，再利用乏燃料驱动机构将乏燃料100取出堆芯，此时堆芯系统处于次临界状态，再利用跳源法或逆动态法等常规次临界度测量手段测得三者次临界度，即为三种位置下的乏燃料反应性价值。
使用本发明实施例中的临界实验装置，通过改变新燃料元件的安装位置，从而实现乏燃料在堆芯中的相对位置的改变，进而测量不同位置处乏燃料的反应性效应。
可选的，每个安装单元31上可以设置多个新燃料元件200。多个所述新燃料元件200呈阵列状排布设置于所述安装单元31上，从而构成一个新燃料组件。例如，对于低富集度(以4.95％为例)的新燃料元件，81根新燃料元件200可以以9×9的阵列排布设置在安装单元31上，以构成一个新燃料组件。本实施例中通过多个安装单元将多个新燃料元件划分为多个新燃料组件，可以模拟乏燃料贮存在水池中的情形。本实施例采用上述排布方式设置新燃料元件与乏燃料来进行堆芯布置，可以实现多种富集度多种堆芯布置的临界实验。
在一些实施例中，所述屏蔽管20的下端口位于所述堆芯容器10的下部，并与所述导向孔11相匹配和连通，以从所述堆芯容器10的下方进行乏燃料100的出入堆操作。本实施例中，可以将乏燃料100通过堆芯容器10底部的导向孔11运输至屏蔽管20内，屏蔽管20不仅可以用于暂存乏燃料样品，还可以在乏燃料样品输入至堆芯容器10内时对乏燃料进行导向，使其安装在堆芯容器10中的预设位置。
进一步地，所述屏蔽管的顶端封闭，用于隔离所述新燃料元件的水环境。采用本实施例中的临界实验装置可以以部分乏燃料与部分新燃料组合的形式来开展乏燃料临界实验。向堆芯容器10中注入慢化剂(例如，水)，可以模拟乏燃料贮存在水池中的情形，并且，屏蔽管20的顶端是封闭的，可以将乏燃料与新燃料的水环境隔绝，避免放射性较强的乏燃料对实验环境造成放射性污染，甚至危及人员的安全。使用本发明实施例的临界实验装置，可以模拟乏燃料贮存在水池中的情形，可以对乏燃料开展临界实验。
进一步地，所述屏蔽管20与所述堆芯容器10底部之间密封连接，从而可以向堆芯容器内注入水，防止水泄漏。
如图1至图4所示，本实施例中的临界实验装置还包括支撑部40，所述支撑部40设置于所述堆芯容器10的底部，并且所述支撑部40围绕所述屏蔽管20设置。在一些实施例中，所述支撑部40固定在堆芯容器10的底部，用来支撑和固定新燃料安装组件30。
如图1所示，本实施例中，所述新燃料安装组件30包括第一栅格板35和第二栅格板36，所述第一栅格板35可拆卸地连接于所述支撑部40上，所述第二栅格板36可拆卸地连接于所述支撑部40的顶端，并与所述第一栅格板35间隔设置，所述新燃料元件200安装于所述第一栅格板35和第二栅格板36之间。
本实施例通过第一栅格板35对所述新燃料元件进行定位，再第二栅格板36对所述新燃料元件200进行限定，可以防止新燃料元件200长度较长时只设置于第一栅格板35上而造成的倾斜。第一栅格板35和第二栅格板36共同实现了新燃料元件的安装和固定。
进一步地，所述第一栅格板35和所述第二栅格板36上对应于所述屏蔽管20的位置设置有孔道，所述孔道用于为所述乏燃料的安装提供空间。
在一些实施例中，所述支撑部40的数量为多个，连接于所述第一栅格板35和第二栅格板36的四周。例如所述新燃料安装组件30的四个角或者四个边可拆卸地连接在4个所述支撑部40上，从而将新燃料安装组件30固定在堆芯容器10内。
在本实施例中，临界实验装置还包括控制棒和/或安全棒(图中未示出)，所述控制棒和/或安全棒设置于所述屏蔽管20与所述安装单元31之间的间隔中，从而可以在不影响乏燃料和新燃料元件的布置的情况下设置控制棒和/或安全棒，使得控制棒和/或安全棒不占用乏燃料或者新燃料元件的空间。
进一步地，所述控制棒和/或安全棒为板状，从而减小控制棒和/或安全棒所占用的空间宽度，使控制棒和/或安全棒更容易布置在屏蔽管20和安装单元31之间的间隙中。并未，本实施例中的控制棒和/或安全棒采用长条状的板状设计，可以在体积一定的情况下，有效地增加吸收体的表面积，从而增加控制棒和/或安全棒的价值。
本发明的实施例在不改变乏燃料屏蔽管位置的情况下，利用了新燃料、乏燃料的组合关系，通过改变新燃料的装载方式，解决了乏燃料位置变换的问题，避免了移动乏燃料屏蔽管所带来的放射性沾污风险。
本发明的实施例还提供了一种乏燃料的临界实验方法，该临界实验方法可以采用上述任一实施方式中所述的临界实验装置进行临界实验。在本实施例中，所述临界实验方法具体包括以下步骤。
步骤S1，在新燃料安装组件上n×n阵列的区域中选择任意包括乏燃料的屏蔽管的第一(n-1)×(n-1)阵列区域，在选择的区域中装载新燃料元件。
步骤S2，将所述乏燃料装载至所述屏蔽管中。具体地，将乏燃料转运系统与堆芯容器底部的导向孔11对接，将所述乏燃料装载至所述屏蔽管20中，从而防止乏燃料的放射性污染。
步骤S3，向堆芯容器中注入水，使得反应堆系统达到临界状态。所述堆芯容器具有入水口和出水口，该入水口和出水口与循环水系统相连，可以通过所述循环水系统向所述堆芯容器内注水。提升水位使得反应堆系统达到临界状态。
步骤S4，将所述乏燃料从所述屏蔽管中取出，测量所述乏燃料的反应性价值。具体可以采用次临界度测量手段测得乏燃料的反应性价值。
步骤S5，选择包括所述屏蔽管的第二(n-1)×(n-1)阵列区域并装载新燃料元件，重复步骤S2至S4，直至完成乏燃料在多个位置下的反应性价值测量。其中，所述第二(n-1)×(n-1)阵列区域不同于所述第一(n-1)×(n-1)阵列区域。通过选择不同的阵列区域装载新燃料元件，从而替换不同的新燃料装载区域，使乏燃料位于不同的相对位置，重复以上步骤，可以完成所有的乏燃料装载方案下的乏燃料反应性价值测量。
在如图2至图4所示的实施例中，在所述临界实验装置上开展不同位置处乏燃料的反应性价值测量实验时，第一步先按照图2中第一区域32中指出的3×3阵列区域进行新燃料元件200的装载，并在屏蔽管20中放入乏燃料实验样品，第二步通过提升水位使得反应堆系统达到临界状态，第三步将乏燃料实验样品从堆芯中取出用次临界度测量手段测得乏燃料的反应性价值。替换不同的新燃料装载区域，重复以上步骤，完成所有的乏燃料装载方案下的乏燃料反应性价值测量。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种乏燃料的临界实验装置，其特征在于，包括：
堆芯容器，所述堆芯容器的底部设置有导向孔；
屏蔽管，固定于所述堆芯容器的所述导向孔处，所述屏蔽管用于放置所述乏燃料；
新燃料安装组件，设置于所述堆芯容器内，所述屏蔽管穿过所述新燃料安装组件，所述新燃料安装组件具有多个安装单元，多个所述安装单元围绕所述屏蔽管，并与所述屏蔽管共同形成n×n阵列，所述安装单元用于安装新燃料元件；
其中，所述屏蔽管位于所述n×n阵列中心位置的2×2阵列的其中之一单元位置处，n包括大于或等于4的偶数；
所述新燃料元件安装于包括所述屏蔽管的任意(n-1)×(n-1)阵列中的安装单元；
所述屏蔽管的顶端封闭，用于隔离所述新燃料元件的水环境；
所述屏蔽管与所述堆芯容器底部之间密封连接。
2.如权利要求1所述的临界实验装置，其特征在于，还包括：支撑部，所述支撑部设置于所述堆芯容器的底部，并且所述支撑部围绕所述屏蔽管设置。
3.如权利要求2所述的临界实验装置，其特征在于，所述新燃料安装组件包括：
第一栅格板，所述第一栅格板连接于所述支撑部上；
第二栅格板，所述第二栅格板连接于所述支撑部的顶端，并与所述第一栅格板间隔设置，所述新燃料元件安装于所述第一栅格板和第二栅格板之间。
4.如权利要求3所述的临界实验装置，其特征在于，所述支撑部为多个，连接于所述第一栅格板和第二栅格板的四周。
5.如权利要求1所述的临界实验装置，其特征在于，多个所述新燃料元件呈阵列状安装于所述安装单元上。
6.如权利要求1所述的临界实验装置，其特征在于，还包括：
控制棒和/或安全棒，所述控制棒和/或安全棒设置于所述屏蔽管与所述安装单元之间的间隔中。
7.如权利要求6所述的临界实验装置，其特征在于，所述控制棒和/或安全棒为板状。
8.一种乏燃料的临界实验方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的临界实验装置进行临界实验；所述临界实验方法包括：
步骤S1，在新燃料安装组件上n×n阵列的区域中选择任意包括乏燃料的屏蔽管的第一(n-1)×(n-1)阵列区域，在选择的区域中装载新燃料元件；
步骤S2，将所述乏燃料装载至所述屏蔽管中；
步骤S3，向堆芯容器中注入水，使得反应堆系统达到临界状态；
步骤S4，将所述乏燃料从所述屏蔽管中取出，测量所述乏燃料的反应性价值；
步骤S5，选择包括所述屏蔽管的第二(n-1)×(n-1)阵列区域并装载新燃料元件，所述第二(n-1)×(n-1)阵列区域不同于所述第一(n-1)×(n-1)阵列区域；
重复步骤S2至S4，直至完成乏燃料在多个位置下的反应性价值测量。
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