CN114171215A - 一种中子毒物材料及其制备方法、以及核临界安全贮槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种中子毒物材料，其化学组成以重量份计包括：水10～27份，水泥20～25份，硼添加剂8～15份，砂子45～50份。本发明还公开一种中子毒物材料的制备方法、以及包含该中子毒物材料的核临界安全贮槽，该中子毒物材料以及核临界安全贮槽的。本发明中子吸收效果好，结构稳定，强度和耐久性高，该制备方法工艺简单，原料易得，成本低。
Description
技术领域
本发明属于核工程领域，具体涉及一种中子毒物材料及其制备方法、以及核临界安全贮槽。
背景技术
乏燃料后处理厂主要是从核反应堆辐照过的核燃料中提取钚(239Pu)和回收有用的铀(235U)、镎等超铀元素，因为235U、239Pu等是易裂变核素，在加工处理时就有可能发生核临界事故。一旦发生临界事故，就有可能损坏设备，造成物料损失和放射性污染，并且，核临界事故时发生的强辐射也有可能造成人员的伤亡。
为了把核临界事故的风险尽可能降低到最低水平，通常采用衬有固体中子毒物的几何安全设备或者采用浓度-几何相结合的方式控制来控制核临界。现阶段，混凝土是应用于防核辐射和屏蔽的最广泛的材料，其在结构稳定性、耐久性等都方面具有很大优势，但是，对中子吸收性能还有待改善。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种中子毒物材料及其制备方法、以及核临界安全贮槽，该中子毒物材料以及核临界安全贮槽中子吸收效果好，且结构稳定，强度和耐久性高，该制备方法工艺简单，原料易得，成本低。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
根据本发明的一个方面，提供一种中子毒物材料，其技术方案为：
一种中子毒物材料，其化学组成以重量份计包括：水10～27份，水泥20～25份，硼添加剂8～15份，砂子45～50份。
优选的是，所述水泥为硅酸盐水泥，所述硼添加剂为氮化硼，所述砂子为细河砂。
根据本发明的另一个方面，提供一种中子毒物材料的制备方法，其技术方案为：
一种中子毒物材料的制备方法，包括：
S1干混：按重量份计，将水泥20～25份、硼添加剂8～15份、以及砂子45～50份混合均匀，得到干物料；
S2取样分析：从干物料中抽取样品，并检测样品中的硼元素含量，若硼含量合格，则进入步骤S3，若否，则继续干混，直至检测硼元素含量合格；
S3湿混：按重量份计，加入水10～27份，并混合均匀，得到含硼水泥砂浆；
S4加工成型：将含硼水泥砂浆浇筑成型，得到中子毒物材料产品。
优选的是，所述水泥为硅酸盐水泥，所述硼添加剂为氮化硼，所述砂子为细河砂。
优选的是，在所述步骤S2中，所述抽取样品为是指在所述干物料中选取至少四个不同部位进行取样，所述检测硼元素含量合格是指各样品中每克干物料中的硼元素含量≥0.047g。
优选的是，步骤S3中的所述含硼水泥砂浆的稠度为70-80mm。
优选的是，在所述步骤S4中，所述浇筑具体包括：将含硼水泥砂浆分层浇筑在成型模具内，每层的高度为90-100mm。
根据本发明的又一个方面，提供一种核临界安全贮槽，其技术方案为：
一种核临界安全贮槽，包括槽体和固体中子毒物，其中，所述固体中子毒物采用以上所述的中子毒物材料制成。
优选的是，所述槽体为圆环槽状，其包括槽体内壁和槽体外壁，所述固体中子毒物填充在槽体内壁的内侧，所述槽体内壁与槽体外壁之间的距离为50mm。
优选的是，所述槽体内壁的半径≥800mm，所述固体中子毒物为圆环状，圆环状固体中子毒物的内径与外径之间的距离为400mm。
有益效果：
本发明的中子毒物材料，中子吸收效果好，并具有混凝土结构稳定、强度和耐久性高等优点，且原料易得，成本低。
本发明的中子毒物材料的制备方法，工艺简单，原料易得，成本低，本方法制得的中子毒物材料，由于添加了硼添加剂，相比于传统技术中的防核辐射和屏蔽的混凝土材料，中子吸收效果更好，并具有混凝土结构稳定、强度和耐久性高的优点，此外，适用范围广，可适用于所需中子吸收性能不同的场合。
本发明的核临界安全贮槽，采用了以上所述中子毒物材料，中子吸收效果好，可有效防止核临界事故的发生，并且，结构稳定，强度和耐久性高，适用范围广，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例的中子毒物材料的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例中一种核临界安全贮槽的俯视图；
图3为本发明实施例中一种核临界安全贮槽的剖视图；
图4为本发明实施例中另一种核临界安全贮槽的俯视图；
图5为本发明实施例中另一种核临界安全贮槽的剖视图。
图中：1-槽体外壁；2-料液；3-槽体内壁；4-固体中子毒物。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对本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它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例公开一种中子毒物材料，其化学组成以重量份计包括：
水10～27份，水泥20～25份，硼添加剂8～15份，砂子45～50份。
其中，硼添加剂为氮化硼；由于本实施例中子毒物材料通过添加氮化硼就可以增强中子吸收能力，不需要水泥本身的结晶水含量很高，因此，水泥可以为硅酸盐水泥，优选为不掺加混合材料的Ⅰ型硅酸盐水泥(代号P·I)，相比于传统技术中的防辐射特种水泥(如高铝水泥、钡水泥、锶水泥等)，这种水泥制备简单，施工方便，性价比高；砂子为细河砂。
本实施例的中子毒物材料，中子吸收效果好，且结构稳定，强度和耐久性高，原料易得，成本低。
实施例2
如图1所示，本实施例公开一种中子毒物材料的制备方法，用于制备实施例1所述的中子毒物材料，包括步骤S1-S4，其中：
S1干混：按重量份计，将水泥20～25份、硼添加剂8～15份、以及砂子45～50份搅拌混合均匀，得到干物料。
具体来说，水泥为硅酸盐水泥，优选为不掺加混合材料的Ⅰ型硅酸盐水泥(代号P·I)。硼添加剂为氮化硼，由于硼添加剂会影响水泥的凝结过程和物理性能，硼含量过多会破坏中子毒物材料的结构稳定性，硼含量过少会影响导致混合不均匀，可能造成核临界安全事故隐患，因此，本方法需严格控制硼添加剂的用量，其用量主要考虑两个因素：满足核临界安全要求和不能破坏中子毒物材料的结构稳定性，其中，满足核临界安全要求可根据核临界安全计算出的K有效值进行确定，中子毒物材料的结构稳定性根据实际制备工艺得到的中子毒物材料产品的检测结果进行确定。比如，如图2、图3所示，中子毒物材料是用于填充在圆柱体结构的环形核临界安全贮槽的内侧，该贮槽的内径为500mm,高度为600mm，环形部分(即装填料液部分)的宽度为50mm,根据临界安全计算的结果和制备试验检测结果，最终确定该中子毒物材料的化学组分按重量份计为水：水泥：氮化硼：砂子＝2:3:1:6，即水为16.6份、水泥25份、硼添加剂8.3份、砂子50份。砂子优选为细河砂，细河砂的细度模数μf优选为2.2-1.6。干混混合均匀可根据混合物的颜色进行判断，当混合物颜色一致时，则可判断干混混合均匀。
S2取样分析：从干物料中抽取样品，具体来说，在干物料中选取至少四个不同部位进行取样，每份样品的量优选为10ml,并检测各个样品中的硼元素含量，若各个样品中每克干物料中的硼元素含量≥0.047g，即硼含量合格，则进入步骤S3，若否，则继续干混，直至检测硼元素含量合格。
S3湿混：按重量份计，加入水10～27份(本实施例的水为16.6份)，并混合均匀，得到良好和易性的含硼水泥砂浆，含硼水泥砂浆的稠度控制在70-80mm。
S4加工成型：将含硼水泥砂浆分层浇筑在成型模具(如核临界安全贮槽)内，每层的高度为90-110mm，优选为每层的高度为100mm,浇筑时不断捣拌，捣拌完毕后再浇筑下一层，直到含硼水泥砂浆与成型模具空间顶面平齐为止得到浇注成型的中子毒物材料产品。
本实施例的中子毒物材料的制备方法，工艺简单，原料易得，成本低，本方法制得的中子毒物材料，由于添加了硼添加剂，相比于传统技术中的防核辐射和屏蔽的混凝土材料，中子吸收效果更好，并且，具备混凝土材料结构稳定、强度和耐久性高的优点，适用范围广，可适用于所需中子吸收性能不同的场合。
实施例3
本实施例公开一种中子毒物材料的制备方法，相比于实施例2，区别在于：
本实施例的中子毒物材料的化学组分按重量份计为：水27份，水泥20份，氮化硼8份，砂子45份。
实施例4
本实施例公开一种中子毒物材料的制备方法，相比于实施例2，区别在于：
本实施例的中子毒物材料的化学组分按重量份计为：水15份，水泥25份，氮化硼10份，砂子50份。
实施例5
本实施例公开一种中子毒物材料的制备方法，相比于实施例2，区别在于：
本实施例的中子毒物材料的化学组分按重量份计为：水10份，水泥25份，氮化硼15份，砂子50份。
实施例6
本实施例公开一种中子毒物材料的制备方法，相比于实施例2，区别在于：
本实施例的中子毒物材料的化学组分按重量份计为：水20份，水泥21份，氮化硼12份，砂子47份。
实施例7
如图2-5所示，本实施例公开一种核临界安全贮槽，用于乏燃料后处理，其包括槽体和固体中子毒物，且固体中子毒物采用实施例1或2所述的中子毒物材料制成。
在一些实施方式中，如图2、图3所示，核临界安全贮槽的槽体为圆环槽状，放射性料液2置于该圆环槽状空间内，其包括槽体内壁3和槽体外壁1，固体中子毒物4成型在槽体内壁3的内侧(为圆柱状)，不易被破坏。槽体内壁和槽体外壁的半径均随贮槽的体积增大而增大，填充中子毒物材料的空间的半径也相应增大，但是，槽体内壁3与槽体外壁1之间的距离(即槽宽，用于放置放射性料液的环形空间的宽度)保持不变，始终为50mm。
在一些实施方式中，如图4、图5所示，槽体内壁3的半径为≥800mm，固体中子毒物4成型为圆环状，圆环状固体中子毒物的内径与外径之间的距离为400mm，即圆环状固体中子毒物的宽度不会随着贮槽体积的增大而继续增加。
本实施例的核临界安全贮槽，由于固体中子毒物采用了实施例1或2中所述中子毒物材料，中子吸收效果好，可有效防止核临界事故的发生，并且，结构稳定，强度和耐久性高，适用范围广，成本低。
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)
1.一种中子毒物材料，其特征在于，其化学组成以重量份计包括：
水10～27份，水泥20～25份，硼添加剂8～15份，砂子45～50份。
2.根据权利要求1所述的中子毒物材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥，所述硼添加剂为氮化硼，所述砂子为细河砂。
3.一种中子毒物材料的制备方法，包括：
S1干混：按重量份计，将水泥20～25份、硼添加剂8～15份、以及砂子45～50份混合均匀，得到干物料；
S2取样分析：从干物料中抽取样品，并检测样品中的硼元素含量，
若硼含量合格，则进入步骤S3，若否，则继续干混，直至检测硼元素含量合格；
S3湿混：按重量份计，加入水10～27份，并混合均匀，得到含硼水泥砂浆；
S4加工成型：将含硼水泥砂浆浇筑成型，得到中子毒物材料产品。
4.根据权利要求3所述的中子毒物材料的制备方法，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥，所述硼添加剂为氮化硼，所述砂子为细河砂。
5.根据权利要求3所述的中子毒物材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，
所述抽取样品为是指在所述干物料中选取至少四个不同部位进行取样；
所述检测硼元素含量合格是指各样品中每克干物料中的硼元素含量≥0.047g。
6.根据权利要求3所述的中子毒物材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中的所述含硼水泥砂浆的稠度为70-80mm。
7.根据权利要求3所述的中子毒物材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述浇筑具体包括：
将含硼水泥砂浆分层浇筑在成型模具内，每层的高度为90-100mm。
8.一种核临界安全贮槽，包括槽体和固体中子毒物，其特征在于，所述固体中子毒物采用权利要求1或2所述的中子毒物材料制成。
9.根据权利要求8所述的核临界安全贮槽，其特征在于，所述槽体为圆环槽状，其包括槽体内壁和槽体外壁，所述固体中子毒物填充在槽体内壁的内侧，所述槽体内壁与槽体外壁之间的距离为50mm。
10.根据权利要求9所述的核临界安全贮槽，其特征在于，所述槽体内壁的半径≥800mm，所述固体中子毒物为圆环状，圆环状固体中子毒物的内径与外径之间的距离为400mm。
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