CN114300166B - 放射性燃料元件的临界装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种放射性燃料元件的临界装置，包括：支承组件；堆芯容器，所述堆芯容器安装于所述支承组件上，所述堆芯容器的底部设置有通孔，所述通孔可选择性地打开或关闭，所述通孔用于为乏燃料出入所述堆芯容器提供出入口；乏燃料运输孔道，设置于所述堆芯容器下方，所述乏燃料运输孔道贯穿所述支承组件并与所述通孔相连通，所述乏燃料运输孔道用于为乏燃料出入所述堆芯容器进行导向；新燃料安装组件，可拆卸地安装于所述堆芯容器内，所述新燃料安装组件用于安装多个新燃料元件，所述新燃料元件位于所述乏燃料周围。采用本实施例中的临界装置，可以开展不同类型的乏燃料的反应性测量、乏燃料临界水位等测量研究。

Description

放射性燃料元件的临界装置

技术领域

本发明的实施例涉及临界实验技术领域，具体涉及一种放射性燃料元件的临界装置。

背景技术

目前，对于乏燃料的临界实验主要集中在理论研究与方法学习上，现有的临界实验装置不具备开展乏燃料相关研究的能力。针对不同类型的固体乏燃料开展反应性测量、水位的反应性效应，通量分布等测量研究，需要一种能够实现对乏燃料开展临界实验的装置。

发明内容

本发明的实施例提供了一种放射性燃料元件的临界装置，包括：支承组件；堆芯容器，所述堆芯容器安装于所述支承组件上，所述堆芯容器的底部设置有通孔，所述通孔可选择性地打开或关闭，所述通孔用于为乏燃料出入所述堆芯容器提供出入口；乏燃料运输孔道，设置于所述堆芯容器下方，所述乏燃料运输孔道贯穿所述支承组件并与所述通孔相连通，所述乏燃料运输孔道用于为乏燃料出入所述堆芯容器进行导向；新燃料安装组件，可拆卸地安装于所述堆芯容器内，所述新燃料安装组件用于安装多个新燃料元件，所述新燃料元件位于所述乏燃料周围。

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放射性燃料元件的临界装置的结构示意图。

图2是图1中放射性燃料元件的临界装置的另一角度的结构示意图。

图3是图1中A处的放大图。

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：

10、支承组件；11、支承平台；12、安装孔；13、堆芯支撑件；14、支承部；15、斜梯；16、扶手；17、围栏；

20、堆芯容器；21、入水口；

30、乏燃料运输孔道；

40、新燃料安装组件；41、第一栅格板；42、第二栅格板；43、孔道；44、安装单元；

50、支撑件；

60、驱动机构；

70、循环水组件；71、储存容器；72、管路；73、控制部；

80、探测器支承筒。

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放射性燃料元件的临界装置的结构示意图。图2示出了图1中放射性燃料元件的临界装置的另一角度的结构示意图。图3示出了图1中A处的放大图。

如图1至图3所示，本发明实施例中放射性燃料元件的临界装置包括支承组件10、堆芯容器20、乏燃料运输孔道30以及新燃料安装组件40。所述堆芯容器20安装于所述支承组件10上，所述堆芯容器20的底部设置有通孔(图中未示出)，所述通孔可选择性地打开或关闭，所述通孔用于为乏燃料出入所述堆芯容器20提供出入口。乏燃料运输孔道30设置于所述堆芯容器20的下方，所述乏燃料运输孔道30贯穿所述支承组件10并与所述通孔相连通，所述乏燃料运输孔道30用于为乏燃料出入所述堆芯容器20起到导向作用。新燃料安装组件40可拆卸地安装于所述堆芯容器20内，所述新燃料安装组件40用于安装多个新燃料元件200，所述新燃料元件200位于所述乏燃料周围。

在本实施例中，所述乏燃料运输孔道设置于所述堆芯容器的下方，并且与乏燃料转运系统相匹配，可以在全自动可监视的情况下将乏燃料转运至堆芯容器内的指定位置，从而对乏燃料开展相关参数的实验研究。在实验结束后，还可以将乏燃料通过所述乏燃料运输孔道运输至所述堆芯容器的下方，并通过乏燃料转运系统转运至储存位置。

需要说明的是，在无需与乏燃料转运系统对接时，即需要对所述乏燃料进行出入堆操作时，所述堆芯容器20底部的通孔可以关闭，例如，可以通过法兰进行固定封堵。在需要与乏燃料转运系统进行对接时，所述通孔打开，例如，将固定在通孔处的法兰拆卸下来。

采用本实施例中的临界装置，可以开展不同类型的乏燃料的反应性测量、乏燃料临界水位、水位的反应性效应、通量分布等测量研究，进而对燃料组件高密度贮存的临界安全工程进行模拟、乏燃料运输过程中临界安全工程模拟以及乏燃料贮存的燃耗信任制技术进行开发。

如图1和图2所示，本实施例中的支承组件10包括支承平台11和堆芯支撑件13。所述支承平台11上设置有安装孔12，所述堆芯支撑件13安装于所述安装孔12处，所述堆芯支撑件13用于支撑堆芯容器20，所述支承平台11用于支承除堆芯容器20和堆芯容器内部结构部件之外的其他部件。

在一些实施例中，所述堆芯支撑件13包括一支撑板，用于对所述堆芯容器20进行支撑和承重。堆芯支撑件13位于所述支承平台11的安装孔12处，该安装孔12为堆芯容器20以及堆芯容器内部结构部件提供安装位置。可选的，所述堆芯支撑件13的上表面与所述支承平台11的上表面平齐。

所述支承组件10还包括多个支承部14，所述支承部14分别连接于所述支承平台11和所述堆芯支撑件13，分别用于支撑所述支承平台11和所述堆芯支撑件13，从而采用不同的支承部14对所述支承平台11和所述堆芯支撑件13进行支撑和承重，使堆芯容器以及堆芯容器内部结构部件的支撑与支承平台的支撑相互独立。可选的，通过多个支承部14将支承平台和堆芯支撑件支撑固定在地面上。

在本实施例中，所述支承组件10还包括与所述支承平台11连接的斜梯15、扶手16和围栏17。所述斜梯15连接所述支承平台11和地面，所述扶手16安装于所述斜梯15和/或所述围栏17上，所述围栏17安装于所述支承平台11的四周，从而构成以单层的操作平台，使得人员可以在不进行实验时，在支承平台上对该临界装置进行操作。此外，所示支承平台11的下方还可以为乏燃料的出入堆操作以及乏燃料的转运提供操作空间。

可选的，所述堆芯容器20包括不锈钢罐状容器。堆芯容器20、所述堆芯容器20的底部、以及所述堆芯支撑件13之间密封。

进一步地，所述堆芯容器20内部设置有新燃料安装组件40、探测器支承筒80、导向管、固定板等部件，用于固定和支撑临界装置的其他系统和部件，例如，慢化剂、反射层、各种元件、控制棒等。其中，探测器支承筒80用于支撑各种实验所需的探测器，所述导向管(图中未示出)用于为控制棒和/或安全棒在驱动机构的驱动下运动时起导向作用，所述固定板用于固定堆芯所需的一些元件。

在本实施例中，所述临界装置还包括支撑件50，所述支撑件50固定于所述堆芯容器20的底部，所述新燃料安装组件40连接于所述支撑件50上。如图2所示，所述支撑件50包括支撑柱，所述支撑柱位于所述通孔的周围，所述新燃料安装组件40通过该支撑柱固定在堆芯容器20内。例如，所述支撑件50可以为4个，所述新燃料安装组件40的四个角或者四个边可拆卸地连接在所述支撑件50上，从而将新燃料安装组件40固定在堆芯容器20内。

如图2所示，本实施例中，所述新燃料安装组件40包括第一栅格板41和第二栅格板42，所述第一栅格板41可拆卸地连接于所述支撑件50上，所述第二栅格板42可拆卸地连接于所述支撑件50顶端，并与所述第一栅格板41间隔设置，所述新燃料元件安装于所述第一栅格板41和第二栅格板42之间。

本实施例通过第一栅格板41对所述新燃料元件进行定位，再第二栅格板42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41上而造成的倾斜。第一栅格板41和第二栅格板42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41和所述第二栅格板42上对应于所述通孔的位置设置有孔道43，所述孔道43用于为所述乏燃料的安装提供空间。

如图2所示，所述第一栅格板41和所述第二栅格板42上设置有多个呈阵列排列的安装单元44，所述安装单元44上设置有多个呈阵列排列的单元栅格，所述单元栅格用于安装所述新燃料元件200，所述新燃料元件200呈阵列安装于所述第一栅格板和第二栅格板的安装单元44上。其中，所述堆芯容器内可以装载多套不同阵列类型的所述第一栅格板41和第二栅格板42，例如，第一栅格板41和第二栅格板42上的安装单元44以不同的阵列进行排布，此外，第一栅格板41和第二栅格板42上的单元栅格也具有不同的阵列类型。堆芯容器内装载不同阵列类型的第一栅格板和第二栅格板，以使安装于其上的新燃料元件以不同的阵列进行排布，从而可以满足不同的实验要求，进行不同情况下的乏燃料实验研究。

在本实施例中，所述临界装置还包括独立安装单元(图中未示出)，所述独立安装单元与所述安装单元44相匹配，所述独立安装单元可拆卸地连接于所述第一栅格板41和第二栅格板42上，并覆盖所述孔道43。

在需要对新燃料进行实验研究而不进行乏燃料实验研究时，可以通过固定装置将独立安装单元固定在所述孔道43处，其中，固定装置可以为螺栓等。所述独立安装单元与第一栅格板41和第二栅格板42上的安装单元44相同，具体地，阵列类型和排布方式相同，从而使独立安装单元与第一栅格板41或第二栅格板42上的安装单元44共同组成完整的阵列，安装新燃料元件后，即可对新燃料进行实验研究，例如，新燃料的反应性测量等研究。

在如图2所示的实施例中，所示第一栅格板41和第二栅格板42上包括15个安装单元44，15个安装单元44以4×4的阵列排列，并空出第二排第二列的安装单元，用来设置孔道43。在需要对新燃料进行实验研究时，将独立安装单元固定在该空出的位置处，从而与15个所述安装单元44共同组成4×4的阵列。

本实施例中的临界装置不仅可以对乏燃料进行实验研究，还可以对新燃料进行实验研究。本实施例中的临界装置同时可开展乏燃料相关参数和新燃料相关参数研究，可以针对乏燃料和新燃料进行反应性对比测量研究。

在本实施例中，所述临界装置还包括控制棒和/或安全棒(图中未示出)以及驱动机构60。所述控制棒和/或安全棒设置于所述堆芯容器20中，所述驱动机构60与所述控制棒和/或安全棒驱动连接，用于驱动所述控制棒和/或安全棒上下移动。

在临界装置运行时，驱动机构60带动安全棒棒体向上运动，到预设位置停止运动。驱动机构60可以驱动控制棒上下移动，从而控制反应性。在正常停堆时，驱动机构60带动安全棒棒体向下运动，到指定位置停止运动，从而控制反应堆停堆。当反应堆发生异常情况，需要紧急停堆时，电磁铁断电，依靠重力安全棒棒体快速弹入堆芯的内部，从而使反应堆紧急停堆。

进一步地，临界装置还包括导向管(图中未示出)，所述导向管设置于所述堆芯容器20中，用于为所述控制棒和/或安全棒的运动进行导向，使控制棒和/或安全棒在运动至指定位置。

如图1和2所示，临界装置还包括循环水组件70，所述循环水组件70用于为所述堆芯容器注水，以在开展临界实验时使用水作为慢化剂。具体地，所述循环水组件70包括储存容器71、多个管路72和控制部73。所示储存容器71设置于所述支承平台11的下方，所示储存容器71用于储存水。多个管路72分别与所述堆芯容器20的入水口21和出水口相连通，从而实现向堆芯容器20内的注水和排水。控制部73设置于所述管路72上，用于控制所述堆芯容器20中的水位高度。其中，所示控制部73包括水泵、阀门或者液体流量计，从而可以实现对水的流量以及流速的控制，避免向堆芯容器20内注水时过快。此外，堆芯容器20内还设置有液位探测器，从而实时监测堆芯容器20内的水位。

在本实施例中，临界装置还包括中子源组件，设置于支承平台11下方，用于为临界实验提供中子源。所述中子源组件包括中子源，中子源容器以及中子源驱动件。所述中子源容器设置于所述支承平台11的下方，用于储存所述中子源。中子源驱动件与所述中子源驱动连接，用于驱动所述中子源移动至堆芯容器20内。在实验需要时，通过中子源驱动件把中子源传送至堆芯容器的指定位置。在实验结束后，中子源被送回至所述中子源容器内。

如图2所示，本实施例的临界实验装置还包括多个探测器支承筒80，所述探测器支承筒80设置于所述堆芯容器20内，并位于所述新燃料安装组件40的外围，探测器安装于所述探测器支承筒80上，以将探测器固定在堆芯容器内，实现各种所需的检测和测量。所述探测器包括液位探测器，可以实时监测堆芯容器20内的水位。

需要说明的是，由于堆芯容器内部结构部件为安全棒系统、控制棒系统、中子源组件、循环水组件、堆芯内部其他关键部件提供接口和装配空间及工位，因此，堆芯各个结构部件设计和制造时考虑了与各组件及相关部件的尺寸与结构的配合、装配等。另外，堆芯结构部件兼顾满足循环水组件开展液位测量的要求。

本发明实施例的通用性临界装置采用新燃料组件、乏燃料运输孔道等设计，同时兼顾了堆本体上开展相关乏燃料燃耗研究的功能和固态燃料的研究功能，通过一个装置可以满足多种实验条件，能够填补在临界装置上开展不同类型乏燃料和新燃料反应性测量、乏燃料临界水位、水位的反应性效应、通量分布等测量研究的空白。

采用本发明实施例的临界装置进行临界实验时，首先通过堆芯容器中栅格板固定装置将第一栅格板和第二栅格板恢复成4×4阵列形式，通过理论计算在新燃料安装组件中逐步插入新燃料，通过外推达到临界状态，此过程需要装置中中子源组件、安全棒和控制棒系统、循环水系统同时匹配工作，以开展相关实验研究。然后拆除栅格板固定装置及堆芯容器底部通孔处封堵的法兰，在通孔位置布置用于暂存乏燃料的套筒，形成的乏燃料孔道与乏燃料转运系统相匹配。在实验中，在全自动可监视下将乏燃料转运至此装置堆芯容器指定位置，进而开展乏燃料相关参数实验研究。实验完成后，通过乏燃料转运系统将乏燃料转运至储存位置，待堆芯剂量下降为安全值后，可重新进入操作场地恢复装置。

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 (12)

1.一种放射性燃料元件的临界装置，其特征在于，包括：

支承组件；

堆芯容器，所述堆芯容器安装于所述支承组件上，所述堆芯容器的底部设置有通孔，所述通孔可选择性地打开或关闭，所述通孔用于为乏燃料出入所述堆芯容器提供出入口；

乏燃料运输孔道，设置于所述堆芯容器下方，所述乏燃料运输孔道贯穿所述支承组件并与所述通孔相连通，所述乏燃料运输孔道用于为乏燃料出入所述堆芯容器进行导向；

新燃料安装组件，可拆卸地安装于所述堆芯容器内，所述新燃料安装组件用于安装多个新燃料元件，所述新燃料元件位于所述乏燃料周围；

其中，所述新燃料安装组件包括：第一栅格板和第二栅格板，所述第二栅格板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；

所述第一栅格板和所述第二栅格板上对应于所述通孔的位置设置有孔道，用于为所述乏燃料的安装提供空间；

所述第一栅格板和所述第二栅格板上设置有多个呈阵列排列的安装单元；

所述临界装置还包括独立安装单元，所述独立安装单元与所述安装单元相匹配，所述独立安装单元可拆卸地连接于所述第一栅格板和第二栅格板上，并覆盖所述通孔；

所述第一栅格板和所述第二栅格板上的多个安装单元呈4×4阵列排列，将所述4×4阵列中的第二排第二列空出，所述通孔设置于该位置；所述独立安装单元可拆卸地连接于所述4×4阵列中的第二排第二列；

其中，当所述独立安装单元固定于所述4×4阵列中的第二排第二列时，所述临界装置用于对所述新燃料进行实验；当拆卸所述独立安装单元后，所述临界装置用于对所述乏燃料进行实验。

2.如权利要求1所述的临界装置，其特征在于，所述支承组件包括：

支承平台，所述支承平台上设置有安装孔；

堆芯支撑件，所述堆芯支撑件安装于所述安装孔处，所述堆芯支撑件用于支撑堆芯容器。

3.如权利要求2所述的临界装置，其特征在于，还包括：多个支承部，所述支承部分别连接于所述支承平台和所述堆芯支撑件，分别用于支撑所述堆芯支撑件和所述支承平台。

4.如权利要求1所述的临界装置，其特征在于，还包括：支撑件，所述支撑件固定于所述堆芯容器底部；

所述新燃料安装组件连接于所述支撑件上，其中，所述第一栅格板可拆卸地连接于所述支撑件，所述第二栅格板可拆卸地连接于所述支撑件的顶端。

5.如权利要求1所述的临界装置，其特征在于，所述安装单元上设置有多个呈阵列排列的单元栅格，所述单元栅格用于安装所述新燃料元件，所述新燃料元件呈阵列安装于所述第一栅格板和第二栅格板的安装单元上。

6.如权利要求1所述的临界装置，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堆芯容器中；

驱动机构，与所述控制棒和/或安全棒驱动连接，用于驱动所述控制棒和/或安全棒上下移动。

7.如权利要求6所述的临界装置，其特征在于，还包括：导向管，所述导向管设置于所述堆芯容器中，用于为所述控制棒和/或安全棒的运动进行导向。

8.如权利要求1所述的临界装置，其特征在于，还包括：循环水组件，所述循环水组件用于为所述堆芯容器注水。

9.如权利要求8所述的临界装置，其特征在于，所述循环水组件包括：

储存容器，设置于支承平台的下方，用于储存水；

多个管路，分别与所述堆芯容器的入水口和出水口相连通；

控制部，设置于所述管路上，用于控制所述堆芯容器中的水位高度。

10.如权利要求1所述的临界装置，其特征在于，还包括：中子源组件，设置于所述支承平台下方，用于为临界实验提供中子源。

11.如权利要求10所述的临界装置，其特征在于，所述中子源组件包括：

中子源；

中子源容器，设置于所述支承平台下方，用于储存所述中子源；

中子源驱动件，与所述中子源驱动连接，用于驱动所述中子源移动至堆芯容器内。

12.如权利要求1所述的临界装置，其特征在于，还包括：

探测器支承筒，设置于所述堆芯容器内，并位于所述新燃料安装件外围；

探测器，安装于所述探测器支承筒上。