CN115547528A - 基于大水池的研究堆辐射屏蔽装置 - Google Patents

基于大水池的研究堆辐射屏蔽装置 Download PDF

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景福庭
吕焕文
张显均
肖锋
刘嘉嘉
孙启航
董化平
朱建平
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Abstract

本发明公开了基于大水池的研究堆辐射屏蔽装置，涉及反应堆辐射屏蔽领域，其技术方案要点是：包括大水池和浸没在大水池中的放射性设备；所述大水池中盛装的水满足所有放射性设备浸没后的顶部与水表面之间的屏蔽水层厚度不小于相应的设计值。本发明采用大水池101加小水池的结构来屏蔽反应堆运行产生的辐射源，可以实现反应堆的整体屏蔽，有效降低反应堆的辐射源项和辐射漏束，从而降低反应堆周围的辐射剂量，确保工作人员的辐射安全，同时屏蔽方案中采用了大量的水，可以在事故工况下用于余热导出、消防用水等。

Description

基于大水池的研究堆辐射屏蔽装置
技术领域
本发明涉及反应堆辐射屏蔽领域，更具体地说，它涉及基于大水池的研究堆辐射屏蔽装置。
背景技术
核反应堆运行中，堆芯裂变反应会释放大量的中子和γ，中子和γ都具有较强的穿透性。以水为冷却剂的核反应堆，H2O中的16O会被中子活化而产生16N，16N会随冷却剂在一回路系统中流动，16N衰变也会释放大量的γ射线。这些中子和γ射线在反应堆及一回路周围形成高辐射场，对反应堆周围的工作人员和设备产生照射。
为了降低工作人员和设备的辐射剂量，需要在反应堆周围构建合适的屏蔽结构，并布置足够的屏蔽材料。而在研究堆运行期间，工作人员需要接近反应堆及一回路系统，并停留一段时间，为了确保人员的辐射安全，需要选择合适的屏蔽材料及结构布置，将研究堆周围的辐射剂量降低到合理可行尽量低的水平，相比其他类型的反应堆，研究堆对辐射屏蔽的要求更为严格。研究堆的运行温度较低，一般在陆地上建造厂房及配套设施，对辐射屏蔽结构的重量和尺寸没有较大的要求。
因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的基于大水池的研究堆辐射屏蔽装置是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供基于大水池的研究堆辐射屏蔽装置，可以有效降低反应堆周围的辐射剂量水平，从而确保工作人员的辐射安全。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：基于大水池的研究堆辐射屏蔽装置，包括大水池和浸没在大水池中的放射性设备；所述大水池中盛装的水满足所有放射性设备浸没后的顶部与水表面之间的屏蔽水层厚度不小于相应的设计值。
进一步的，所述大水池的内部设有环形隔墙，环形隔墙将大水池分为环形池和中心池；
所述环形池中设有至少一个隔断墙，隔断墙将环形池分为多个相互独立的扇形池；
所述放射性设备包括堆容器和辅助设备，堆容器浸没在环形池中，辅助设备一一浸没在不同的扇形池中。
进一步的，所述辅助设备包括热交换器和主泵设备。
进一步的，所述堆容器的屏蔽水层厚度为4m；
所述热交换器的屏蔽水层厚度为1m；
所述主泵设备的屏蔽水层厚度为0.5m。
进一步的，所述热交换器为呈环形状的立式热交换器，立式热交换器安装后与环形隔墙之间在不同半径方向的间距相等。
进一步的，所述热交换器呈环形状，以使得热交换器安装后与环形隔墙之间在不同半径方向的间距相等。
进一步的，所述环形隔墙和隔断墙均采用混凝土制备而成。
进一步的，所述热交换器还设置为对一回路水中的16N源项进行滞留衰变的衰变箱。
进一步的，所述热交换器的一次侧进水口设置在箱体底部，一次侧出水口设置在箱体顶部。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的基于大水池的研究堆辐射屏蔽装置，用大水池加小水池的结构来屏蔽反应堆运行产生的辐射源，可以实现反应堆的整体屏蔽，有效降低反应堆的辐射源项和辐射漏束，从而降低反应堆周围的辐射剂量，确保工作人员的辐射安全，同时屏蔽方案中采用了大量的水，可以在事故工况下用于余热导出、消防用水等；
2、本发明将所有的放射性设备均布置在大水池中，同时采用具有衰变功能的大体积的热交换器，可以有效降低反应堆的辐射漏束，从而降低反应堆周围的辐射剂量，确保工作人员的辐射安全；
3、本发明采用具有衰变功能的大体积的立式热交换器，延长冷却剂在热交换器内的流动时间，冷却剂中16N可以衰变到较低水平；进水口设置在热交换器底部，出水口设置在热交换器顶部，充分利用热交换器中水的自屏蔽作用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中的轴向剖面图。
附图中标记及对应的零部件名称：
101、大水池；102、环形隔墙；103、隔断墙；104、主泵设备；105、堆容器；106、热交换器。
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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例：基于大水池101的研究堆辐射屏蔽装置，如图1所示，包括大水池101和浸没在大水池101中的放射性设备；所述大水池101中盛装的水满足所有放射性设备浸没后的顶部与水表面之间的屏蔽水层厚度不小于相应的设计值。
具体的，大水池101的内部设有环形隔墙102，环形隔墙102将大水池101分为环形池和中心池；所述环形池中设有至少一个隔断墙103，隔断墙103将环形池分为多个相互独立的扇形池；所述放射性设备包括堆容器105和辅助设备，堆容器105浸没在环形池中，辅助设备一一浸没在不同的扇形池中。
本发明可以实现反应堆的整体屏蔽，有效降低反应堆的辐射源项和辐射漏束，从而降低反应堆周围的辐射剂量，确保工作人员的辐射安全，同时屏蔽方案中采用了大量的水，可以在事故工况下用于余热导出、消防用水等。
例如，构建一个直径15m、高15米的反应堆大水池101，再将大水池101划分为5个隔间，分别布置1个堆容器105、2个主泵和2个热交换器106。将直径5米的堆容器105布置在中心池的隔间内，主泵和热交换器106布置在周围的环形池。
其中，根据堆容器105内的辐射源，设计容器上方的屏蔽水层厚度，初步分析，选择4m厚的水层。根据热交换器106内的辐射源，设计热交换器106上方的水层厚度，初步分析，选择1m厚的水层。根据主泵设备104内的辐射源，设计主泵设备104上方的水层厚度，初步分析，选择0.5m厚的水层。主泵设备104一般包括主泵及相关的阀。
热交换器106为呈环形状的立式热交换器106，立式热交换器106安装后与环形隔墙102之间在不同半径方向的间距相等。
例如，采用100m3大容积的立式热交换器106，一回路冷却剂流量为5000t/h，16N的半衰期为7.13s，一回路水从热交换器106入口到出口，需流动72s，16N会通过衰变降低约1000倍。16N源降低1000倍，相同辐射屏蔽设计下辐射剂量也会降低1000倍。或者减少辐射屏蔽材料的厚度，如采用混凝土，可以降低1m厚。
热交换器106的外观采用环形结构，环绕堆容器105周围，热交换器106的一次侧进水口设置在箱体底部，一次侧出水口设置在箱体顶部。
需要说明的是，本发明主要是针对研究堆，而研究堆与部分反应堆的整体设计及参数存在明显差别，例如压水堆。相对于现有技术中采用安全壳包容整个反应堆及回路系统而言，直接将研究堆及主要设备布置在水池中的安全性与屏蔽更佳。
工作原理：本发明采用大水池101加小水池的结构来屏蔽反应堆运行产生的辐射源，可以实现反应堆的整体屏蔽，有效降低反应堆的辐射源项和辐射漏束，从而降低反应堆周围的辐射剂量，确保工作人员的辐射安全，同时屏蔽方案中采用了大量的水，可以在事故工况下用于余热导出、消防用水等；此外，将所有的放射性设备均布置在大水池101中，同时采用具有衰变功能的大体积的热交换器106，可以有效降低反应堆的辐射漏束，从而降低反应堆周围的辐射剂量，确保工作人员的辐射安全；另外，采用具有衰变功能的大体积的立式热交换器106，延长冷却剂在热交换器106内的流动时间，冷却剂中16N可以衰变到较低水平；进水口设置在热交换器106底部，出水口设置在热交换器106顶部，充分利用热交换器106中水的自屏蔽作用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于大水池(101)的研究堆辐射屏蔽装置，其特征是，包括大水池(101)和浸没在大水池(101)中的放射性设备；所述大水池(101)中盛装的水满足所有放射性设备浸没后的顶部与水表面之间的屏蔽水层厚度不小于相应的设计值。
2.根据权利要求1所述的基于大水池(101)的研究堆辐射屏蔽装置，其特征是，所述大水池(101)的内部设有环形隔墙(102)，环形隔墙(102)将大水池(101)分为环形池和中心池；
所述环形池中设有至少一个隔断墙(103)，隔断墙(103)将环形池分为多个相互独立的扇形池；
所述放射性设备包括堆容器(105)和辅助设备，堆容器(105)浸没在环形池中，辅助设备一一浸没在不同的扇形池中。
3.根据权利要求2所述的基于大水池(101)的研究堆辐射屏蔽装置，其特征是，所述辅助设备包括热交换器(106)和主泵设备(104)。
4.根据权利要求3所述的基于大水池(101)的研究堆辐射屏蔽装置，其特征是，所述堆容器(105)的屏蔽水层厚度为4m；
所述热交换器(106)的屏蔽水层厚度为1m；
所述主泵设备(104)的屏蔽水层厚度为0.5m。
5.根据权利要求3所述的基于大水池(101)的研究堆辐射屏蔽装置，其特征是，所述热交换器(106)为呈环形状的立式热交换器(106)，立式热交换器(106)安装后与环形隔墙(102)之间在不同半径方向的间距相等。
6.根据权利要求3所述的基于大水池(101)的研究堆辐射屏蔽装置，其特征是，所述热交换器(106)呈环形状，以使得热交换器(106)安装后与环形隔墙(102)之间在不同半径方向的间距相等。
7.根据权利要求2所述的基于大水池(101)的研究堆辐射屏蔽装置，其特征是，所述环形隔墙(102)和隔断墙(103)均采用混凝土制备而成。
8.根据权利要求3所述的基于大水池(101)的研究堆辐射屏蔽装置，其特征是，所述热交换器(106)还设置为对一回路水中的16N源项进行滞留衰变的衰变箱。
9.根据权利要求8所述的基于大水池(101)的研究堆辐射屏蔽装置，其特征是，所述热交换器(106)的一次侧进水口设置在箱体底部，一次侧出水口设置在箱体顶部。
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