CN201126715Y - 碳化硼屏蔽组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种中子反应堆堆芯屏蔽组件。该组件由头部、中间部分和尾部三部分组成。头部由操作头、上过渡接头组成，操作头与组件装卸设备相吻合并设有钠的排出孔；上过渡接头外侧设有定位块以保证组件之间的径向定位，上过渡接头焊接到六角套管的上端面上。中间部分由六角套管和置于套管中的屏蔽体组成。尾部由下过渡接头及管脚等组成，下过渡接头焊接到六角套管的下端面上，管脚设有钠的进入孔。本实用新型所使用高密度热压碳化硼芯块，保证它在开裂后不逸出棒外，同时吸收体棒采用通气式的上端塞，将B－10(n，α)反应产生的氦气引出棒外，技术方案不仅实用，而且有效地解决了吸收体棒包壳的承压问题。
Description
技术领域
本实用新型属于快中子反应堆技术领域，具体涉及快中子反应堆堆芯屏蔽组件。
背景技术
碳化硼屏蔽组件是钠冷快中子反应堆的堆芯组件之一，它通过天然碳化硼中的10B元素吸收逃逸出反射层组件的中子，以保护堆内构件和堆容器免受超标的中子辐照，并避免中间热交换器内的二次钠活化。碳化硼屏蔽组件主要包括三部分，分别是由操作头、上过渡接头等组成的头部、由六角套管和置于套管中的屏蔽棒、吸收体棒束组成的中间部分，由下过渡接头及管脚等组成的尾部。工作时，冷却剂钠由组件管脚的进钠孔进入组件，流经下屏蔽棒、吸收体棒、上屏蔽棒，最后由操作头的出钠孔流出。
现有技术中，关于吸收体棒的结构有两种方式，其一是采用潜水钟式设计，它的上端塞开有通气孔，在包壳内设置1个由多孔材料制成的通气塞，这种结构一方面解决通气问题，另一方面阻止破碎的碳化硼逸出，但其结构复杂，焊接困难，很难实现。其二是采用封闭式结构，如文献IAEA-TECDOC-884(Absorbermaterials，control rods and designs of shutdown systems for advanced liquid metalfast reactors)介绍的那样，以氦气作结合介质，在棒内留有很长的气体贮存腔，但碳化硼芯块的中心温度高达2000℃以上，寿命后期棒的内压也十分高，成为设计寿命的主要限制。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术中的碳化硼屏蔽组件结构复杂，设计寿命受到限制的问题，提供一种更实用的碳化硼屏蔽组件。
一种碳化硼屏蔽组件，由头部、中间部分和尾部三部分组成。头部由操作头、上过渡接头组成，操作头与组件装卸设备相吻合并设有钠的排出孔；上过渡接头外侧设有定位块以保证组件之间的径向定位，上过渡接头焊接到六角套管的上端面上。中间部分由六角套管和置于套管中的屏蔽体组成。尾部由下过渡接头及管脚等组成，下过渡接头焊接到六角套管的下端面上，管脚设有钠的进入孔。关键在于，上过渡接头的定位块采用渗铬渗氮硬化工艺处理，形成以铬的氮化物为基础的、厚度为0.07～0.14mm氮化铬弥散层。所述屏蔽体由吸收体棒束、上屏蔽棒、下屏蔽棒组成。吸收体棒束由吸收体棒组成。吸收体棒包括包壳管、置于包壳管内的碳化硼芯块、上下端塞组成，其中碳化硼芯块是密度为2.0～2.5g/cm3的热压碳化硼芯块，上端塞采用通气式。
另外，为了保证各组成部件都有轴向膨胀的空间，保证组件工作时的完整性，上屏蔽棒与上过渡接头的连接、吸收体棒束与上、下定位栅的连接，以及下屏蔽棒与下过渡接头的连接采用铰连的方式或留有足够的轴向间隙。
本实用新型所提供的技术方案中，组件的定位块采用了渗铬渗氮硬化工艺处理，硬度达到了HV5400或HV0.1600，防止了组件间的自焊，增加操作头的耐磨性，同时在高温下抗钠腐蚀。特别是吸收体棒中使用高密度热压碳化硼芯块，保证它在开裂后不逸出棒外，同时吸收体棒采用通气式的上端塞，将B-10(n，α)反应产生的氦气引出棒外；同时，由于碳化硼芯块与吸收体棒包壳之间是以液态钠为结合层，降低了碳化硼芯块的中心温度，因而大大缓解了包壳的受力状态。因此，所提供的碳化硼屏蔽组件技术方案不仅实用，而且有效地解决了吸收体棒包壳的承压问题。
附图说明
图1碳化硼屏蔽组件结构示意图；
图2图1中A-A剖视图；
图3吸收体棒结构示意图；
图4图3中B-B剖视图。
图中1.操作头、2.出钠孔、3.上过渡接头、4.六角形外套管、5.上屏蔽棒、6.B4C屏蔽棒束、7.下屏蔽棒、8.下过渡接头、9.管脚、10.进钠孔、11.定位块、12.上端塞(通气)、13.包壳、14.碳化硼芯块、15.定位绕丝、16.下端塞。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步阐述。
本实施例所述的碳化硼屏蔽组件布置在钠冷快堆反射层组件的外围，分4层布置，共230盒，它们处在不同注量的快中子辐照下并通过自然对流的钠进行冷却。基本设计及运行参数如表1所示。
表1 碳化硼屏蔽组件的基本参数
| 参数名称 | 数值 |
| 屏蔽材料 | 碳化硼 |
| 10B富集度(％) | 19.8(天然) |
| 一盒组件中的B4C重量(kg) | 2.4 |
| 一盒组件的重量(kg) | ～32 |
| 额定功率下组件的工作寿命(有效天) | |
| (1)第一层 | 1440 |
| (2)第二层 | 1680 |
| (3)第三层 | 1920 |
| (4)第四层 | 2240 |
| 新组件的保存期限(年) | 3 |
| 用过的组件在冷却池放置的时间(年) | ≤30 |
| 六角形外套管最大损伤剂量(dpa) | 6 |
| 最大中子注量(1023/cm2) | 0.38 |
| B4C最大燃耗(％) | |
| 10B | 19 |
| B | 3.8 |
| 最大释热率(MW/m3)在碳化硼内在不锈钢内 | 105 |
| 冷却条件 | 钠的自然循环冷却 |
如图1所示，本实施例所提供的碳化硼屏蔽组件的外形与燃料组件一致，以维持与其它组件的径向定位。它由头部、中间部分和尾部三部分组成。各部分的结构与功能如下：
1.头部。头部由操作头1、上过渡接头3组成。操作头1与组件装卸设备相吻合并设有出钠孔2；上过渡接头3设有定位块11以保证组件之间的径向定位，上过渡接头3焊接到六角形外套管4的上端面上。其中定位块11经渗铬渗氮硬化工艺处理，形成以铬的氮化物为基础的、厚度为(0.07～0.14mm)氮化铬(Cr2N)弥散层，硬度达到了HV5400或HV0.1600，它防止了组件间的自焊，增加操作头1的耐磨性，同时在高温下抗钠腐蚀。
2.中间部分。它由六角形外套管4和置于套管中的上屏蔽棒5、吸收体棒束6、下屏蔽棒7组成。吸收体棒束6由7根直径为19.2mm的吸收体棒组成，按三角形栅元排列，棒间距为20.25mm。吸收体棒上端头用螺母固定到上栅格板上，下端头插进下栅格板的孔中，使它在热膨胀和辐照肿胀时有向下纵向移动的可能。在中心吸收体棒上绕有直径为0.8～1.1mm绕丝，螺距为80～110mm，使它和相邻吸收体棒之间保持一定距离。本实施例采用的直径为0.95mm绕丝，螺距为100mm。吸收体棒由包壳管13、通气式上端塞12、下端塞16、碳化硼芯块14及定位绕丝15(仅中央棒有绕丝)组成。碳化硼芯块14放置在包壳管13内的，芯块使用密度为2.0～2.5g/cm3的热压吸收体棒，高密度热压碳化硼芯块保证它在开裂后不逸出棒外。本实施例采用2.1g/cm3的芯块。上端塞12上为通气式，在其下部设有十字开口或直径为2～3毫米的通气孔，从而将B-10(n，α)反应产生的氦气引出棒外。包壳13内芯块14与包壳之间是以液态钠为结合层，降低了芯块14的中心温度，因而大大缓解了包壳13的受力状态。
在吸收体棒束6的上、下部放置上、下屏蔽棒5、7，并且吸收体棒束6与上、下屏蔽棒5、7间留有空隙。上、下屏蔽棒5、7为钢屏蔽棒，它用作堆内构件的辐射屏蔽，其中上屏蔽棒5的上端焊接在上过渡接头3上，下屏蔽棒7的下端固定在下过渡接头8上。
3.尾部。它由下过渡接头8及管脚9等组成。下过渡接头8焊接到六角套管4的下端面上。管脚9设有进钠孔10，保证碳化硼屏蔽组件内通过规定的钠流量，其求形外端面与小栅板联箱的锥面插孔相配合，依靠液力自紧，保证在任何工况下都不能浮起。管脚9先用螺纹固定到下过渡接头8上，然后与之焊接，以保证连接强度。
碳化硼屏蔽组件在工作时，冷却剂钠由组件管脚9的进钠孔10进入组件，流经下屏蔽棒7、吸收体棒束6、上屏蔽棒5，最后由操作头1的出钠孔2流出。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，假若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种碳化硼屏蔽组件，由头部、中间部分和尾部三部分组成，头部由操作头(1)、上过渡接头(3)组成，操作头(1)与组件装卸设备相吻合并设有出钠孔(2)，外侧设有定位块(11)的上过渡接头(3)焊接到六角形外套管(4)的上端面上；中间部分由六角形外套管(4)和置于套管中的屏蔽体组成；尾部由下过渡接头(8)及管脚(9)等组成，下过渡接头(8)焊接到六角形外套管(4)的下端面上，管脚(9)设有进钠孔(10)，其特征在于：所述的定位块(11)采用渗铬渗氮硬化工艺处理，形成以铬的氮化物为基础的、厚度为0.07～0.14mm氮化铬弥散层；所述屏蔽体由吸收体棒束(6)、上屏蔽棒(5)、下屏蔽棒(7)组成，吸收体棒束由吸收体棒组成。
2.根据权利要求1所述碳化硼屏蔽组件，其特征在于：所述的吸收体棒束(6)的中心吸收体棒上绕有直径为0.8～1.1mm绕丝，螺距为80～110mm。
3.根据权利要求1所述碳化硼屏蔽组件，其特征在于：所述的吸收体棒包括包壳管(13)、置于包壳管(13)内的碳化硼芯块(14)以及上、下端塞(12、16)，其中碳化硼芯块(14)是密度为2.0～2.5g/cm3的热压碳化硼芯块，上端塞(12)采用通气式。
4.根据权利要求3所述碳化硼屏蔽组件，其特征在于：所述的上端塞(12)通气方式是在其下部设有十字开口或直径为2～3毫米的通气孔。
5.根据权利要求1所述碳化硼屏蔽组件，其特征在于：上屏蔽棒(5)与上过渡接头(3)的连接、吸收体棒束(6)与上、下定位栅的连接，以及下屏蔽棒(7)与下过渡接头(8)的连接采用铰连的方式或留有足够的轴向间隙。
6.根据权利要求5所述碳化硼屏蔽组件，其特征在于：所述的吸收体棒束(6)与上、下定位栅的铰连的方式是吸收体棒上端头用螺母固定到上栅格板上，下端头插进下栅格板的孔中。
7.根据权利要求1所述碳化硼屏蔽组件，其特征在于：所述的管脚(9)的外端面为与小栅板联箱的锥面插孔相配合的球形，依靠液力自紧。
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2007
- 2007-12-11 CN CNU2007203104328U patent/CN201126715Y/zh not_active Expired - Fee Related
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