CN206210402U - 一种铅铋堆ads的堆芯结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种铅铋堆ADS的堆芯结构，包括：铅冷靶区，所述铅冷靶区为圆筒状空腔结构，所述铅冷靶区的外侧上部且环绕铅冷靶区设有顶部铍反射层，所述铅冷靶区的外侧下部且环绕铅冷靶区设有铅冷却剂，所述铅冷却剂的上表面与顶部铍反射层的下表面接触，所述铅冷却剂和所述顶部铍反射层的外侧分别环绕有聚乙烯侧反射层，所述聚乙烯侧反射层外侧环绕有底反射层。本实用新型所述的堆芯结构有效地解决了由于堆芯设计复杂带来的可靠性和安全性差等问题，提高了ADS反应堆的效率。
Description
技术领域
本实用新型属于核设备技术领域，尤其是涉及一种用于乏燃料处理的铅铋堆ADS的堆芯结构。
背景技术
ADS为加速器驱动次临界洁净核能系统，铅铋堆ADS的堆芯结构用于实现质子束流轰击重金属散裂靶，引起散裂反应，为次临界堆提供外源中子以驱动反应堆内的核反应，从而实现核废料嬗变等功能。反应堆使用的堆芯要求可靠度高和安全性好，目前在铅铋堆ADS的堆芯设计中，存在着设计复杂，体积庞大，制造难度大，经济性差等问题。因此需要设计一种堆芯解决以上提出的问题。
发明内容
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种铅铋堆ADS的堆芯结构，以有效地解决由于堆芯设计复杂带来的可靠性和安全性差等问题，提高ADS反应堆的效率。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种铅铋堆ADS的堆芯结构，包括：
铅冷靶区，所述铅冷靶区为圆筒状空腔结构，所述铅冷靶区的外侧上部且环绕铅冷靶区设有顶部铍反射层，所述铅冷靶区的外侧下部且环绕铅冷靶区设有铅冷却剂，所述铅冷却剂的上表面与顶部铍反射层的下表面接触，所述铅冷却剂和所述顶部铍反射层的外侧分别环绕有聚乙烯侧反射层，所述聚乙烯侧反射层外侧环绕有底反射层；
所述顶部铍反射层区域内设有多个第一富集度燃料组件，所述聚乙烯侧反射层区域内设有多个第二富集度燃料组件，所述铅冷却剂和聚乙烯侧反射层的底部设有活性区底板，所述活性区底板上开有与铅冷靶区和第一、二富集度燃料组件位置相对应的孔，铅冷靶区和第一、二富集度燃料组件的下端分别嵌入到与其相对应的孔上；
所述活性区底板的下方由内向外依次设有石墨活动块、石墨活动块包壳、底部中心石墨和支撑环座。
进一步的，所述铅冷靶区顶部安装有顶盖，所述铅冷靶区的底部安装有不锈钢垫块。
进一步的，所述第一富集度燃料组件为90％富集度燃料组件，所述第二富集度燃料组件为20％富集度燃料组件，所述第一富集度燃料组件和所述第二富集度燃料组件均为圆柱形。
进一步的，所述顶部铍反射层和与顶部铍反射层相对应的铅冷却剂上分别开有四圈圆孔，且顶部铍反射层和与铅冷却剂上的圆孔位置一一对应，每个圆孔分别能容纳第一富集度燃料组件，每圈圆孔均以铅冷靶区为中心呈对称式分布。
进一步的，所述聚乙烯反射层为内侧设有台阶的圆筒型结构，外侧聚乙烯侧反射层上开有三圈圆孔，内侧聚乙烯侧反射层和与其相对应的铅冷却剂上分别开有八圈圆孔，且聚乙烯侧反射层和铅冷却剂上的圆孔一一对应，每个圆孔分别能容纳第二富集度燃料组件，每圈圆孔均以铅冷靶区为中心呈对称式分布。
进一步的，所述底反射层上安装有两个铅冷安全棒和两个铅冷调节棒，两个铅冷安全棒和两个铅冷调节棒分别以铅冷靶区为圆心沿圆周方向呈对称式分布。
进一步的，所述底反射层上安装有八个铝导向管，八个铝导向管以铅冷靶区为圆心沿圆周方向呈对称式分布。
进一步的，所述铅冷调节棒为圆柱形，所述铅冷调节棒包括调节棒不锈钢剥壳、调节棒镉吸收体和调节棒不锈钢封底。
进一步的，所述铅冷安全棒为圆柱形，所述铅冷安全棒包括安全棒镉包壳、安全棒镉封底、安全棒聚乙烯和碳化硼吸收体。
进一步的，所述铝导向管为圆筒型结构。
相对于现有技术，本实用新型所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构具有以下优势：
本发明所述的一种安全可靠的铅铋堆ADS堆芯，可以有效地解决由于堆芯设计复杂带来的可靠性和安全性差等问题，提高了ADS反应堆的效率，同时在满足反应堆正常运行及安全的前提下，有效地提高经济性，本发明提高了铅铋ADS反应堆堆芯的效率和安全性。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例所述的堆芯整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例所述的堆芯结构剖视图；
图3为本实用新型实施例所述的堆芯结构俯视图；
图4为本实用新型实施例所述的富集度燃料组件位置布置示意图。
附图标记说明：
1-铅冷靶区；101-顶盖；102-垫块；2-顶部铍反射层；3-聚乙烯侧反射层；4-第一富集度燃料组件；5-第二富集度燃料组件；6-铅冷却剂；7-底反射层；8-活性区底板；9-石墨活动块；10-石墨活动块包壳；11-支撑环座；12-底部石墨中心；13-铅冷调节棒；14-铅冷安全棒；15-铝导向管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
如图1和2所示，一种铅铋堆ADS的堆芯结构，包括：
铅冷靶区1，所述铅冷靶区1为圆筒状空腔结构，所述铅冷靶区1顶部安装有顶盖101，所述铅冷靶区1的底部安装有不锈钢垫块102，所述铅冷靶区1的外侧上部且环绕铅冷靶区1设有顶部铍反射层2，所述铅冷靶区1的外侧下部且环绕铅冷靶区1设有铅冷却剂6，所述铅冷却剂6的上表面与顶部铍反射层2的下表面接触，所述铅冷却剂6和所述顶部铍反射层2的外侧分别环绕有聚乙烯侧反射层3，所述聚乙烯侧反射层3外侧环绕有底反射层7；
所述顶部铍反射层2区域内设有多个第一富集度燃料组件4，所述聚乙烯侧反射层3区域内设有多个第二富集度燃料组件5，所述第一富集度燃料组件4为90％富集度燃料组件，所述第二富集度燃料组件5为20％富集度燃料组件，所述第一富集度燃料组件4和所述第二富集度燃料组件5均为圆柱形，所述铅冷却剂6和聚乙烯侧反射层3的底部设有活性区底板8，所述活性区底板8上开有与铅冷靶区1和第一、二富集度燃料组件4、5位置相对应的孔，铅冷靶区和第一、二富集度燃料组件4、5的下端分别嵌入到与其相对应的孔上；
所述活性区底板8的下方由内向外依次设有石墨活动块9、石墨活动块包壳10、底部中心石墨12和支撑环座11。
如图4所示，所述顶部铍反射层2和与顶部铍反射层2相对应的铅冷却剂6上分别开有四圈圆孔，且顶部铍反射层2和与铅冷却剂6上的圆孔位置一一对应，每个圆孔分别能容纳第一富集度燃料组件4，每圈圆孔均以铅冷靶区1为中心呈对称式分布；所述聚乙烯反射层3为内侧设有台阶的圆筒型结构，外侧聚乙烯侧反射层3上开有三圈圆孔，内侧聚乙烯侧反射层3和与其相对应的铅冷却剂6上分别开有八圈圆孔，且聚乙烯侧反射层3和铅冷却剂6上的圆孔一一对应，每个圆孔分别能容纳第二富集度燃料组件5，每圈圆孔均以铅冷靶区1为中心呈对称式分布。
如图1和图3所示，所述底反射层7上安装有两个铅冷安全棒14和两个铅冷调节棒13，两个铅冷安全棒14和两个铅冷调节棒13分别以铅冷靶区1为圆心沿圆周方向呈对称式分布，所述铅冷调节棒13为圆柱形，所述铅冷调节棒13包括调节棒不锈钢剥壳、调节棒镉吸收体和调节棒不锈钢封底，所述铅冷安全棒14为圆柱形，所述铅冷安全棒14包括安全棒镉包壳、安全棒镉封底、安全棒聚乙烯和碳化硼吸收体；所述底反射层7上安装有八个铝导向管15，八个铝导向管15以铅冷靶区1为圆心沿圆周方向呈对称式分布，所述铝导向管15为圆筒型结构。
本实施例的工作过程：堆芯结构的中心是铅冷靶区1，铅冷靶区1位于堆芯中心区，其作用是安装散裂靶，隔离散裂靶与反应堆冷却剂，铅冷靶区1上端开孔，方便安装和固定散裂靶，铅冷却剂6临界实验堆芯的铅冷靶区1设计为圆筒状的空腔结构，铅冷靶区1的内径越小，越利于临界，进行实验时还要求铅冷靶区1能够装载某些仪器设备例如中子管、跑兔系统等，铅冷靶区1顶部设有顶盖101以防止物体跌入靶区，由于铅冷却剂6临界实验堆芯内装载了大量的铅和燃料组件，为了防止意外发生时铅冷靶区1变形而导致临界事故，铅冷靶区1底部增加了的不锈钢垫块102，以保证靶区整体的完整性。
铅冷堆芯属于快堆，较水冷堆芯难以临界，为了满足实验要求，反射层的设计非常重要，正确选取反射层材料、尺寸及布置方式，满足中子能谱的要求还能达到临界的状态，由于铍对中子良好的反射效果以及弱吸收，金属铍是最好的反射材料，经过计算发现，同样的反射效果，铍所需要的反射层厚度仅为石墨的1/8左右，但是铍的价格非常昂贵，而且具有一定的毒性，无法大量使用，因此在第一富集度燃料组件4的上端头，可以填充金属铍块作为反射层，整个燃料组件上端填充铍块，在第一富集度燃料组件4之间，也用铍做上反射层材料，共同构成顶部铍反射层2；第二富集度燃料组件5间则用易加工的聚乙烯做上反射层材料，构成聚乙烯侧反射层3，这样的组合方式既可以起到反射中子的作用，又不会过多地慢化中子，还可以节约材料成本。
第一富集度燃料组件4以及第二富集度燃料组件5的布置方案对比于方形排布或六角形排布，同心圆的燃料组件排布方式可以在相同表面积的条件下布置更多地燃料组件，有利于减少泄露，且在这种排布方式中，对于某一圈内的燃料组件都是中心对称的，这一点将非常有利于实验测量，只要测量了某一根棒的数据，就可以代表这一圈棒的结果，所以在该堆芯结构设计中，使用的燃料组件的排布方式均为同心圆排布。
在本堆芯设计中，底反射层7为石墨材料，中心开圆孔，结构上还有两个铅冷安全棒14开孔、两个铅冷调节棒13开孔和8个铝导向管15开孔，顶部铍反射层2为圆柱形，铍材料，中心开圆孔，板上开有4圈圆孔，圆孔位置与燃料组件的位置相同。铅冷安全棒14为圆柱形，铅冷安全棒14由安全棒镉包壳、安全棒镉封底、安全棒聚乙烯、碳化硼吸收体组成；铝导向管15为圆筒形结构；第一富集度燃料组件4为圆柱形，第一富集度燃料组件4由不锈钢包壳、不锈钢下封底、不锈钢上封底、弹簧、金属铀、铍组成；第二富集度燃料组件5为圆柱形，第二富集度燃料组件5由底封口、套管、铝包壳封底、铝包壳套管、聚乙烯块、燃料块、上封口组成；铅冷调节棒13为圆柱形，铅冷调节棒13由调节棒不锈钢包壳、调节棒隔吸收体、调节棒不锈钢封底组成。
铅冷却剂6由铅块堆积起来，堆积的外形尺寸为圆筒形结构，中间开有12圈圆孔，孔的位置对应于燃料组件的位置；底部的石墨活动块9位于堆芯结构正下方，在其下方布置有石墨块驱动机构，其功能为驱动底部石墨活动块9，正常工作时采用步进电机动作驱动，发生事故的情况下断电，电磁吸盘脱开，使底部石墨活动块9快速下落；活性区底板8为一圆形板，板上开有15圈圆孔，内侧4圈圆孔，孔径略大，圆孔位置与燃料组件的位置相同，外侧11圈圆孔，孔径略小，圆孔位置与燃料组件的位置相同。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于，包括：
铅冷靶区(1)，所述铅冷靶区(1)为圆筒状空腔结构，所述铅冷靶区(1)的外侧上部且环绕铅冷靶区(1)设有顶部铍反射层(2)，所述铅冷靶区(1)的外侧下部且环绕铅冷靶区(1)设有铅冷却剂(6)，所述铅冷却剂(6)的上表面与顶部铍反射层(2)的下表面接触，所述铅冷却剂(6)和所述顶部铍反射层(2)的外侧分别环绕有聚乙烯侧反射层(3)，所述聚乙烯侧反射层(3)外侧环绕有底反射层(7)；
所述顶部铍反射层(2)区域内设有多个第一富集度燃料组件(4)，所述聚乙烯侧反射层(3)区域内设有多个第二富集度燃料组件(5)，所述铅冷却剂(6)和聚乙烯侧反射层(3)的底部设有活性区底板(8)，所述活性区底板(8)上开有与铅冷靶区(1)和第一、二富集度燃料组件(4、5)位置相对应的孔，铅冷靶区和第一、二富集度燃料组件(4、5)的下端分别嵌入到与其相对应的孔上；
所述活性区底板(8)的下方由内向外依次设有石墨活动块(9)、石墨活动块包壳(10)、底部中心石墨(12)和支撑环座(11)。
2.根据权利要求1所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于：所述铅冷靶区(1)顶部安装有顶盖(101)，所述铅冷靶区(1)的底部安装有不锈钢垫块(102)。
3.根据权利要求1所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于：所述第一富集度燃料组件(4)为90％富集度燃料组件，所述第二富集度燃料组件(5)为20％富集度燃料组件，所述第一富集度燃料组件(4)和所述第二富集度燃料组件(5)均为圆柱形。
4.根据权利要求1所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于：所述顶部铍反射层(2)和与顶部铍反射层(2)相对应的铅冷却剂(6)上 分别开有四圈圆孔，且顶部铍反射层(2)和与铅冷却剂(6)上的圆孔位置一一对应，每个圆孔分别能容纳第一富集度燃料组件(4)，每圈圆孔均以铅冷靶区(1)为中心呈对称式分布。
5.根据权利要求1所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于：所述聚乙烯反射层(3)为内侧设有台阶的圆筒型结构，外侧聚乙烯侧反射层(3)上开有三圈圆孔，内侧聚乙烯侧反射层(3)和与其相对应的铅冷却剂(6)上分别开有八圈圆孔，且聚乙烯侧反射层(3)和铅冷却剂(6)上的圆孔一一对应，每个圆孔分别能容纳第二富集度燃料组件(5)，每圈圆孔均以铅冷靶区(1)为中心呈对称式分布。
6.根据权利要求1所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于：所述底反射层(7)上安装有两个铅冷安全棒(14)和两个铅冷调节棒(13)，两个铅冷安全棒(14)和两个铅冷调节棒(13)分别以铅冷靶区(1)为圆心沿圆周方向呈对称式分布。
7.根据权利要求1所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于：所述底反射层(7)上安装有八个铝导向管(15)，八个铝导向管(15)以铅冷靶区(1)为圆心沿圆周方向呈对称式分布。
8.根据权利要求6所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于：所述铅冷调节棒(13)为圆柱形，所述铅冷调节棒(13)包括调节棒不锈钢剥壳、调节棒镉吸收体和调节棒不锈钢封底。
9.根据权利要求6所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于：所述铅冷安全棒(14)为圆柱形，所述铅冷安全棒(14)包括安全棒镉包壳、安全棒镉封底、安全棒聚乙烯和碳化硼吸收体。
10.根据权利要求7所述的一种铅铋堆ADS的堆芯结构，其特征在于：所述铝导向管(15)为圆筒型结构。
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| CN201621222009.8U CN206210402U (zh) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | 一种铅铋堆ads的堆芯结构 |
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Cited By (3)
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2016
- 2016-11-14 CN CN201621222009.8U patent/CN206210402U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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