乏燃料储存装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种乏燃料储存装置，属于乏燃料处理技术领域。乏燃料储存装置包括存储罐体和屏蔽复合混料，存储罐体包括钢质外面板、钢质内面板、位于内外面板之间的预制波纹板，外面板与预制波纹板之间、预制波纹板与内面板之间分别采用钎焊工艺连接；外面板与内面板之间的间隙内填充屏蔽复合混料。本发明专利技术目的在于克服现有乏燃料储存装置存在的缺陷，其制备工艺简单、耐冲击性强、成型性佳及中子屏蔽效果优越。本发明专利技术还公开了上述乏燃料储存装置的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
乏燃料储存装置及其制备方法
本专利技术涉及一种核材料存储装置，具体讲是一种乏燃料储存装置及制备方法，属于乏燃料处理

技术介绍
在我国新一轮的能源发展规划中明确提出新能源的开发与利用，特别是核能的利用受到越来越多的关注与推广。虽然核裂变可以利用少量的核燃料产生大量的电力，且核裂变本身不会产生污染，但其裂变所产生的乏燃料会产生中子、γ射线、二次γ射线及其它带电粒子和高能射线，其衰变周期一般为上万年至十万年，所以必须进行合理地处置与储存。当前乏燃料储存的方式主要有三种：1、短期贮存，也称为“湿法”贮存，一般以临时储存为主；2、中期贮存，也称为干式贮存，主要以中长期储存为主；3、永久贮存，将核废料和玻璃或者混凝土固化后深埋于地下层，直到其衰变结束，时间持续上万年，比如美国的尤卡山计划。此外，法国采用先进的闭式循环路线乏燃料的后处理技术，对高放废物和含有长寿期放射性元素的中核废物进行地质处置。法国阿格后处理厂年处理能力可达到1600吨，后处理能力不仅满足国内需求，同时能够为日本、西班牙、瑞典等其他国家提供服务。闭式循环技术是一种具有可行性和持续性的后处理技术，也是被世界其他国家所重视。通常情况下，中子吸收材料一般是由具有较大中子吸收截面的元素和基体材料所组成，目前核工业中常用的中子吸收元素有硼(B)、钆(Gd)、镉(Cd)和钐(Sm)，其中B因其相对低廉的价格在核中子吸收材料领域运用最为广泛，起屏蔽作用的是丰度为20％的10B核素，热中子截面系数为3837barns。当前含硼的中子吸收材料有含硼不锈钢、B4C/Al复合材料、硼铝合金、含硼有机聚合物、含镉、钆中子吸收材料等，其中含硼不锈钢中的10B核素含量较低，若采用富集硼则成本过高，无法大规模推广运用；另外，含硼有机聚合物主要是利用有机物中高含量的氢起到慢化作用，以便被10B核素吸收，当前应用最广泛的有机聚合物为高密度聚乙烯(HDPE)，但辐射诱导引起的聚合物交联结构的破坏使材料缩水失去它的橡胶弹性并形成破裂和缺口；目前核工业中应用较多的是B4C/Al复合材料，其中美国的Metamic和Boral已经应用到乏燃料的储存中，并且技术被国外企业所垄断；此外镉虽然具有良好的中子屏蔽性能，但其有毒且耐腐蚀性能较差，不适宜大规模使用。相对来说，我国在乏燃料干式贮存方面的研究起步较晚，大部分均处于试验阶段。截至2015年3月，我国在运核电机组共计23台，总装机容量为21395MW。从确定发展核电开始，我国就确定采用“闭式燃料循环”的后处理政策。2010年7月，国家财政部、发改委、工信部下发《核电站乏燃料处理处置基金征收使用管理暂行办法》，规定乏燃料处理处置基金按照核电厂已投入商业运行五年以上压水堆核电机组的实际上网销售电量征收，征收标准为0.026元/千瓦时。随着我国核电的快速发展，乏燃料的产生量和累积量呈逐年上升趋势。数据显示，截至2013年6月，除秦山三期核电站两台重水堆机组产生的乏燃料不需要后处理，红沿河、宁德等机组刚投产尚未产生乏燃料外，其他13台机组已累计产生乏燃料约2200吨。按照国家“2020年核电装机总容量达到5800万千瓦”的发展规划，如按乏燃料在堆贮存8年后外运计算，到2020年，我国乏燃料累积总量将达到约8700吨，这无疑加大后续的存储与处理的压力。目前的乏燃料存储装置结构复杂、耐冲击性能较差，制作成型性差，中子屏蔽效果无法达到预期，其直接制约了核电工业的发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种结构简单、耐冲击性强、成型性佳、中子屏蔽效果优越的乏燃料储存装置及制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的乏燃料储存装置，包括一种乏燃料储存装置，包括存储罐体和屏蔽复合混料，所述存储罐体包括钢质的外面板和钢质的内面板及位于内外面板之间的预制波纹板，所述外面板与预制波纹板之间、预制波纹板与内面板之间分别固定连接；所述外面板与内面板之间的间隙内填充屏蔽复合混料。本专利技术中，所述屏蔽复合混料由下述组分及重量份的物料制成：40～70wt％碳化硼颗粒、20～50wt％聚酰亚胺粉末、10～20wt％石墨粉体、0～1wt％阻燃剂。本专利技术中，所述碳化硼颗粒的10B自然丰度为19.8％，粒径为3.6～7.4μm。本专利技术中，所述存储罐体内至少设有一个横向设置的限位导向机构。本专利技术中，所述限位导向机构包括钢质单板，钢质单板上均匀设置有多个与乏燃料棒直径相匹配的限位孔，限位孔上安装有弹性限位圈。本专利技术中，所述内、外面板和单板为碳钢材质或不锈钢材质。本专利技术中，所述存储罐体底部安装支撑减震装置。本专利技术还提供了上述乏燃料储存装置的制备方法，包括以下步骤：1)、将钢质的外面板、钢质的内面板与预制波纹板在保护气体环境下进行对接焊接形成中空的钢质波纹复合板；2)、将步骤1)制备好的钢质波纹复合板焊接组装形成存储罐体，并对钢质波纹复合板的侧面与底面的封装；3)、将聚酰亚胺进行烘烤后研磨成粉末，与石墨粉体作为基材；再在基材中添加其他材质，进行混合得到屏蔽复合混料；4)、将制备好的复合混料填充到中空的钢质波纹复合板中，然后对钢质波纹复合板的开放端用盖板通过紧固件的方式进行封装。本专利技术中，所述步骤1)中焊接采用钎焊工艺，保护气体为氩气。本专利技术中，所述步骤3)中聚酰亚胺在110～130℃环境下烘烤10～14h，混合速度180～220rad/min，混合时间为11～13h。本专利技术与现有技术相比，具有以下显著效果：(1)、本专利技术为了达到实现快中子转变为慢中子并可以将慢中子吸收的目的，采用具有优越耐辐射性能的PMR型聚酰亚胺和石墨粉作为基材，添加有10B自然丰度为19.8％的3.6～7.4μm的碳化硼颗粒，以有效增加屏蔽材料的10B面密度，从而使屏蔽效率呈指数升高，最终实现上述效果，尤其是提高新型乏燃料储存装置的力学性能，简化了制备工艺；由于PMR型聚酰亚胺树脂长期使用温度范围为-200～300℃，具有高绝缘性能，介电损耗仅为0.004～0.007，属F至H级绝缘材料；在聚合物中聚酰亚胺耐高温性能较为优异，同时具有很高的耐辐照性能，在5×109rad快中子辐照后强度保持率仍为90％，是优良的中子减速高分子聚合物材料；(2)、以PMR型聚酰亚胺(KH-308)作为中子减速材料，采用两步合成法制备，其有效成分约占50％，实际配制溶液时按照50％的重量进行称量与计算。通过在基体材料中加入中子吸收材料碳化硼颗粒，充分利用其中自然丰度为19.8％且具有中子屏蔽性能的10B核素，此外10B核素在吸收热中子后不会产生二次辐射，热中子在吸收后会形成锂和氦。通常情况下，中子屏蔽材料内部产生的氦会造成材料微观结构的肿胀，影响中子屏蔽材料的力学性能以及系统运行的稳定性。而复合混料则不存在这样的问题，产生的氦气可以通过复合混料粉体之间的间隙及时排出，不会对系统产生副作用。一般而言，碳化硼粒度越小，单位面积内10B核素的面密度越高，所制备材料的中子屏蔽效果越佳；(3)、本专利技术采用石墨粉的主要作用有两个，首先是用来提高复合混粉的中子减速性能，其次是用来提高乏燃料储存装置的导热性能，降低温升对整个装置运行稳定性的影响；(4)、在屏蔽复合混料添加阻燃剂，可以防止装置在使用过程中出现突发状况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乏燃料储存装置，包括存储罐体，其特征在于：所述存储罐体包括钢质的外面板和钢质的内面板及位于内、外面板之间的预制波纹板，所述预制波纹板与外、内面板固定连接；所述外面板与内面板之间的间隙内填充屏蔽复合混料。

【技术特征摘要】
1.一种乏燃料储存装置，包括存储罐体，其特征在于：所述存储罐体包括钢质的外面板和钢质的内面板及位于内、外面板之间的预制波纹板，所述预制波纹板与外、内面板固定连接；所述外面板与内面板之间的间隙内填充屏蔽复合混料。2.根据权利要求1所述的乏燃料储存装置，其特征在于，所述屏蔽复合混料由下述组分及重量份的物料制成：40～70wt％碳化硼颗粒、20～50wt％聚酰亚胺粉末、10～20wt％石墨粉体、0～1wt％阻燃剂。3.根据权利要求2所述的乏燃料储存装置，其特征在于：所述碳化硼颗粒的10B自然丰度为19.8％，粒径为3.6～7.4μm。4.根据权利要求3所述的乏燃料储存装置，其特征在于：所述存储罐体内至少设有一个横向设置的限位导向机构。5.根据权利要求4所述的乏燃料储存装置，其特征在于：所述限位导向机构包括钢质单板，钢质单板上均匀设置有多个与乏燃料棒直径相匹配的限位孔，限位孔上安装有弹性限位圈。6.根据权利要求1至5所述的乏燃料储存装置，其特征在于：所述内、外面板和单板为碳钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶杰，符学龙，郭训忠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32