一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置，能够通过在统一规格的标准组件外壳中添加相应材料或结构来实现相应组件功能，保证堆芯结构拆装具有灵活性的同时，便于实现更好的安全性能。同时，该装置反应性控制系统采用两套独立且不同原理的停堆系统，另单独设有实验用控制棒驱动机构，实验用控制棒驱动机构本身亦设有验证用安全棒停堆系统，但该装置不依靠此系统进行停堆保护，且实验用控制棒驱动机构布置和安装具有灵活性，决定装置具有模拟多种堆芯实际布置功能的同时，具有更好的安全性能，此外，反应性控制系统还包括有冗余安全保护措施，以使整个装置在保证模拟堆芯布置灵活性以保证多功能的同时，具有更好的固有安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置
本专利技术涉及核工程
，特别是涉及一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置。
技术介绍
本专利技术主要是提出一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置设计方案，主要在于采用多样性的反应性控制系统确保装置更高安全性的同时，在保证装置具有灵活模拟堆芯布置功能的要求下，实现装置本体与反应性控制系统、堆芯结构、中子源的耦合集成问题。由足够易裂变核材料与其它材料组成，能维持可控链式核反应，在很低功率水平下运行的装置，也叫零功率实验装置。主要应用于核反应堆工程领域，用以开展校验物理计算程序、工程模拟验证实验等研究。零功率装置设计建造与实验研究等相关工作，在国内外已取得诸多研究成果。零功率装置有很多种类型。按照中子能量水平可划分为热中子零工率装置和快中子零功率装置。在临界装置设计、建造及运行过程中，安全性至关重要。另外，作为临界实验装置，其可模拟堆芯的多样性以及实验操作灵活性是其重要指标。热中子零功率装置如铀水临界装置、微堆零功率装置、DF-1、DF-2、DF-3、HW-1、101-2重水零功率堆等，绝大多数以水或重水作慢化剂，水、重水、石墨作为反射层材料，此类装置可通过排出液体(水或重水)来实现停堆保护。此外还设有或部分设有控制棒及驱动机构、可燃毒物等来实现对反应性的控制。对于快中子零功率装置，如国内的DF-6，国外的MASURCA、BFS、ZEBRA、VENUS-F等装置，均采用固态模拟冷却剂及固态反射层等的结构形式，此类装置不能采用排出堆内液体慢化剂或反射层材料的方式来实现停堆保护。同时，考虑模拟外源驱动次临界实验的需要，会引入外中子源(加速器型D-T中子源、散裂中子源等)相关结构，这对装置的耦合集成设计加大难度，另外针对快中子零功率装置的特性，保证装置安全性和模拟堆芯布置灵活性上带来更多新的挑战。本专利旨在针对采用固态反射层材料，可以与外中子源尤其是加速器中子源耦合的快中子零功率装置相关现有
现有技术的主要代表案例为DF-VI、MASURCA、VENUS-F装置。DF-VI装置的侧反射层为厚度300mm的铸铁，一定程度上限制了该装置实验模拟堆芯布置的灵活性和扩展性。在反应性控制系统方面，包含两根安全棒、两根调节棒及安全块，安全棒起到停堆功能，在进行安全棒价值相关实验验证时，其要同时起到停堆功能，尽管另可利用安全块停堆，但停堆安全性欠佳，而且两根安全棒和两根调节棒的布置位置固定为四个控制棒导孔位置，此外还需要单独开设若干测量与监测孔道，这些孔道位置相对固定，不便于探测器的任意布置，限制了堆芯布置的灵活性。MASURCA装置反应堆容器高26米，系统结构及构筑物较庞大复杂，该装置反应性控制系统方面，为确保反应堆运行和布置时的安全，根据模拟堆芯的大小，配有4～8根安全棒，而为了调节反应性，便于装置达到临界或调整功率，设有调节棒。未设置多样性的安全停堆系统，同时此4～8根安全棒及驱动机构仅起到停堆功能，实验模拟堆芯实际控制棒个数及布置是无法实现的。VENUS-F装置侧面和底部为固定的铅反射层，同时，设有6套带有燃料跟随体的安全棒及驱动机构，以及2套控制棒及驱动机构，没有其它独立且不同原理的停堆系统，同时不能够实验模拟实际控制棒个数及布置的堆芯物理及工程验证试验，而且这些安全棒位置固定，其布设局限性以及固定的侧反射层及底部反射层方面局限，限定了整个堆芯布置及探测器布设的灵活性，同时装置本身的安全性欠佳。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置。所述装置的最大特点在于保证具有多样性安全停堆保护功能基础上，亦即保证装置具有更好安全性能的前提下，能够实现实验及堆芯布置的灵活性，并解决包括外中子源在内的装置本体与诸多系统结构的耦合问题。本专利技术采用的技术方案为：一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置该零功率装置，包含以下子系统及部件：组件、组件导向壳、堆芯结构、下栅板、堆芯围板、堆容器、堆顶台架及辅助支撑结构、支承系统、专设安全停堆系统、反应堆解体停堆系统、实验用控制棒驱动机构、仪控与核测量系统、辅助配套系统；其中，堆芯结构由多个组件及组件导向壳组成，堆芯结构安装于下栅板上，并通过堆芯围板来限定堆芯结构的外轮廓；堆芯结构、下栅板、堆芯围板安置在堆容器内，堆容器和堆顶台架及辅助支撑结构由支承系统进行支承固定；专设安全停堆系统通过堆顶台架及辅助支撑结构安置于堆芯结构上方及内部；反应堆解体停堆系统的解体停堆驱动机构置于堆容器的下方，与反应堆解体停堆系统的组件下落解体部件相连，仪控与核测量系统为专设安全停堆系统、反应堆解体停堆系统、实验用控制棒驱动机构提供测量和控制，仪控与核测量系统的探测器、核测量装置安置于堆芯结构的组件内，辅助配套系统为辅助实现装置的装换料实验操作。其中，专设安全停堆系统、反应堆解体停堆系统、实验用控制棒驱动机构、以及另设冗余安全保护措施构成所述装置的反应性控制系统。其中，实验用控制棒驱动机构的实验用控制棒组件能够灵活布置于堆芯结构的绝大部分区域，所述实验用控制棒组件导向壳与燃料组件的横截面尺寸一致，能够同燃料组件一样，灵活布置于堆芯结构内。其中，中子源组件安装于组件下落解体部件中心位置处，可选的，能够将中子源组件取出，实现靶与堆芯结构的耦合。另外，所述装置设计有特制的中子源组件，将中子管安装于特制组件外壳中，或者更换成可与加速器型中子源耦合的特制组件，以实现与加速器中子源的耦合，变更灵活，耦合方便。其中，装置本体由堆容器、堆芯结构、下栅板、堆芯围板、组件下落解体部件、堆顶台架及辅助支承结构组成。堆容器采用立式圆形容器，由容器套筒和容器底板构成，采用可灵活拆卸和安装的螺栓连接方式，堆芯结构由燃料组件、反射层组件、控制棒组件、测量仪表组件、中子源组件、组件导向壳及其它相关构件构成。这些组件绝大部分通过在统一规格的标准组件外壳内填充相应材料或结构来实现。堆芯围板与堆芯结构外围轮廓一致，保证堆芯结构的整体结构完整性和稳定性。下栅板为开有若干组件定位与安装孔的圆板，其一侧设有支承肋条，支承肋条与容器底板进行接触，以便于保证组件安装的稳定性。组件下落解体部件有内圈若干组件，通过两端的上部固定板和底部安装板连接为一个整体，底部安装板与解体停堆驱动机构相连，以实现停堆部件功能。其中，反应性控制系统包括专设安全停堆系统、反应堆解体停堆系统、实验用控制棒驱动机构以及冗余安全保护措施。与装置本体耦合的外中子源有两种：中子管、加速器型中子源。其中，所述装置的专设安全停堆系统设有3组专设安全棒组件及专设安全棒组件导向壳，各自配有专设安全棒驱动机构，共同构成第一停堆系统，专设安全棒组件上端为吸收体，下端与燃料组件一致。装置正常运行时，专设安全棒组件完全提起，跟随体处于堆芯活性区，可以保证堆芯布置与待测布置一致；当需要保护停堆时，安全棒下落，吸收体处于堆芯活性区，可以引入大的负反应性，保证所述装置安全停堆。专设安全棒驱动机构采用钢丝滑轮式驱动机构。采用钢丝滑轮式驱动机构满足反应性控制和停堆的需求，结构简单，易安装、灵活性好、安全可靠性高。其中，所述装置中心处组件下落解体部件，由容器底板下部的解体停堆驱动机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置，其特征在于：所述装置包括组件导向壳(1)、堆芯结构(2)、下栅板(3)、堆芯围板(4)、堆容器(5)、堆顶台架及辅助支撑结构(6)、支承系统(7)、专设安全停堆系统(8)、反应堆解体停堆系统(9)、实验用控制棒驱动机构(10)、辅助配套系统(11)和仪控与核测量系统；其中，堆芯结构(2)由多个组件及组件导向壳(1)组成，堆芯结构(2)安装于下栅板(3)上，并通过堆芯围板(4)来限定堆芯结构(2)的外轮廓；堆芯结构(2)、下栅板(3)、堆芯围板(4)安置在堆容器(5)内，堆容器(5)和堆顶台架及辅助支撑结构(6)由支承系统(7)进行支承固定；专设安全停堆系统(8)通过堆顶台架及辅助支撑结构(6)安置于堆芯结构(2)上方及内部；反应堆解体停堆系统(9)的解体停堆驱动机构(12)置于堆容器(5)的下方，与反应堆解体停堆系统(9)的组件下落解体部件(13)相连，仪控与核测量系统为专设安全停堆系统(8)、反应堆解体停堆系统(9)、实验用控制棒驱动机构(10)提供测量和控制，仪控与核测量系统的探测器、核测量装置安置于堆芯结构(2)的堆芯仪表组件(14)内，辅助配套系统(11)为辅助实现装置的装换料实验操作。...

【技术特征摘要】
1.一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置，其特征在于：所述装置包括组件导向壳(1)、堆芯结构(2)、下栅板(3)、堆芯围板(4)、堆容器(5)、堆顶台架及辅助支撑结构(6)、支承系统(7)、专设安全停堆系统(8)、反应堆解体停堆系统(9)、实验用控制棒驱动机构(10)、辅助配套系统(11)和仪控与核测量系统；其中，堆芯结构(2)由多个组件及组件导向壳(1)组成，堆芯结构(2)安装于下栅板(3)上，并通过堆芯围板(4)来限定堆芯结构(2)的外轮廓；堆芯结构(2)、下栅板(3)和堆芯围板(4)安置在堆容器(5)内，堆容器(5)和堆顶台架及辅助支撑结构(6)由支承系统(7)进行支承固定；专设安全停堆系统(8)通过堆顶台架及辅助支撑结构(6)安置于堆芯结构(2)上方及内部；反应堆解体停堆系统(9)的解体停堆驱动机构(12)置于堆容器(5)的下方，与反应堆解体停堆系统(9)的组件下落解体部件(13)相连，仪控与核测量系统为专设安全停堆系统(8)、反应堆解体停堆系统(9)和实验用控制棒驱动机构(10)提供测量和控制，仪控与核测量系统的探测器和核测量装置安置于堆芯结构(2)的堆芯仪表组件(14)内，辅助配套系统(11)为辅助实现装置的装换料实验操作。2.根据权利要求1所述的一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置，其特征在于：其专设安全停堆系统(8)、反应堆解体停堆系统(9)、实验用控制棒驱动机构(10)以及另设冗余安全保护措施构成所述装置的反应性控制系统。3.根据权利要求1所述的一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置，其特征在于：其实验用控制棒驱动机构(10)的实验用控制棒组件(15)能够灵活布置于堆芯结构(2)的绝大部分区域，实验用控制棒组件的导向壳(16)与燃料组件(17)的横截面尺寸一致，能够同燃料组件(17)一样，灵活布置于堆芯结构(2)内。4.根据权利要求1所述的一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置，其特征在于：所述装置还包括中子源组件(18)，中子源组件(18)安装于组件下落解体部件(13)中心位置处，能够将中子源组件(18)取出，实现靶与堆芯结构(2)的耦合。5.根据权利要求1所述的一种可与中子源耦合的安全多功能快中子零功率装置，其特征在于：装置本体由堆容器(5)、堆芯结构(2)、下栅板(3)、堆芯围板(4)、组件下落解体部件(13)、堆顶台架及辅助支承结构(6)组成，堆容器(5)采用立式圆形容器，由容器套筒(19)和容器底板(20)构成，采用可灵活拆卸和安装的螺栓连接方式，堆芯结构(2)由燃料组件(17)、反射层组件(21)、控制棒组件(22)、堆芯仪表组件(14)、中子源组件(18)、组件导向壳(1)及其它相关构件构成，这些组件绝大部分通过在统一规格的标准组件外壳(23)内填充相应材料或结...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文章，刘超，张勇，柏云清，宋勇，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34