中子毒物贮槽材料及其制备方法、中子毒物贮槽技术

本发明专利技术提供一种中子毒物贮槽材料及其制备方法、中子毒物贮槽，中子毒物贮槽材料包括主料，所述主料包括以下质量分数的组分：碳化硼0.5％～35％，余量为聚乙烯及聚乙烯蜡；其中，聚乙烯蜡的质量为聚乙烯质量的0.5％～20％。该材料中子吸收性能好、物化及力学性能优良、硼氢含量高且可调、比重小并满足不同形状的加工成型要求，从而能够保证贮槽的临界安全。该材料能够适用于高酸、高温和较强辐照的使用环境，并能够达到减小厂房负荷，增大贮存容积，降低工厂投入成本的效果。降低工厂投入成本的效果。降低工厂投入成本的效果。

【技术实现步骤摘要】
中子毒物贮槽材料及其制备方法、中子毒物贮槽


[0001]本专利技术具体涉及一种中子毒物贮槽材料及其制备方法、中子毒物贮槽。

技术介绍

[0002]乏燃料后处理Purex(核燃料水法后处理流程之一，是用磷酸三丁酯萃取法从辐照核燃料中回收铀、钚的一种化工过程)流程中，钚纯化循环中的含钚料液浓度高且可能出现钚的聚合物，存在临界风险。核临界安全对含钚料液贮槽的结构、形状及尺寸提出了特别的约束。仅通过几何尺寸的控制不足以维持高浓度含钚料液的临界安全，且由于尺寸的限制降低了贮存容积，影响工厂运行效率，增加了材料加工、流体输送设备及故障检修的投入成本。为提升贮存容积，通常采用衬有固体中子毒物的几何安全设备来控制临界。
[0003]我国后处理工程常采用镉、钆、含硼水泥作为贮槽中子毒物。镉、钆材料的稳定性较差，在酸性环境容易溶解或腐蚀，不仅污染料液，且发生中子毒物的损失，严重时可引起核临界事故；含硼水泥中的硼含量过高会导致水泥的耐压强度降低，因此硼含量不超过5％，其单位体积屏蔽率低，比重大，且抗拉强度相对较低，耐候性差，容易开裂。并且，以上材料对中子吸收性能相对较低，不足以维持高浓度含钚料液的次临界状态；同时它们比重较大，加大了贮槽的荷载，增加厂房负荷，且镉、钆具有一定毒性，含硼水泥需要进行浇筑填充成型，不满足不同形状的加工成型要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种保证贮槽临界安全的中子毒物贮槽材料，还相应提供一种该中子毒物贮槽材料的制备方法，以及由该中子毒物贮槽材料制成的中子毒物贮槽。
[0005]解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供一种中子毒物贮槽材料，包括主料，所述主料包括以下质量分数的组分：
[0007]碳化硼0.5％～35％，余量为聚乙烯及聚乙烯蜡；其中，聚乙烯蜡的质量为聚乙烯质量的0.5％～20％。
[0008]可选地，所述碳化硼为核级碳化硼，或核级碳化硼和非核级碳化硼的混合物。
[0009]可选地，还包括辅料，所述辅料的质量为主料质量的1％～5％。
[0010]可选地，所述辅料包括偶联剂和抗氧化剂。
[0011]本专利技术还提供一种上述的中子毒物贮槽材料的制备方法，其特征在于，包括：
[0012]将主料中各组分混合均匀，再经成型加工形成棒材或板材。
[0013]可选地，所述主料中各组分的混合过程如下：
[0014]先将聚乙烯粉末和聚乙烯蜡进行搅拌预混，预混的搅拌电机频率为5
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20Hz，预混时间为3
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10min，预混温度为40
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90℃；预混充分后加入碳化硼粉末进行搅拌混合，混合的搅拌电机频率为5
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20Hz，混合时间为10
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30min，混合温度为40
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90℃。
[0015]可选地，所述成型加工包括挤出成型、模压再机械加工成型。
[0016]可选地，所述挤出成型的工艺参数为：加料段80℃
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210℃，压缩段180℃
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260℃，均化段250℃
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320℃，挤出出口温度170℃
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200℃，机头成型温度为230℃
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270℃，挤出速度50
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100mm/h，螺杆转速5
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8Hz，挤出成型后空冷或水冷，得到所述棒材。
[0017]可选地，所述模压的工艺参数为：模压温度为180
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250℃，模压压力为1000
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2500Mpa，模压后空冷，再机加成型，得到所述板材。
[0018]本专利技术还提供一种由上述的中子毒物贮槽材料或上述的方法制得的中子毒物贮槽材料制成的中子毒物贮槽。
[0019]可选地，中子毒物贮槽包括贮槽本体和多根棒材，多根棒材固定于贮槽本体中，所述贮槽本体由所述中子毒物贮槽材料经模压后机加成型，所述棒材由所述中子毒物贮槽材料经挤压成型。
[0020]中子毒物贮槽材料的用途在于防止后处理厂高浓度钚在贮存过程中发生临界而引起链式反应，重点在于贮槽内部高浓度钚液的中子的吸收和临界的控制，适用的环境苛刻，中子吸收的性能要求远高于常规的中子屏蔽材料。并且，由于需要长期贮存高浓度钚液，此种特殊环境还对贮槽材料的比重，热膨胀性能，刚度，拉伸强度，耐硝酸腐蚀性，热老化性能，耐辐照性能提出了特殊要求，常规的中子屏蔽材料远达不到要求。
[0021]本专利技术采用碳化硼、聚乙烯和聚乙烯蜡作为中子毒物贮槽材料的主料，研究表明，其对贮槽内部高浓度钚液的中子吸收和临界控制性能优异，且其通过成型工艺成型的材料满足中子毒物贮槽这一特殊环境对材料理化及力学性能、比重、耐酸腐蚀性能等的要求。具体地，其含硼量高和含氢量高，且可根据使用需求调整含硼量，对快中子有良好的慢化作用，中子吸收性能优异，尤其是聚乙烯蜡的加入，聚乙烯蜡与聚乙烯的相溶性较高，增加材料的流动性，能使碳化硼与聚乙烯蜡、聚乙烯粉充分混合。并且可以通过提高出料温度使得聚乙烯蜡在混料过程中在碳化硼表面形成包覆层，从而改善了碳化硼与聚乙烯蜡的浸润性和相容性，去除碳化硼粉末中吸附的水分，有效减少在成型加工过程中气体的产生，减少了成型材料中的气孔等缺陷。同时，使用聚乙烯蜡不降低含硼聚乙烯的氢含量，保持了含硼聚乙烯材料的快中子慢化性能。通过聚乙烯蜡的引入提高了含硼聚乙烯材料的成型加工性能，保证了材料的中子吸收性能。
[0022]并且，该主料可通过模压+机械加工成型或直接挤出成型，成型的材料力学性能优良，同时易进行加工打磨。在高温、高酸和辐照的环境下，由上述工艺制得的材料其含硼量和含氢量不发生改变，因而材料的中子吸收性能不变，同时能够维持良好的力学性能。此外，与传统的含硼水泥材料相比，其比重小，其制得的贮槽能够显著地降低工厂设备载荷，且可有效增大贮槽容积，减少工厂成本。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例3提供的中子毒物贮槽的俯视结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例3提供的中子毒物贮槽的立面结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术中的附图，对专利技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，
所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的范围。
[0026]在本专利技术的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0027]在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
[0028]在本专利技术的描述中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中子毒物贮槽材料，其特征在于，包括主料，所述主料包括以下质量分数的组分：碳化硼0.5％～35％，余量为聚乙烯及聚乙烯蜡；其中，聚乙烯蜡的质量为聚乙烯质量的0.5％～20％。2.根据权利要求1所述的中子毒物贮槽材料，其特征在于，所述碳化硼为核级碳化硼，或核级碳化硼和非核级碳化硼的混合物。3.根据权利要求1或2所述的中子毒物贮槽材料，其特征在于，还包括辅料，所述辅料的质量为主料质量的1％～5％。4.根据权利要求3所述的中子毒物贮槽材料，其特征在于，所述辅料包括偶联剂和抗氧化剂。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的中子毒物贮槽材料的制备方法，其特征在于，包括：将主料中各组分混合均匀，再经成型加工形成棒材和/或板材。6.根据权利要求5所述的中子毒物贮槽材料的制备方法，其特征在于，所述主料中各组分的混合过程如下：先将聚乙烯粉末和聚乙烯蜡进行搅拌预混，预混的搅拌电机频率为5
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20Hz，预混时间为3
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10min，预混温度为40
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90℃；预混充分后加入碳化硼粉末进行搅拌混合，混合的搅拌电机频率为5
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20Hz，混合时间为10
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30min，混合温度为40
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90℃。7.根据权利要求5所述的中子毒物贮槽材料的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：田阳，吴莹，李思凡，李鑫，侯留东，李云龙，李磊，侯学锋，杨静，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：