加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统技术方案

本发明专利技术提供一种加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统，主要由大小旋塞、焊于大旋塞下的中心测量柱主扇段、焊于小旋塞下的中心测量柱分扇段、控制棒驱动机构、质子束管、测量导管和换料机等组成。大旋塞位于堆顶盖中心，小旋塞于大旋塞上并与大旋塞偏心，换料机于小旋塞上并与小旋塞偏心，质子束管贯穿大旋塞中心。堆运行时大、小旋塞下扇段闭合组成中心测量柱，换料时小旋塞下扇段转动可使换料机构进入堆芯更换燃料组件。本发明专利技术主要针对加速器驱动铅铋冷却快中子嬗变堆所提出，解决了整体式中心测量柱阻碍堆芯换料的难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于放射性核废物处理
，具体涉及一种加速器驱动次临界堆(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)分体式中心测量柱系统,涉及到加速器驱动次临界堆中心测量柱、旋塞系统与换料系统。
技术介绍
核废料处理，尤其是长寿命核废料的最终处理是一个世界性难题，“分离-嬗变”法是核废料处理的一种新途径，即通过化学分离把高放射性废物中的MA和LLFP分离出来，利用核反应装置(如反应堆，加速器)把长寿命核素转变成短寿命核素或稳定核素。加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System, ADS)是目前致力于嬗变放射性核废物、有效利用核资源及产出核能的理想装置。国际原子能机构(IAEA)将ADS嬗变堆列入新型核能系统中，称为“新出现的核废物嬗变及能量产生的核能系统”。ADS系统由质子加速器、液态重金属散裂靶与嬗变核废料次临界反应堆组成。加速器产生的质子束流轰击重金属散裂靶件产生高能快中子，进入次临界堆芯内嬗变核废料、生产核燃料并兼顾发电。高能质子打到重金属原子核上产生散裂反应，轰击出的的中子增殖比可达到30左右。液态铅铋(PbBi)合金由于具有优良的中子增殖率、低溶点与高沸点和良好的载热能力被选为该堆型的散裂靶材料和冷却剂。由于依靠散裂中子源驱动堆芯核废料嬗变，且处于次临界，因此不具有维持自持链式反应的能力，如果关闭加速器，堆芯中的中子会逐渐越少，因此该堆具有较好的固有安全特性。随着堆内燃料燃耗的加深，需要在一定的周期更换燃料组件。由于产生散裂中子源的质子束管位于堆芯中央，且不能产生任何移动，堆芯上部液态铅铋温度测量导管、堆反应性与安全控制棒等设置于中心测量柱内。中心测量柱的功能是防止其内质子束管、控制棒导管、测量导管等由于液态铅铋流动产生的流致振动，是堆内重要部件。如果采用整体式测量柱，则堆内燃料组件由于中心测量柱及其内部部件的阻碍无法进行更换，因此需要专利技术一种创新性中心测量柱，通过其与换料系统配合，完成将新组件装入堆芯和乏燃料组件的卸出，且保证换料不影响对反应堆的控制与测量。对于这种特殊条件下的换料要求，是以往反应堆所没有的，这种由加速器质子束管、控制棒导管和温度测量导管等带来的ADS反应堆的换料问题亟需解决。目前，用于核废料嬗变的快中子次临界堆有美国的ATW计划，欧盟的EFIT计划，日本的OMEGA计划，韩国的HAPPY计划以及中国的CLEAR-111计划。由于以上都是DEMO概念设计方案，有关堆芯换料问题均还没有考虑。现有的钠冷快中子堆如俄罗斯的BN600堆、BN800堆，法国的“风凰”堆，日本的“文殊”堆和中国的CEFR堆等，由于堆芯无加速器质子束管，控制棒驱动机构安装在小旋塞上，换料时通过偏心移动小旋塞即可完成对堆芯燃料组件的更换，换料后小旋塞运动回堆芯同心位置确保控制棒驱动机构功能。比利时设计的加速器驱动铅铋冷却快中子嬗变堆MYRRHA，与CLEAR-1堆结构与功能相似，为解决换料问题，其设计方案是堆芯采用吊篮式，堆底部留出一个燃料组件以上的空间(大于2米)用于更换燃料组件。由于堆底部2米以上的空间需要多注入数百吨液态铅铋，如果采用强迫对流驱动铅铋流动是可行的，若采用自然循环，随着堆芯高度的增加，循环压降增加导致流速下降或循环中断，且从堆下部换料路线增长导致换料系统复杂性增加。基于以上技术背景，依据CLEAR-1堆的换料、控制与测量需求，特提出本专利技术专利。
技术实现思路
本专利技术的目的:针对加速器驱动次临界反应堆的换料、控制与测量需求，给出分体式中心测量柱方案，解决由于堆芯加速器质子束管、控制棒驱动机构、测量导管所设的整体式中心测量柱妨碍换料的难题，通过大小旋塞的复合运动带动分体式中心测量柱移动形成换料通道，可较好地完成对堆芯燃料组件的更换而不影响其他系统的正常工作。本专利技术采用的技术方案为:一种加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统，包括大旋塞，小旋塞，反应堆顶盖支承颈，焊接于大旋塞下中心测量柱主扇段，焊接于小旋塞下中心测量柱分扇段，堆芯，大旋塞上七根控制棒驱动机构、质子束管、测量导管，小旋塞上单根控制棒驱动机构和换料机；大旋塞利用支承颈同心地安装在堆顶盖中心，并位于堆芯上；小旋塞偏心地安装在大旋塞上；换料机偏心地安装在小旋塞上；质子束管贯穿大旋塞中心，伸入堆芯中心；中心测量柱主扇段和分扇段分别焊接于大旋塞和小旋塞下方；小旋塞上单根控制棒驱动机构，与大旋塞上的七根控制棒驱动机构共同实现对堆反应性、安全性的控制；中心测量柱由焊接于大旋塞下中心测量柱主扇段，焊接于小旋塞下中心测量柱分扇段组成，焊接于大旋塞下中心测量柱主扇段为周向260100度，焊接于小旋塞下中心测量柱分扇段为周向100飞0度，位于中心测量柱下端的测量导管能够上下移动，用于定位测量传感器；换料系统通过大旋塞和小旋塞围绕其几何中心的旋转，换料机悬臂的旋转及上下运动，精确定位到反应堆堆芯任意一盒燃料组件上，实现对燃料组件的安装与拆卸。其中，所述的大旋塞和小旋塞均为圆柱形箱体结构，能够绕几何中心进行双向旋转，大旋塞由反应堆顶盖支承颈支承，小旋塞由大旋塞支承，大旋塞和小旋塞上部边缘设置锡铋合金密封装置，用于支承的部件上设有环形槽，槽内填充液态锡铋合金，在被支承部件上对应安装裙板，裙板插入环形槽，浸没在液态锡铋合金中形成密封。其中，所述的周向26(T300度中心测量柱主扇段焊接于大旋塞下部，周向10(T60度中心测量柱分扇段焊接于小旋塞下端，堆运行状态时大小旋塞下扇段闭合形成全周向中心测量柱，中心测量柱上部开有三排圆形孔以保证柱内液态铅铋的循环流动。其中，所述换料机换料期间，控制棒提升杆与控制棒脱离，由大旋塞上控制棒驱动机构和单根控制棒驱动机构上提为换料留出足够的空间。本专利技术与现有技术相比有益效果为:(I)与现行钠冷快中子堆换料、控制与测量技术相比，本专利技术解决了由于堆芯加速器质子束管、控制棒驱动机构、测量导管及所设的中心测量柱妨碍换料所带来的技术难题，燃料组件更换后，能保证质子束管、控制棒驱动机构、测量导管功能不受影响。(2)与MYRRHA从堆底部换料相比，本专利技术通过分体式中心导体柱的优化组合，实现了从堆芯上部换料，减少了堆内铅铋的容量，经济性好；另外，堆高度减少，降低了用于排出堆芯热量的铅铋自然循环的循环高度，可增加自然循环流速。附图说明图1加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统俯视图；图2加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统正视图；图3加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统仰视图。图中，I为大旋塞，2为小旋塞，3为反应堆顶盖支承颈，4为焊接于大旋塞下中心测量柱主扇段，5为焊接于小旋塞下中心测量柱分扇段，6为堆芯，7为换料机，8为测量导管，9为质子束管，10为小旋塞上单根控制棒驱动机构，11为大旋塞上控制棒驱动机构。具体实施方式下面结合图说明分体式中心测量柱的具体实施方式。如图f 3所示，加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统，包括大旋塞1，小旋塞2，反应堆顶盖支承颈3，焊接于大旋塞下中心测量柱主扇段4，焊接于小旋塞下中心测量柱分扇段5，堆芯6，大旋塞上七根控制棒驱动机构11、质子束管9、测量导管8，小旋塞上单根控制棒驱动机构10和换料机7。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统，其特征在于，包括大旋塞（1），小旋塞（2），反应堆顶盖支承颈（3），焊接于大旋塞下中心测量柱主扇段（4），焊接于小旋塞下中心测量柱分扇段（5），堆芯（6），大旋塞上七根控制棒驱动机构（11）、质子束管（9）、测量导管（8），小旋塞上单根控制棒驱动机构（10）和换料机（7）；大旋塞（1）利用支承颈（3）同心地安装在堆顶盖中心，并位于堆芯（6）上方；小旋塞（2）偏心地安装在大旋塞（1）上；换料机（7）偏心地安装在小旋塞（2）上；质子束管（9）贯穿大旋塞（1）中心，伸入堆芯（6）中心；中心测量柱主扇段（4）和分扇段（5）分别焊接于大旋塞（1）和小旋塞（2）下方；小旋塞（2）上单根控制棒驱动机构（10），与大旋塞上的七根控制棒驱动机构（11）共同实现对堆反应性、安全性的控制；中心测量柱包括焊接于大旋塞下中心测量柱主扇段（4），其周向为260~300度，焊接于小旋塞下中心测量柱分扇段（5），其周向为100~60度；位于中心测量柱下端的测量导管（8）能够上下移动，用于定位测量传感器；换料系统通过大旋塞（1）和小旋塞（2）围绕其几何中心的旋转，换料机（7）悬臂的旋转及上下运动，精确定位到反应堆堆芯任意一盒燃料组件上，实现对燃料组件的安装与拆卸。...

【技术特征摘要】
1.一种加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统，其特征在于，包括大旋塞(1)，小旋塞(2)，反应堆顶盖支承颈(3)，焊接于大旋塞下中心测量柱主扇段(4)，焊接于小旋塞下中心测量柱分扇段(5)，堆芯(6)，大旋塞上七根控制棒驱动机构(11)、质子束管(9)、测量导管(8)，小旋塞上单根控制棒驱动机构(10)和换料机(7);大旋塞(I)利用支承颈(3)同心地安装在堆顶盖中心，并位于堆芯(6)上方；小旋塞(2)偏心地安装在大旋塞(I)上；换料机(7)偏心地安装在小旋塞(2)上；质子束管(9)贯穿大旋塞(I)中心，伸入堆芯(6)中心；中心测量柱主扇段(4)和分扇段(5)分别焊接于大旋塞(I)和小旋塞(2)下方；小旋塞(2)上单根控制棒驱动机构(10)，与大旋塞上的七根控制棒驱动机构(11)共同实现对堆反应性、安全性的控制；中心测量柱包括焊接于大旋塞下中心测量柱主扇段(4)，其周向为26(T300度，焊接于小旋塞下中心测量柱分扇段(5)，其周向为10(T60度；位于中心测量柱下端的测量导管(8)能够上下移动，用于定位测量传感器；换料系统通过大旋塞(I)和小旋塞(2)围绕其几何中心的旋转，换料机(7)悬臂的旋转及上下...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪卫华，何梅生，姚曦，柏云清，曾梅花，
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：