[發明專利]單相慢化劑循環的中子慢化包

無效

• 申請號: 200910022176.6
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101546611A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 趙忖;馮全科;李健;孫碩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C5/14
• 分類號: G21C5/14;G21C5/16;G21C5/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及科學研究型反應堆冷中子源裝置，特別涉及一種放置在反應堆冷中子源垂直孔道中的中子慢化包。

背景技術

常用的冷中子源慢化劑多為液氫和液氘(以下簡稱液氫)，慢化劑在慢化中子過程中，慢化劑自身和盛裝慢化劑的金屬包體會產生大量的熱，需要通過設置低溫氦氣在慢化包外壁來直接冷卻，以及將慢化劑通過熱虹吸或強制輸送到低輻照區來冷卻，然后將過冷的慢化劑輸進冷包。中子慢化包是冷中子源裝置的核心部件，國內還沒有人提出過關于單相慢化劑的中子慢化包。在國外，如法國，美國、日本等國家都用兩相慢化劑的循環系統。俄羅斯圣彼得堡核物理研究院在我國綿陽的CMRR反應堆上也采用了單相液氫循環的中子慢化包。但該慢化包結構復雜，特別是焊接制作難度大，在熱應力作用下容易破壞。經過本申請的發明人詳細分析，認為上述俄羅斯設計的慢化包結構尚有多處可以完善和改進。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種使用材料少，結構簡單，強化傳熱性能好，安全性能高，制造工藝性好的單相液體慢化劑的中子慢化包。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種單相慢化劑循環的中子慢化包，包括盛裝液氫的氫包，該氫包上封頭兩側分別設有氫輸送管、氫回氣管；其特征在于，該氫包設置在一個帶有氦輸送管、氦回氣管的氦包內，使氦包與氫包之間形成容納流動氦氣的外夾層；其中氫輸送管被包在氦回氣管內，氫回氣管被包在氦輸送管內；在氫包?內設置有一個徑向偏置的中空包，通過上下連管與氦包聯通，氫包與中空包之間形成內夾層，所述液氫在該內夾層中形成月牙形徑向層。

上述方案中，在氫包上封頭與中空包上封頭之間靠近氫輸送管的內夾層，設置有一個n型隔流板。在氫包上封頭與氦包上封頭之間氦輸送管一側的外夾層，設置有用于將排出氦氣與進入氦氣隔開的活套隔流裝置。該活套隔流裝置包括固定在氦包上封頭的隔流套管、固定在氫包上封頭的套管接口，隔流套管滑動配合套入套管接口中，并將氫回氣管包在內。

本發明提出的單相液氫中子慢化包具有換熱能力強，所用金屬材料少，包體內液氫層形狀有利于中子高效慢化，包體在高低溫變化過程產生的熱應力很小，慢化包的制造工藝簡單等優點。

附圖說明

圖1為本發明中子慢化包的結構圖。其中圖1(b)是圖1(a)的俯視圖。

圖2為圖1中子慢化包氫包中慢化劑層指示圖。其中圖2(b)是圖2(a)的俯視圖。

圖3為圖1(a)的I部放大圖。

圖1至圖3中：1-氦包；2-氫包；3-中空包；4-氫輸送管；5-氫回氣管；6-氦輸送管；7-氦回氣管；8-氫隔流板；9-隔流套管；10-套管接口；11-氦包上封頭；12-氦包直筒體；13-氦包下封頭；14-液氫。

具體實施方式

以下結合附圖和及實施例對本發明作進一步的詳細說明。

參見圖1、圖2，本發明的中子慢化包是由三層薄壁鋁合金材料構成圓柱形封閉筒體，最外層的包體為氦包1，中間一層為氫包2，內部一層中空包3，其實中空包3內部是通流氦氣的。氦包1與氫包2之間的外夾層是容納流動氦氣的。氫包2與中空包3之間的內夾層容納慢化劑液氫14。氦氣從氦包1頂部的氦輸送管6通過連接管流向中空包3，再從氦包1底部流向外夾層，從頂部的氦回氣管7排出。該氦氣用來冷卻由于液氫和鋁合金氫包2的核作用?產生的熱量。中子慢化的徑向液氫層需要有適當的厚度。厚度過小，不能有效的慢化中子；液氫層過厚，產生對中子過大的屏蔽作用，會減小冷中子的流量。所以冷包內部需要設置一個空腔(中空包)，通入對中子產生極小作用的低溫氦氣，以占去空間。慢化包內部的中空包3在氫包2內是偏置的，這樣布置的原因是形成一個月牙形的液氫徑向層，這種液氫層形狀，能更好的慢化中子。

氫包2與中空包3之間內夾層的液氫需要設置進入和輸出管道，輸入的低溫液氫通過氫輸送管4先進入冷包的底部，經過熱中子的加熱作用，液氫變熱，密度減小，流向氫包上方的氫回氣管5輸出。氫包和氫管道都需要包容在氦包1內，這是為了強化氦氣對氫的冷卻，同時也是為了保護安全，即氫包管道破裂的情況下，不泄露到氦包1外的真空容器內，因為氫是易燃易爆的物質。

為了把經過上部冷卻器冷卻的低溫液氫輸送到冷包的底部，在氫包2與中空包3之間內夾層設置了n型隔流板8。將低溫液氫與向上的高溫液氫隔開。這種隔流板所用鋁合金材料很少，隔流板只是夾持在氫包2與中空包3上部壁面之間。不需要特殊焊接等固定。因為1mm左右的薄壁包體與導流板焊接會影響包體的強度。