[發明專利]一種金屬型乏燃料后處理裝置

有效

• 申請號: 201410263418.1
• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN104008785A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 王寧;羊衍秋;姜濤;田杰;胡勝;劉曉亞;伍懷龍;陳柏樺
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: G21F9/28
• 分類號: G21F9/28
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 韓志英

技術領域

本發明屬于乏燃料后處理裝置領域，具體涉及一種金屬型乏燃料后處理裝置，尤其涉及一種混合堆裂變燃料循環中金屬型乏燃料中裂變氣體及揮發性裂變產物去除效率的熱處理裝置。

背景技術

目前，計算研究表明，混合能源系統優良的中子學特性能維持核燃料在300年內都具有良好核性能，但由于裂變氣體和其它各種裂變產物的累積，燃料的輻照腫脹問題，力學性能下降、傳熱性能等無法滿足使用要求，需要后處理，添加天然鈾或釷制成燃料返回反應堆，實現燃料閉合循環，提高資源利用率。因此，燃料后處理是混合能源系統燃料循環和次臨界包層概念研究需要解決的關鍵問題。

聚變-裂變混合能源系統的裂變燃料后處理與常規的乏燃料后處理不同，不需要U、Pu、Th等裂變材料的分離，也不需要很高的裂變產物去污系數，以除裂變氣體和揮發性裂變產物為目標，在保持核燃料力學性能基礎上，盡量提高再制備燃料的核性能。依據Ke、Xe等裂變氣體在固體中的熱擴散及溶解特性，提出“簡便干法后處理”概念，采用高溫真空技術，達到除去裂變氣體的目的，并盡可能除去揮發性裂變產物。

“簡便干法后處理”是一條新的技術路線，能否達到完全除去裂變氣體，對揮發性裂變產物的去除效率如何，處理后材料能否滿足燃料制備及性能要求、處理方法的技術可行性和經濟可行性等問題有待系統研究。因此，“簡便干法后處理”技術可行性論證是保持次臨界包層燃料材料性能、改善核型能，體現聚變-裂變混合能源系統整體技術先進性和優越性的最重要的技術載體之一，是裂變包層概念設計必須解決的關鍵技術。“簡便干法后處理”技術研究的核心就對樣品進行高溫熱處理，以去除乏燃料中的裂變氣體及揮發性裂變產物。為了盡可能提高樣品中的裂變氣體及揮發性裂變產物去除效率，必須要盡可能地提高樣品的熱處理溫度，同時樣品還具有放射性，必須保證樣品在密閉環境中進行熱處理，因此對熱處理裝置提出了很高的要求，目前還未見報道能完全滿足乏燃料中裂變產物去除效率研究要求的熱處理裝置。

發明內容

本發明的目的，是提供一種金屬型乏燃料后處理裝置，本發明的裝置可用于混合堆概念設計中的金屬型乏燃料進行后處理，對乏燃料中產生的裂變氣體及揮發性裂變產物的去效率進行研究，可為混合堆中裂變包層概念設計必須解決的關鍵技術提供解決途徑。同時還適用于其它堆型產生的金屬型乏燃料中的裂變氣體及揮發性裂變產物去除效率的研究。

本發明的技術方案是：

本發明的金屬型乏燃料后處理裝置，其特點是，所述的裝置由下往上依次為包括感應加部分，降溫過渡段以及裂變產物收集部分。所述的感應加熱部分設置為爐殼與爐膛的雙層結構，含有球狀的爐殼、設置在爐殼內的筒狀的爐膛，設置在爐膛外圍的保溫層Ⅱ。所述的降溫過渡段含有保溫層Ⅲ、水冷套。所述的裂變產物收集部分含有保溫層Ⅰ、排氣口、溫度檢測熱電偶安裝口。其連接關系是，所述的感應加部分、降溫過渡段、及裂變產物收集部分各部分接口處分別通過法蘭連接。所述爐殼由雙層水冷套構成，爐殼的一側面分別設置有真空排氣口、電極引出口，爐殼的上方分別設置有熱電偶的安裝口、紅外線測量口，電極通過側面電極引出口引出。所述爐膛設置于爐殼內的中心軸上，爐膛下部通過保溫層Ⅱ固定于爐殼內，保溫層Ⅱ的表面繞制有感應線圈，感應線圈對應的爐膛內形成高溫中頻加熱段，高溫中頻加熱段的上部形成高溫降溫過渡段。爐殼的下部設置有可升降的工作臺，通過外接電機驅動工作臺升降。工作臺的下部、底部分別設置有爐膛進氣口、射線檢測口。位于爐殼上端口的爐膛表面設有保溫層Ⅲ，保溫層Ⅲ的外圍設有水冷套，水冷套的外殼通過法蘭與爐殼連接，形成降溫過渡段。裂變產物收集部分中的爐膛外圍設置有保溫層Ⅰ，保溫層Ⅰ的一端通過法蘭與降溫過渡段的保溫層Ⅲ連接，另一端通過法蘭封頂。在裂變產物收集部分的上部、頂部分別設置有排氣口、溫度檢測用的熱電偶口。所述的爐殼固定于操作平臺上。所述感應加部分，降溫過渡段以及裂變產物收集部分為同軸心設置。

所述的爐殼與爐膛分別設置有獨立的進氣口，爐殼設置有爐殼進氣口，爐膛設置有爐膛進氣口，可以分別對氣流量進行控制。

所述降溫過渡段中的水冷套設置為三段，三段水冷套均能分別獨立進行進水控制，用于組合調整裂變產物收集區溫度。

所述裂變產物收集部分內部設置有用于濾材的T形臺階，臺階結構用于過濾材料安裝。

所述的爐膛材質為高純石墨管，石墨管外包裹氧化鋯耐火材料的石墨保溫層。

所述的保溫層Ⅲ表面的三段獨立水冷套的材質采用316L不銹鋼。