[發明專利]一種球形燃料元件解體裝置

有效

• 申請號: 201610262532.1
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN105761771B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 陳曉彤;盧振明;趙宏生;劉兵;唐春和;朱鈞國
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21F9/28
• 分類號: G21F9/28
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種球形燃料元件解體裝置，屬于核燃料元件后處理技術領域。

背景技術

高溫氣冷堆(HTGR)以其固有安全性好、發電效率高、用途廣泛等優點受到了世界各國，特別是發展中國家的重視，有望作為第四代先進反應堆型之一得以廣泛應用。高溫氣冷堆屬于模塊式球床堆，其球形燃料元件的直徑為60mm，是由包覆燃料顆粒(直徑約為0.92mm)和基體石墨粉混合壓制成燃料芯球(直徑為50mm)，再在燃料芯球外面壓制5mm厚的基體石墨殼構成，每個球含鈾約5-7g。球形燃料元件在高溫氣冷堆內運行，燃耗達到一定要求后排出成為乏燃料球，其中含有鈾、裂變產物、超鈾元素等。

為了進一步提高高溫氣冷堆安全性，改進燃料元件的設計和制造水平，亟需開展球形燃料元件輻照后性能研究，探索包覆顆粒在堆內和事故狀態下的破損機制。這就需要將輻照后的燃料元件解體，獲得與石墨基體分離并且結構完整的包覆顆粒樣品；同時，還需要保留顆粒在元件中的相對位置信息，為包覆燃料的破損研究提供更多線索。

目前，將球形燃料元件中解體并分離出包覆顆粒的方法有很多種，例如氧化法、燃燒法、機械破碎法、電解法等。其中，氧化法采用強氧化性物質(如液Br₂)腐蝕燃料元件的石墨層，但是強氧化劑對常規設備的腐蝕性使該方法的應用受到很大限制；直接燃燒法和機械破碎法耗能高、污染大、容易破壞包覆顆粒的層結構，而且無法得到顆粒的位置信息。專利CN1885439A及CN101252028A公開了一種基于電解插層氧化法對基體石墨球剝離和破碎的方法，在適當的電解電流及電解液條件下能夠實現石墨球的解體破碎。電化學解體方法條件溫和、易于控制，但在上述兩個專利文獻中無法獲得包覆顆粒的位置信息，且不適合在密閉的屏蔽室，如熱室或手套箱中通過機械手進行遠距離操作。

發明內容

本發明的目的是提出一種球形燃料元件解體裝置，以適用于高溫氣冷堆球形燃料元件輻照后性能的研究。

本發明提出的球形燃料元件解體裝置，包括底座、門形立柱、旋轉電機、升降模塊、旋轉模塊、懸臂支架、電解池、絲杠電機、標尺、網狀陰極、滾珠絲杠、絲母、滑座、夾具、連接架、直流電源、限位開關、導軌和開口槽；所述的門形立柱的一側固定在底座1上，立柱上有開口槽，旋轉模塊與門形立柱的另一側相對固定；所述的懸臂支架的短臂與旋轉模塊的輸出軸聯動，旋轉電機固定在懸臂支架的長臂的端部；所述的升降模塊固定在門形立柱一側的上部或下部；所示的電解池通過連接架與絲母相對固定；在升降模塊的作用下，絲母帶動電解池沿著開口槽在滾珠絲杠上做豎直上下運動，并通過滑座和導軌的結合作用保持穩定；電解池中設有網狀陰極，網狀陰極與直流電源的負極相連接；待解體燃料元件通過夾具與旋轉電機的輸出軸聯動，輸出軸與直流電源的正極相連接。

本發明提出的球形燃料元件解體裝置，其優點是，能夠將包覆顆粒從石墨基體中逐步剝離出來，且能從外到內在元件不同半徑處取樣，用于輻照后燃料元件中包覆顆粒的破損機理研究和燃耗及裂變產物的分析。由于輻照后的燃料元件具有很強的放射性，該裝置還易于在密閉的屏蔽室內通機械手進行遠距離操作。本發明提出的球形燃料元件解體裝置，設備緊湊，操作方便，易于實現遠程控制，能夠明確破損包覆顆粒在燃料元件中的具體位置,非常有利于輻照后或熱處理后燃料元件中包覆顆粒的破損機理研究和燃耗及裂變產物的分析，并有效避免各批次樣品間的干擾及污染。

附圖說明

圖1是本發明提出的球形燃料元件解體裝置的結構示意圖。

圖2是圖1所示的球形燃料元件解體裝置的右視圖。

圖3是圖1所示的球形燃料元件解體裝置中升降模塊為旋轉手柄、旋轉模塊為懸臂支架手動弧形旋轉時的結構示意圖。

圖4是圖1所示的球形燃料元件解體裝置中升降模塊為絲杠電機、旋轉模塊為旋轉電機的結構示意圖。

圖5是本發明提出的球形燃料元件解體裝置二步電解的示意圖。

圖1—圖4中，1為底座，2為門形立柱，3為旋轉電機，4為懸臂支架，5為待解體燃料元件，6為電解池，7為升降模塊，8為旋轉模塊，9為標尺，10為網狀陰極，11為滾珠絲杠，12為絲母，13為滑座，14為夾具，15為連接架，16為直流電源，17為限位開關，8為導軌，19為開口槽。

具體實施方式