[發(fā)明專利]一種高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件及其制備方法

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• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106997787A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 張勇;黨杰;陳永洲;趙玉娜
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21C13/028
• 分類號: G21C13/028;G21C13/02;C03C12/00;C03C3/097;C03C3/093;C03C3/091
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發(fā)明屬于核反應堆技術領域，特別涉及一種高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件及其制備方法。

背景技術

高溫氣冷堆是第四代核能系統(tǒng)的代表性堆型，具有低功率密度、高出口溫度、高發(fā)電效率等特點，由于包覆顆粒燃料元件的耐高溫特性以及單個反應堆模塊功率的可限制性，高溫氣冷堆可在任何瞬態(tài)和事故情況下，僅靠熱傳導和熱輻射等自然機制，保證燃料最高溫度不超過限值，從技術上避免了類似堆芯熔化嚴重事故的發(fā)生，因此，相比傳統(tǒng)的壓水堆核電站，其固有安全性特征明顯。

電氣貫穿件是貫穿核電站壓力殼和安全殼的關鍵設備，為反應堆內(nèi)各種用電設備輸送電能或控制信號，同時保證核反應堆的密封，對確保高溫氣冷堆壓力邊界的完整性至關重要，是高溫氣冷堆安全防護最重要的屏障。高溫氣冷堆一回路中密封的熱傳遞介質(zhì)為高溫、高壓的純氦氣，較壓水堆的水蒸汽而言對電氣貫穿件的耐高溫、耐氣密、耐老化等要求更高，制造技術難度也更大。

在高溫氣冷堆吸收球料位的測量中，對射頻導納信號的測量需要使用同軸電纜。同軸型電氣貫穿件是這些同軸電纜信號貫穿高溫氣冷堆壓力殼的一種饋通手段。其功能除了要高質(zhì)量傳輸這些高頻信號之外，更重要的是實現(xiàn)核反應堆的密封性。

現(xiàn)有同軸型電氣貫穿件一般由內(nèi)導體、內(nèi)絕緣層、內(nèi)屏蔽層、外絕緣層、外屏蔽層組成。其中絕緣材料主要采用有機物，包括聚砜、聚醚醚酮和聚酰亞胺等。這些材料都不能完全滿足高溫氣冷堆壓力殼電氣貫穿件耐高溫、耐高氣壓、耐輻照等的要求。這些有機物在高溫、強輻照等使用條件下，其電絕緣及機械性能會顯著降低，容易存在安全隱患，因此會影響產(chǎn)品的使用壽命。

因此，采用傳統(tǒng)有機物作為絕緣材料的同軸型電氣貫穿件無法滿足高溫氣冷堆設計要求。而無機玻璃具有很好的耐高溫性能和電絕緣特性，是作為電氣貫穿件絕緣材料的絕佳選擇。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件及其制備方法，其特征在于，所述高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件由內(nèi)金屬導體1、內(nèi)絕緣玻璃層2、內(nèi)屏蔽金屬層3、外絕緣玻璃層4和外屏蔽金屬層5封接而成。

所述內(nèi)金屬導體為可伐合金。

所述內(nèi)絕緣玻璃層為熱膨脹系數(shù)5-6×10^-6/K的無機玻璃。

所述內(nèi)屏蔽金屬為4J43或4J45合金。

所述外絕緣玻璃層為熱膨脹系數(shù)8-9×10^-6/K的無機玻璃。

所述外屏蔽金屬為10號鋼、30CrMnSiA合金結構鋼或16Mn鋼。

所述高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件的制備方法，包括以下步驟：

(1)內(nèi)絕緣玻璃層預成型坯體，將滿足內(nèi)絕緣玻璃層要求的一定量的玻璃粉中加入石蠟，在加熱條件下充分拌勻后冷卻、造粒、過篩，然后在干壓成型機上成型，再經(jīng)過排蠟玻化后得到內(nèi)絕緣玻璃層的成型坯體；

(2)外絕緣玻璃層預成型坯體，將滿足外絕緣玻璃層要求的一定量的玻璃粉加入石蠟，在加熱條件下充分拌勻后冷卻、造粒、過篩，然后在干壓成型機上成型，再經(jīng)過排蠟玻化后，得到外絕緣玻璃層的成型坯體；

(3)將經(jīng)過預處理的內(nèi)金屬導體、內(nèi)絕緣玻璃層預成型坯體、內(nèi)屏蔽金屬、外絕緣玻璃層預成型坯體和外屏蔽金屬用燒結夾具組裝在一起，并放入氣氛爐中封接，得到所述高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件。

所述步驟(1)中，內(nèi)絕緣玻璃層用玻璃粉的各組分及重量百分比為：SiO₂ 50～70％，B₂O₃ 10～20％，Na₂O 3～8％，K₂O 3～8％，ZnO 0～6％，BaO 2～8％，Sb₂O₃ 0～3％，余量為Al₂O₃。

所述步驟(2)中，玻璃粉體的各組分及重量百分比為：SiO₂ 40～50％，B₂O₃ 3～10％，Al₂O₃ 1～5％，La₂O₃ 1～5％，Li₂O 1～3％，Na₂O 3～7％，P₂O₅ 2～6％，BaO 35～45％，TiO₂ 3～7％，WO₃ 1～2％。

所述步驟(1)和(2)中，玻璃粉體與石蠟的質(zhì)量比為20：1。