[發(fā)明專利]一種適用于棒束型快堆燃料元件的輻照試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110055805.6
• 申請(qǐng)日: 2021-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN112863710B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張亮;胡曉暉;趙文斌;楊文華;孫勝;徐斌;戴鈺冰;林瑞霄;劉洋;屈英前
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院
• 主分類號(hào): G21C17/00
• 分類號(hào): G21C17/00;G21C17/10
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 唐邦英

本發(fā)明公開了一種適用于棒束型快堆燃料元件的輻照試驗(yàn)裝置，包括保護(hù)管、鎘管，以及多個(gè)輻照件和多個(gè)堵流件，所述保護(hù)管設(shè)置在鎘管內(nèi)側(cè)；保護(hù)管和鎘管之間的環(huán)形間隙形成外側(cè)冷卻水流道，外側(cè)冷卻水流道的頂部引入堆芯冷卻水形成強(qiáng)迫流動(dòng)冷卻水，多個(gè)輻照件均勻布置在保護(hù)管內(nèi)側(cè)，多個(gè)堵流件均勻布置在保護(hù)管的內(nèi)壁上，輻照件、堵流件與保護(hù)管內(nèi)壁之間的間隙形成內(nèi)側(cè)冷卻水流道，所述內(nèi)側(cè)冷卻水流道的頂部引入堆芯冷卻水形成強(qiáng)迫流動(dòng)冷卻水；內(nèi)側(cè)冷卻水流道內(nèi)在輻照件的上游和下游均設(shè)置有熱電偶和引壓管；輻照件內(nèi)能夠搭載多個(gè)燃料元件。本發(fā)明所述輻照試驗(yàn)裝置不僅能夠滿足輻照試驗(yàn)指標(biāo)，且可搭載較大數(shù)量快堆燃料元件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及堆輻照技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于棒束型快堆燃料元件的輻照試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

第四代核能系統(tǒng)國際論壇(GIF)提出的6種第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)堆型中，其中的5種堆型采用了快中子能譜的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。快中子反應(yīng)堆是未來先進(jìn)裂變能系統(tǒng)的主力堆型，具有發(fā)電效率高、可顯著提高鈾資源利用率的重大優(yōu)勢(shì)。

中子輻照試驗(yàn)是快堆燃料研發(fā)與驗(yàn)證的關(guān)鍵步驟，是研究燃料與包殼材料的輻照效應(yīng)對(duì)快堆燃料元件整體性能影響的必須研究手段。由于國內(nèi)外現(xiàn)有快中子反應(yīng)堆輻照資源極為有限，在高中子通量材料試驗(yàn)堆上開展快堆燃料元件的中子輻照試驗(yàn)研究是合理可行的方法。

快堆燃料棒的線功率密度峰值可達(dá)45kW/m甚至更高，其燃料包殼溫度可達(dá)500～600℃。由于快堆燃料元件的線功率密度較大，且所需輻照溫度一般遠(yuǎn)高于研究堆的冷卻水溫度；須設(shè)計(jì)特殊的輻照裝置，以滿足試驗(yàn)燃料元件釋熱導(dǎo)出與輻照溫度控制要求。

為加快新型快堆燃料元件的研發(fā)，需要對(duì)不同材料、不同結(jié)構(gòu)、不同工藝的快堆燃料元件開展多批次的堆內(nèi)輻照試驗(yàn)，需要開展輻照試驗(yàn)的快堆燃料元件數(shù)量龐大。受制于有限的輻照設(shè)施和輻照資源，迫切需要開發(fā)可搭載較大數(shù)量快堆燃料元件的輻照裝置，并滿足相應(yīng)的輻照試驗(yàn)指標(biāo)。因此，須依托國內(nèi)已有的高中子通量研究堆，研發(fā)適用于棒束型快堆燃料元件的輻照試驗(yàn)裝置與相關(guān)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于棒束型快堆燃料元件的輻照試驗(yàn)裝置，該輻照試驗(yàn)裝置不經(jīng)能夠滿足輻照試驗(yàn)指標(biāo)，且可搭載較大數(shù)量快堆燃料元件。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種適用于棒束型快堆燃料元件的輻照試驗(yàn)裝置，包括保護(hù)管、鎘管，以及多個(gè)輻照件和多個(gè)堵流件，所述保護(hù)管設(shè)置在鎘管內(nèi)側(cè)；

所述保護(hù)管和鎘管之間的環(huán)形間隙形成外側(cè)冷卻水流道，所述外側(cè)冷卻水流道的頂部引入堆芯冷卻水形成強(qiáng)迫流動(dòng)冷卻水；

多個(gè)輻照件均勻布置在保護(hù)管內(nèi)側(cè)，多個(gè)堵流件均勻布置在保護(hù)管的內(nèi)壁上，輻照件、堵流件與保護(hù)管內(nèi)壁之間的間隙形成內(nèi)側(cè)冷卻水流道，所述內(nèi)側(cè)冷卻水流道的頂部引入堆芯冷卻水形成強(qiáng)迫流動(dòng)冷卻水；所述內(nèi)側(cè)冷卻水流道內(nèi)在輻照件的上游和下游均設(shè)置有熱電偶和引壓管；

所述輻照件內(nèi)能夠搭載多個(gè)燃料元件，多個(gè)燃料元件首尾依次堆疊形成一個(gè)長棒形結(jié)構(gòu)設(shè)置在輻照件外套管內(nèi)。

本發(fā)明所述鎘管具有很大的熱中子吸收截面，可以大幅度降低鎘管以內(nèi)結(jié)構(gòu)的熱中子注量率水平(中子能譜硬化)，從而使得試驗(yàn)燃料棒內(nèi)的中子能譜更為接近快中子反應(yīng)堆，使用是鎘管外側(cè)也是外側(cè)冷卻水流道，外側(cè)冷卻水流道的堆芯冷卻水從上至下流過，并經(jīng)對(duì)流換熱帶走鎘管和保護(hù)管外包殼的釋熱；鎘管外側(cè)同樣為堆芯冷卻水，經(jīng)對(duì)流換熱冷卻鎘管；外流道冷卻水流出試驗(yàn)段后，直接與研究堆冷卻水混合后流出，不監(jiān)測(cè)其壓力與溫度。

本發(fā)明所述保護(hù)用于安裝支承輻照件和堵流件，并起到一定的隔熱作用，具體地，輻照件、堵流件均通過其上、下端部的結(jié)構(gòu)與固定格架連接，從而實(shí)現(xiàn)徑向的定位，并最終固定在保護(hù)管上。

本發(fā)明所述內(nèi)側(cè)冷卻水流道的冷卻水至上而下流經(jīng)裝置試驗(yàn)段，并經(jīng)對(duì)流換熱帶走輻照件、堵流件、保護(hù)管內(nèi)管等結(jié)構(gòu)的釋熱。