CN113921155B - 乏燃料的临界实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种乏燃料的临界实验装置，包括：堆芯容器，所述堆芯容器的底部设置有导向孔；导向管，固定于所述堆芯容器内的所述导向孔处，所述导向管用于放置所述乏燃料，所述导向孔用于为所述乏燃料的输入和输出提供孔道；多个安装单元，围绕所述导向管呈阵列状设置于所述堆芯容器内，所述安装单元用于安装新燃料元件；其中，所述导向管的顶端封闭，用于隔离所述新燃料元件的水环境。本发明的实施例采取以部分乏燃料与部分新燃料组合的形式来开展乏燃料临界实验，在乏燃料的临界实验装置上布置有一个密闭的导向管，专门用于暂存乏燃料，将乏燃料与新燃料的水环境隔绝开，以避免放射性污染。

Description

乏燃料的临界实验装置

技术领域

本发明的实施例涉及乏燃料后处理技术领域，具体涉及一种乏燃料的临界实验装置。

背景技术

在乏燃料后处理方面，由于目前乏燃料后处理效率较低，因此只能将未来得及处理的乏燃料进行贮存，使得现阶段最为广泛的应对手段仍然是进行乏燃料贮存。然而，由于缺乏乏燃料的临界实验数据，用于乏燃料临界计算程序的有效性和准确性均有待验证，使得大多数乏燃料的贮存方法仍然是按照新燃料的标准进行贮存，这大大增加了乏燃料的贮存成本。因此，需要一种开展乏燃料反应性效应实验的临界实验装置。

发明内容

本发明的实施例提供了一种乏燃料的临界实验装置，包括：堆芯容器，所述堆芯容器的底部设置有导向孔；导向管，固定于所述堆芯容器内的所述导向孔处，所述导向管用于放置所述乏燃料，所述导向孔用于为所述乏燃料的输入和输出提供孔道；多个安装单元，围绕所述导向管呈阵列状设置于所述堆芯容器内，所述安装单元用于安装新燃料元件；其中，所述导向管的顶端封闭，用于隔离所述新燃料元件的水环境。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一个实施例的乏燃料的临界实验装置的结构示意图。

图2是图1中乏燃料的临界实验装置的俯视图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

100、乏燃料；10、堆芯容器；11、导向孔；

200、新燃料元件；20、导向管；

30、安装单元；31、第一栅格板；32、第二栅格板；33、支撑柱；

40、支撑部；41、底板；42、底板支撑件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

图1示出了根据本发明一个实施例的乏燃料的临界实验装置的结构示意图。图2示出了图1中乏燃料的临界实验装置的俯视图。如图1和图2所示，本实施例中的乏燃料的临界实验装置包括堆芯容器10、导向管20以及多个安装单元30。所述堆芯容器10的底部设置有导向孔11，导向管20固定于所述堆芯容器10内的所述导向孔11处，所述导向管20用于放置所述乏燃料100。多个安装单元30围绕所述导向管20呈阵列状设置于所述堆芯容器10内，所述安装单元30用于安装新燃料元件200。其中，所述导向管20的顶端封闭，用于隔离所述新燃料元件200的水环境。

采用本实施例中的临界实验装置可以以部分乏燃料与部分新燃料组合的形式来开展乏燃料临界实验。向堆芯容器中注入慢化剂(例如，水)，可以模拟乏燃料贮存在水池中的情形，并且，导向管20的顶端是封闭的，可以将乏燃料与新燃料的水环境隔绝，避免放射性较强的乏燃料对实验环境造成放射性污染，甚至危及人员的安全。使用本发明实施例的临界实验装置，可以模拟乏燃料贮存在水池中的情形，可以对乏燃料开展临界实验，为乏燃料的贮存提供支持数据。

在一些实施例中，所述导向管20的下端口位于所述堆芯容器10的下部，并与所述导向孔11相匹配和连通，以从所述堆芯容器10的下方进行乏燃料100的输入和输出操作。本实施例中，可以将乏燃料100通过堆芯容器10底部的导向孔11运输至导向管20内，导向管20不仅可以用于暂存乏燃料样品，还可以在乏燃料样品输入至堆芯容器10内时对乏燃料进行导向，使其安装在堆芯容器10中的预设位置。

可选的，用于安装新燃料元件200的安装单元30可以以3×3的阵列进行排布，将该3×3的阵列的中心位置的单元空出，不设置安装单元30，在该位置设置所述导向管20，使所述导向管20与8个安装单元共同形成3×3的阵列。采用上述布置可以使得乏燃料100四周都布置有新燃料元件200，使新燃料具有一定的对称性，并且3×3阵列排布可以使得实验装置更加紧凑，在能完成实验的前提下降低了新燃料元件的装载量。

在本实施例中，每个安装单元30上可以设置多个新燃料元件200。多个所述新燃料元件200呈阵列状排布设置于所述安装单元30上，从而构成一个新燃料组件。例如，对于低富集度(以4.95％为例)的新燃料元件，81根新燃料元件200可以以9×9的阵列排布设置在安装单元30上，以构成一个新燃料组件。8个新燃料组件和乏燃料再按照3×3的阵列排布设置。

本实施例中通过多个安装单元将多个新燃料元件划分为多个新燃料组件，可以模拟乏燃料贮存在水池中的情形。本实施例采用上述排布方式设置新燃料元件与乏燃料来进行堆芯布置，可以实现多种富集度多种堆芯布置的临界实验，实验时通过控制装载的新燃料组件数量中燃料元件的数量，来达到临界状态。

在一些实施例中，各所述安装单元30之间可选择性地移动位置。装载有新燃料元件的安装单元30的位置可以进行移动，从而可以使得各个新燃料组件之间形成慢化区域。另外，也可以通过移动安装单元30，来改变各安装单元30之间的间距，以形成不同的新燃料组件之间的间距，从而调整慢化区域的宽度。

如图1和图2所示，本实施例中的临界实验装置还包括支撑部40，所述支撑部40设置于所述堆芯容器10的底部，并且所述支撑部40围绕所述导向管20设置；各所述安装单元30可移动地连接于所述支撑部40上。在一些实施例中，所述支撑部40固定在堆芯容器10的底部，用来支撑各安装单元30。

进一步地，支撑部40包括底板41和底板支撑件42，所述安装单元可移动地连接于所述底板41上，所述底板支撑件42固定于所述堆芯容器10的底部，所述底板41连接于所述底板支撑件42上。可选的，所述底板支撑件42为柱状，底板固定在该柱状的底板支撑件42上，从而可以将多个安装单元30安装在平整的底板上。

其中，所述支撑部40围绕所述导向管20设置，具体包括：所述底板41围绕于所述导向管20周围。具体地，所述底板41设置有与所述导向管20相匹配的通孔，所述通孔的位置对应于所述导向管20的位置，所述导向管20穿过所述通孔并固定在所述堆芯容器10中。

在一些实施例中，所述安装单元30上设置有至少一个滑动部(图中未示出)，所述支撑部40上设置有多个相互垂直设置的滑轨(图中未示出)，所述滑动部与所述滑轨相配合，以使所述安装单元30可滑动地连接于所述支撑部40上，从而实现各个安装单元30在支撑部40上的移动。

具体地，所述滑轨可以设置在底板41上，另外，多个滑轨之间相互垂直呈网格状地布置在底板41上，从而可以使安装单元30移动至底板41上的任意位置。此外，所述滑动部可以是万向轮，安装单元30底部设置有至少一个万向轮，例如，在安装单元30底部的四个角分别设置一万向轮，所述万向轮可以嵌入到支撑部40上的滑轨中，从而通过万向轮和滑轨的配合，实现安装单元的移动。

进一步地，本实施例中的临界实验装置还包括固定件(图中未示出)，所述固定件设置于所述支撑部40或者所述安装单元30上，用于将所述安装单元30固定于所述支撑部40上。例如，在所述底板41上靠近滑轨的位置设置固定件，或者在安装单元30底部靠近滑动部的位置设置固定件，可以在安装单元30移动至合适的位置后通过固定件将安装单元30固定在该位置，以防止在实验过程中安装单元30的滑动。其中，固定件可以为任意用于固定安装单元30的滑动部的部件，例如，螺栓、挡块等。

如图1所示，在本实施例中，安装单元30包括第一栅格板31、第二栅格板32和支撑柱33。所述第一栅格板31可移动地连接于支撑部40上，例如，在第一栅格板下表面设置滑动部，从而使滑动部与设置于支撑部40上的滑轨相配合，实现第一栅格板31的移动。支撑柱33的两端分别连接于第一栅格板31和第二栅格板32，所述支撑柱33可以用于支撑所述第二栅格板32。所述新燃料元件200安装于所述第一栅格板31和第二栅格板32之间。在其他实施例中，所述新燃料元件200也可以安装于所述第一栅格板31上，并穿过所述第二栅格板32，所述第二栅格板32位于所述新燃料元件200中部靠上的位置。其中，所述第一栅格板31和所述第二栅格板32上设置有多个栅格，各所述新燃料元件200分别设置于所述栅格中。

进一步地，所述第一栅格板31和第二栅格板32上的栅格呈阵列排布，以使所述新燃料元件能够呈阵列排布在第一栅格板31和第二栅格板32上。

本实施例通过第二栅格板32对所述新燃料元件200的限定，可以防止新燃料元件200长度较长时只设置于第一栅格板31上而造成的倾斜。第一栅格板31和第二栅格板32共同实现了新燃料元件的安装和固定。

在其他实施例中，还可以在支撑部40的底板41上固定支撑柱33，并在支撑柱33远离所述底板41的另一端设置连接板，通过支撑柱33支撑所述连接板。并在连接板下表面设置于所述底板41上相同的滑轨。安装单元30包括第一栅格板31和第二栅格板32，第一栅格板31和第二栅格板32上均设置有滑动部，第一栅格板31可移动地连接于所述支撑部40上，同时，第二栅格板32可移动地连接于所述连接板下方，新燃料元件200连接于第一栅格板31和第二栅格板32之间，从而使得安装单元30在连接板和支撑部40之间移动。

在本实施例中，临界实验装置还包括控制棒和/或安全棒(图中未示出)，所述控制棒和/或安全棒设置于所述导向管20与所述安装单元30之间的间隔中，从而可以在不影响乏燃料和新燃料元件的布置的情况下设置控制棒和/或安全棒，使得控制棒和/或安全棒不占用乏燃料或者新燃料元件的空间。

进一步地，所述控制棒和/或安全棒为板状，从而减小控制棒和/或安全棒所占用的空间宽度，使控制棒和/或安全棒更容易布置在导向管20和安装单元30之间的间隙中。并未，本实施例中的控制棒和/或安全棒采用长条状的板状设计，可以在体积一定的情况下，有效地增加吸收体的表面积，从而增加控制棒和/或安全棒的价值。

在本实施例中，所述堆芯容器10可以为罐状容器，例如，不锈钢罐状容器。具体地，所述堆芯容器的上部开口，从而可以将支撑部40、装载有新燃料元件的安装单元30等部件布置在该堆芯容器中，以完成实验装置的搭建以进行临界实验。

采用本发明实施例中的临界实验装置，可以以低富集度的新燃料作为燃料主体，以乏燃料作为实验样品的组合方式，进行临界实验。其中，乏燃料通过导向管这一特殊的屏蔽管道进行暂存，避免了乏燃料的放射性污染，还可模拟乏燃料在水池中的情形。在该装置上可以开展乏燃料临界基准实验、乏燃料反应性测量实验，为乏燃料贮存提供数据支持。

需要说明的是，采用本实施例中的临界实验装置进行临界实验时，需要向堆芯容器10内注入水作为慢化剂。在控制反应性时，可以通过调整水位高度来控制反应性，或者还可以使用控制棒来进行控制。

在设计所述实施例中的临界实验装置时，可以利用蒙特卡洛程序来开展堆芯物理设计工作。可以通过临界质量计算来确定各安装单元中新燃料元件的数量和排布方式，以及多个安装单元的排布方式。另外，还可以利用理论计算软件确定新燃料组件内部新燃料元件的最佳慢化栅距，以节省燃料用量。

以低富集度的UO₂作为新燃料元件为例，通过临界质量计算确定了新燃料元件每9×9根安装于安装单元30，从而构成一个新燃料组件。通过临界质量计算还确定了新燃料组件再按照3×3阵列构成方形栅格排布，在整体栅格板中第二排第二列的新燃料组件空出，在其中布置用于暂存乏燃料样品的导向管20，并且该导向管20顶端封闭，以隔绝乏燃料与新燃料的水环境。

为了模拟乏燃料贮存在水池中时的不同燃料组件间隔，本实施例中的临界实验装置中，新燃料元件按照如图2所示的方式划分为8个新燃料组件，新燃料组件之间可自由移动以此来形成不同的慢化间距。中心位置的乏燃料导向管与周围新燃料组件的间隔里布置有2套安全棒和2套控制棒，其中，控制棒的结构可以为板状。

最后，将所述所有部件布置在不锈钢罐状容器中，该不锈钢罐状容器作为堆芯容器，从而完成了堆芯的布置，以进行临界实验。其中，导向管20的下端口位于所述堆芯容器的下部，从堆芯容器的下方可以进行乏燃料的出入堆操作。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种乏燃料的临界实验装置，其特征在于，包括：

堆芯容器，所述堆芯容器的底部设置有导向孔；

导向管，固定于所述堆芯容器内的所述导向孔处，所述导向管用于放置所述乏燃料，所述导向孔用于为所述乏燃料的输入和输出提供孔道；

多个安装单元，围绕所述导向管呈阵列状设置于所述堆芯容器内，所述安装单元用于安装新燃料元件；

其中，所述导向管的顶端封闭，用于隔离所述新燃料元件的水环境；

各所述安装单元之间可选择性地移动位置；

用于安装新燃料元件的安装单元设置成以3×3的阵列进行排布，将该3×3的阵列的中心位置的单元空出，不设置安装单元，在该位置设置所述导向管，使所述导向管与8个所述安装单元共同形成3×3的阵列；

还包括：支撑部，所述支撑部设置于所述堆芯容器的底部，并且所述支撑部围绕所述导向管设置；

各所述安装单元可移动地连接于所述支撑部；

所述安装单元上设置有至少一个滑动部；

所述支撑部上设置有多个相互垂直设置的滑轨，所述滑动部与所述滑轨相配合，所述安装单元可滑动地连接于所述支撑部上；

所述支撑部包括：

底板，所述滑轨设置于所述底板上；

底板支撑件，所述底板支撑件固定于所述堆芯容器的底部，所述底板连接于所述底板支撑件上；

多个滑轨之间相互垂直呈网格状地布置在所述底板上，使所述安装单元移动至所述底板上的任意位置。

2.如权利要求1所述的临界实验装置，其特征在于，还包括：固定件，所述固定件设置于所述支撑部或者所述安装单元上，用于固定所述安装单元于所述支撑部上。

3.如权利要求1所述的临界实验装置，其特征在于，所述安装单元包括：

第一栅格板，所述第一栅格板可移动地连接于支撑部上；

第二栅格板，所述新燃料元件安装于所述第一栅格板和第二栅格板之间；

支撑柱，连接于所述第一栅格板与所述第二栅格板之间，用于支撑所述第二栅格板。

4.如权利要求1所述的临界实验装置，其特征在于，多个所述新燃料元件呈阵列状排布设置于所述安装单元上。

5.如权利要求1所述的临界实验装置，其特征在于，还包括：

控制棒和/或安全棒，所述控制棒和/或安全棒设置于所述导向管与所述安装单元之间的间隔中。

6.如权利要求5所述的临界实验装置，其特征在于，所述控制棒和/或安全棒为板状。