本發(fā)明涉及核燃料后處理廠溶解器的臨界安全控制技術(shù)，具體涉及一種環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法。

背景技術(shù)：
乏燃料后處理是閉合核燃料循環(huán)的重要階段，工藝過程主要包括首端處理、化學(xué)分離和鈾、钚尾端。其中首端處理主要是對(duì)乏燃料組件進(jìn)行切割、溶解、過濾、調(diào)料，為化學(xué)分離做準(zhǔn)備。溶解器是后處理廠首端處理的一個(gè)關(guān)鍵工藝設(shè)備，其主要功能是溶解剪切成短段的乏燃料。目前國(guó)內(nèi)使用的批式溶解器能夠處理初始235U富集度3.3wt％、最高燃耗33000MWd/tU的動(dòng)力堆乏燃料組件，處理量較小。在剪切過程中有剩余乏燃料組件殘段懸掛于剪切熱室中的情況出現(xiàn)，剩余的乏燃料組件殘段作為一個(gè)強(qiáng)輻射源，不僅會(huì)使剪切機(jī)精密部件、氣路管道、電纜等產(chǎn)生輻照損傷，意外跌落到溶解器增加投料量從而影響臨界安全，增加放射性氣體或氣溶膠的釋放從而影響通風(fēng)系統(tǒng)，還影響剪切熱室的相關(guān)操作，如熱室檢修、吊籃轉(zhuǎn)移和包殼傾倒等。為解決上述問題，需要在現(xiàn)有溶解器的基礎(chǔ)上進(jìn)行放大設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)溶解器每批的處理能力為一次完成一個(gè)乏燃料組件的溶解過程。將批式溶解器放大設(shè)計(jì)，不可避免地要增加溶解管的直徑，放大形成的批式溶解器，將不再具有幾何臨界安全性能。此外，為了處理更高初始富集度的核燃料組件，如初始235U富集度提高到4.45wt％甚至更高，核臨界安全問題也必須重新進(jìn)行分析和研究，并選擇可靠的臨界安全控制手段來確保溶解器運(yùn)行過程中始終處于次臨界安全狀態(tài)，這是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，降低后處理廠關(guān)鍵工藝設(shè)備溶解器的系統(tǒng)反應(yīng)性，在保證臨界安全的前提下，有效增加溶解器的橫截面積和裝量。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，包括置于溶解器壁內(nèi)溶解液中的大吊籃，在所述大吊籃內(nèi)設(shè)有固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)，所述的固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)包括環(huán)狀的中子毒物層，中子毒物層的內(nèi)、外兩側(cè)分別設(shè)有毒物外包殼和毒物內(nèi)包殼，毒物內(nèi)包殼內(nèi)部設(shè)有中子慢化材料。進(jìn)一步，如上所述的環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，其中，所述的中子慢化材料中心開孔，并且孔壁用包殼封裝。進(jìn)一步，如上所述的環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，其中，在溶解器壁外側(cè)設(shè)置毒物反射層。進(jìn)一步，如上所述的環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，其中，所述中子毒物層為含較大中子吸收截面核素的物質(zhì)，所述核素包括釓、硼、銀、銦、鎘、鉿、鉭、銪等。進(jìn)一步，如上所述的環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，其中，所述的中子慢化材料包括氫、碳的單質(zhì)或化合物。進(jìn)一步，如上所述的環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，其中，所述的固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)在高度方向上覆蓋整個(gè)大吊籃。進(jìn)一步，如上所述的環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，其中，所述的大吊籃壁上設(shè)有若干供溶液穿過的微孔。本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明所提供的環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，中子毒物采用環(huán)狀薄層結(jié)構(gòu)，使用包殼進(jìn)行封裝，保護(hù)毒物材料的結(jié)構(gòu)，防止溶液的腐蝕。在中子毒物區(qū)域中心位置布置慢化劑材料，提高毒物吸收中子的效果。毒物區(qū)域布置在容器中心，與容器壁面組成環(huán)狀容器。容器壁外布置一定厚度的毒物反射層，去掉外壁慢化劑反射的可能，進(jìn)一步提高處理量。本發(fā)明的環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器的臨界安全控制方法,提高了后處理廠關(guān)鍵工藝設(shè)備溶解器的橫截面積和裝量，可以解決后處理廠關(guān)鍵的臨界安全控制問題。附圖說明圖1為固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為中心開孔的固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3-1為固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)在溶解器中的縱向截面示意圖；圖3-2為固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)在溶解器中的橫向截面示意圖。圖中，1.毒物外包殼2.中子毒物層3.毒物內(nèi)包殼4.中子慢化材料5.孔壁包殼6.中心開孔7.溶解液8.大吊籃9.溶解器壁10.毒物反射層具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明提供的溶解器包括置于溶解器壁內(nèi)溶解液中的大吊籃，在大吊籃內(nèi)設(shè)有固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)，固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)包括環(huán)狀的中子毒物層和慢化材料，并用包殼封裝和分隔，環(huán)狀固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)布置在大吊籃中心位置，從而達(dá)到控制臨界安全的目的。圖1為固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖，中子毒物層2為環(huán)形層狀構(gòu)造，內(nèi)外分別有包殼封裝和分隔，毒物內(nèi)包殼3內(nèi)為中子慢化材料4。中子毒物層2可以是含中子吸收截面較大核素的物質(zhì)，如釓、硼、銀、銦、鎘、鉿、鉭、銪等核素的單質(zhì)或化合物。毒物外包殼1和內(nèi)包殼3為具有一定硬度、耐溶解液7腐蝕的結(jié)構(gòu)材料，如各種不銹鋼、鈦合金以及其它可用合金等材料，用于保證中子毒物層2的完整性和幾何結(jié)構(gòu)。中子慢化材料4應(yīng)為具有較強(qiáng)中子慢化能力的材料，如氫、碳等核素的單質(zhì)或化合物。因?yàn)橐话銇碚f中子毒物層2材料熱中子的吸收截面大，對(duì)快中子吸收截面小，對(duì)穿過中子毒物層2的快中子，使其能夠在中子慢化材料4中得到足夠慢化，成為熱中子，再被中子毒物層2進(jìn)一步吸收，最大程度上提高中子毒物層2吸收中子的效果。中子毒物層2的厚度可通過優(yōu)化分析，使該布置控制系統(tǒng)反應(yīng)性的效果最佳。圖2為中心開孔的固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖，該種布置在圖1所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在中子慢化材料的中心開孔6，并用包殼5封裝，開孔中用于布置測(cè)量裝置或其他結(jié)構(gòu)。包殼5同樣為具有一定硬度、耐腐蝕的結(jié)構(gòu)材料，如各種不銹鋼、鈦合金以及其它可用合金等材料，用于保證慢化材料4的完整性和幾何結(jié)構(gòu)。在中子慢化材料4布置充分的情況下，該種布置還能在維持反應(yīng)性控制效果不受影響的情況下，節(jié)約中子慢化材料4的用量。圖3-1為固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)在溶解器中布置的縱向截面圖，圖3-2為固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)在溶解器中布置的橫截面圖。正常運(yùn)行時(shí)，被剪切機(jī)剪切成短段的核燃料經(jīng)斜溜槽進(jìn)入大吊籃內(nèi)，在其中的硝酸溶解中進(jìn)行溶解，形成溶解液。大吊籃8壁上開有一定數(shù)目的供溶液穿過的微孔，與溶解器壁9內(nèi)的溶液進(jìn)行物質(zhì)和能量交換。固體中子毒物分區(qū)結(jié)構(gòu)布置在大吊籃壁的中心區(qū)域，高度方向上覆蓋整個(gè)大吊籃，構(gòu)成環(huán)形的溶解液7空間。這種布置方式雖然可能帶來燃料偏心布置、毒物包殼受核燃料短段沖擊的問題，但能夠有效增大溶解液7的橫截面面積，在保持溶解器高度不變的情況下即可提高處理。而燃料偏心布置、毒物包殼受核燃料短段沖擊的問題可以通過布置分料結(jié)構(gòu)、增加包殼厚度和硬度等方法予以克服。在溶解器壁9外布置一定厚度的毒物反射層10，如含硼混凝土等，去掉外壁慢化劑反射的可能，進(jìn)一步提高處理量。本發(fā)明的固體中子毒物分區(qū)布置的溶解器臨界安全控制方法，可以有效解決大容量批式溶解器臨界安全控制問題，提高后處理廠關(guān)鍵工藝設(shè)備溶解器的處理量。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。