專利名稱:球床型高溫氣冷堆雙區(qū)堆芯交界面的測(cè)定方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬核反應(yīng)堆領(lǐng)域，尤其涉及球床型高溫氣冷堆雙區(qū)堆芯界面半徑的測(cè)定。
石墨球床和環(huán)形燃料球床之間交界半徑的大小受兩區(qū)頂部裝球速度的影響，如果中心區(qū)石墨球的裝球速度過(guò)快，其交界半徑就大些，反之，中心區(qū)的裝球速度減慢，其交界半徑就縮小。由于石墨的摩擦系數(shù)是隨溫度變化的，在氦氣氣氛下比在空氣氣氛下大得多，即使在雙區(qū)裝球速度不變的條件下，不同氣氛條件和不同運(yùn)行工況下的交界半徑也會(huì)是變的。因此，需要在反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中對(duì)雙區(qū)堆芯交界半徑加以測(cè)定，以調(diào)節(jié)兩區(qū)頂部的裝球速度，保持穩(wěn)定的雙區(qū)界面的半徑和穩(wěn)定的運(yùn)行工況。
球床型高溫氣冷堆雙區(qū)堆芯的概念近幾年隨南非球床模塊式反應(yīng)堆電廠項(xiàng)目的開(kāi)展，才進(jìn)入工程性的研究，至今尚未見(jiàn)到有關(guān)雙區(qū)堆芯界面半徑測(cè)定的文章或?qū)＠?br> 石墨球和燃料球的基體材料均為石墨，直徑同為6cm，不可能用機(jī)械的辦法加以區(qū)分。因此，在堆芯上表面沿雙區(qū)堆芯半徑方向測(cè)量中子通量分布是測(cè)定雙區(qū)堆芯交界半徑的一種可行辦法。由于高溫氣冷堆堆芯處于非常高的運(yùn)行溫度，入口氦氣溫度為250-500℃，出口氦氣溫度為700-950℃，一般的中子探測(cè)器難于承受如此高的工作。
本發(fā)明的方法是利用氣力輸送的方式，將一串探測(cè)小球從輸球管吹送到雙區(qū)球床堆芯的上方，在堆芯內(nèi)經(jīng)中子一定時(shí)間的輻照以后被活化，再利用氣流壓差將探測(cè)小球輸送到堆外，用γ射線測(cè)量裝置對(duì)探測(cè)小球活化的放射性逐個(gè)加以測(cè)量，以此測(cè)定雙區(qū)堆芯徑向的中子通量分布，來(lái)確定雙區(qū)堆芯交界面的半徑。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.可隨時(shí)對(duì)雙區(qū)堆芯的通量分布進(jìn)行輻照測(cè)量，確定雙區(qū)的交界面半徑，通過(guò)雙區(qū)裝球速度的調(diào)節(jié)，保持雙區(qū)穩(wěn)定的幾何布置。
2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修操作方便。
3.可在功率進(jìn)行下進(jìn)行輻照探測(cè)。
輸球管3為一圓管(見(jiàn)
圖1)，左端通過(guò)過(guò)球隔離閥5與輻照段2圓管相連，右端與測(cè)量段4圓管相連，測(cè)量段4圓管外壁有環(huán)形屏蔽套13，屏蔽套13下端設(shè)有準(zhǔn)直通道6，準(zhǔn)直通道6的右端安置γ測(cè)量裝置8，準(zhǔn)直通道6的下部環(huán)繞測(cè)量段4圓管的外壁設(shè)置測(cè)量位移裝置7，測(cè)量段4圓管的下端通過(guò)氣流隔離閥10與高壓氣源11，低壓氣源12相連。
測(cè)量過(guò)程如下打開(kāi)高壓氣源，將探測(cè)小球吹入堆內(nèi)，并利用壓力差將探測(cè)小球壓靠在輻照段2的左端，以保證輻照時(shí)的定位。輻照一定時(shí)間后打開(kāi)低壓氣源，將探測(cè)小球輸出堆外，落在測(cè)量位移機(jī)構(gòu)7上，此時(shí)探測(cè)小球正對(duì)測(cè)量準(zhǔn)直通道6，探測(cè)裝置8即可測(cè)得此探測(cè)小球的放射性活性強(qiáng)度，測(cè)量完畢以后，移動(dòng)測(cè)量位移機(jī)構(gòu)7使另一小球?qū)?zhǔn)測(cè)量準(zhǔn)直通道，即可對(duì)探測(cè)小球逐個(gè)加以測(cè)量，并保證測(cè)量時(shí)的定位。根據(jù)測(cè)定的一串探測(cè)小球的活性強(qiáng)度分布，加以衰變時(shí)間的修正，即可計(jì)算出雙區(qū)堆芯徑向的中子通量分布，來(lái)確定雙區(qū)堆芯界面的半徑。
探測(cè)小球以石墨或氧化鋁為基體材料，其中摻雜了能為中子活化的材料，直徑為10-50mm。
在雙區(qū)堆芯的上方，輻照段2沿直徑方向水平設(shè)置，是耐高溫(允許工作溫度≥500℃)的金屬管。其內(nèi)側(cè)端向中心延伸至少超過(guò)雙區(qū)界面25-50cm，內(nèi)側(cè)端焊接有一端頭，端頭中心開(kāi)有一個(gè)通孔，作為輸送探測(cè)小球的氣流通道。輸球管3穿出反應(yīng)堆壓力殼之外，連接有兩個(gè)過(guò)球隔離閥5，在探測(cè)小球進(jìn)入堆內(nèi)和排出堆外的過(guò)程中，過(guò)球隔離閥開(kāi)啟，可以讓其通過(guò)，否則過(guò)球隔離閥關(guān)閉，起到一回路壓力邊界的第一、第二道安全隔離閥的作用。過(guò)球隔離閥之后的輸球管，向上提升一定的高度之后連接一垂直的輸球管，此提升的高度用于吸收探測(cè)小球在輸送過(guò)程中的動(dòng)能，使探測(cè)小球達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)的速度接近于零，以降低探測(cè)小球落入探測(cè)位置時(shí)的撞擊力。
探測(cè)小球在垂直管內(nèi)從上落入到下部測(cè)量段4的測(cè)量位移機(jī)構(gòu)7的頂部平臺(tái)上，頂部平臺(tái)設(shè)有緩沖裝置，以減少探測(cè)小球落下的撞擊力。在輸球管的尾端連接有進(jìn)氣管9和氣體隔離閥10，用于探測(cè)小球輸入和排出的氣流控制。
為了將探測(cè)小球輸入到堆芯頂部，開(kāi)啟高壓氣流的隔離閥，藉助于高壓氣流的壓力和一回路的壓力之間的壓力差，氣流由高壓氣源進(jìn)入，其氣流形成的壓力差將存放在測(cè)量段中的探測(cè)小球輸入到堆芯上部的輻照段2內(nèi)，氣流從輸球管堆芯端部的氣流通孔排出，并保持一定的氣流量，使探測(cè)小球串壓在端頭頂端，在輻照過(guò)程中保持穩(wěn)定的定位。
輻照完之后，關(guān)閉掉高壓氣流隔離閥，開(kāi)啟低壓氣流隔離閥，低壓氣流的壓力低于一回路壓力，藉助一回路和低壓氣流之間的壓差，將輻照之后的探測(cè)小球串吹出堆外，落入并堆積在測(cè)量段4內(nèi)，測(cè)量段4四周為屏蔽層包圍，對(duì)輻照后活化的探測(cè)小球的γ射線加以屏蔽，降低探測(cè)的本底水平，在中間高度處設(shè)置有一準(zhǔn)直孔道6?；罨綔y(cè)小球產(chǎn)生的γ射線經(jīng)準(zhǔn)直孔道之后進(jìn)入尾端的γ測(cè)量裝置。
初始時(shí)位移機(jī)構(gòu)處于上端部，使測(cè)量段中最下端探測(cè)小球的中心正好對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)直孔道的中心。待一個(gè)探測(cè)小球的放射性活化強(qiáng)度水平測(cè)量完成之后，控制位移機(jī)構(gòu)向下移動(dòng)一個(gè)探測(cè)小球直徑的高度，讓第二個(gè)探測(cè)小球的中心對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)直孔道，依此下去，一直測(cè)量完全部的探測(cè)小球。
活化物質(zhì)的選擇主要考慮(1)中子吸收截面大，(2)半衰期幾分鐘以上，不至于在探測(cè)過(guò)程中活化放射性過(guò)快的衰減。在表1中列出可選擇的主要活化物質(zhì)。
表1.可供選擇的活化物質(zhì)核素 熱中子截面(巴)共振吸收截面(巴) 半衰期In115202 2640 54minEu153390 950 16yrTu18121 590 115dRe185112 1160 90.14hrRe18774 305 17hrAu19799 1558 2.7d
權(quán)利要求
1.一種球床型高溫氣冷堆雙區(qū)堆芯交界面的測(cè)定方法，其特征是利用氣力輸送的方式，將一串探測(cè)小球從輸球管吹送到雙區(qū)球床堆芯的上方，在堆芯內(nèi)經(jīng)中子一定時(shí)間的輻照以后被活化，再利用氣流壓差將探測(cè)小球輸送到堆外，用γ射線測(cè)量裝置對(duì)探測(cè)小球活化的放射性逐個(gè)加以測(cè)量，以此測(cè)定雙區(qū)堆芯徑向的中子通量分布，來(lái)確定雙區(qū)堆芯交界面的半徑。
2.一種球床型高溫氣冷堆雙區(qū)堆芯交界面的測(cè)定裝置，其特征是本裝置由一串探測(cè)小球、輻照段、輸送管、測(cè)量段、過(guò)球隔離閥、進(jìn)氣管、氣流隔離閥、高壓氣源、低壓氣源、測(cè)量位移機(jī)構(gòu)、測(cè)量準(zhǔn)直通道、測(cè)量裝置和屏蔽套等組成，輸球管為一圓管，左端通過(guò)過(guò)球隔離閥與輻照段圓管相連，右端與測(cè)量段圓管相連，測(cè)量段圓管外壁有環(huán)形屏蔽套，屏蔽套下端設(shè)有準(zhǔn)直通道，準(zhǔn)直通道的右端安置γ測(cè)量裝置，準(zhǔn)直通道的下部環(huán)繞測(cè)量段圓管的外壁設(shè)置測(cè)量位移裝置，測(cè)量段圓管的下端通過(guò)氣流隔離閥與高壓氣源，低壓氣源相連。
專利摘要
一種球床型高溫氣冷堆雙區(qū)堆芯交界面的測(cè)定方法及裝置,屬核反應(yīng)堆領(lǐng)域。本發(fā)明是利用氣力輸送的方式,將一串探測(cè)小球從輸球管吹送到雙區(qū)球床堆芯的上方,在堆芯內(nèi)經(jīng)中子一定時(shí)間的輻照以后被活化,再利用氣流壓差將探測(cè)小球輸送到堆外,用γ射線測(cè)量裝置對(duì)探測(cè)小球活化的放射性逐個(gè)加以測(cè)量,以此測(cè)定雙區(qū)堆芯徑向的中子通量分布,來(lái)確定雙區(qū)堆芯交界面的半徑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1.可隨時(shí)對(duì)雙區(qū)堆芯的通量分布進(jìn)行輻照測(cè)量,確定雙區(qū)的交界面半徑,通過(guò)雙區(qū)裝球速度的調(diào)節(jié),保持雙區(qū)穩(wěn)定的幾何布置。2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修操作方便。3.可在功率進(jìn)行下進(jìn)行輻照探測(cè)。
文檔編號(hào)G21C17/00GKCN1384507SQ02121435
公開(kāi)日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2002年6月21日
發(fā)明者吳宗鑫, 張作義, 于溯源, 張振聲 申請(qǐng)人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan