一種可與中子源耦合的安全多功能快中子零功率裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可與中子源耦合的安全多功能快中子零功率裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明主要是提出一種可與中子源耦合的安全多功能快中子零功率裝置設(shè)計(jì)方案，主要在于采用多樣性的反應(yīng)性控制系統(tǒng)確保裝置更高安全性的同時(shí)，在保證裝置具有靈活模擬堆芯布置功能的要求下，實(shí)現(xiàn)裝置本體與反應(yīng)性控制系統(tǒng)、堆芯結(jié)構(gòu)、中子源的耦合集成問題。
[0003]由足夠易裂變核材料與其它材料組成，能維持可控鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)，在很低功率水平下運(yùn)行的裝置，也叫零功率實(shí)驗(yàn)裝置。主要應(yīng)用于核反應(yīng)堆工程領(lǐng)域，用以開展校驗(yàn)物理計(jì)算程序、工程模擬驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)等研宄。零功率裝置設(shè)計(jì)建造與實(shí)驗(yàn)研宄等相關(guān)工作，在國內(nèi)外已取得諸多研宄成果。零功率裝置有很多種類型。按照中子能量水平可劃分為熱中子零工率裝置和快中子零功率裝置。在臨界裝置設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)行過程中，安全性至關(guān)重要。另外，作為臨界實(shí)驗(yàn)裝置，其可模擬堆芯的多樣性以及實(shí)驗(yàn)操作靈活性是其重要指標(biāo)。
[0004]熱中子零功率裝置如鈾水臨界裝置、微堆零功率裝置、DF-U DF-2、DF_3、HW-U101-2重水零功率堆等，絕大多數(shù)以水或重水作慢化劑，水、重水、石墨作為反射層材料，此類裝置可通過排出液體(水或重水)來實(shí)現(xiàn)停堆保護(hù)。此外還設(shè)有或部分設(shè)有控制棒及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、可燃毒物等來實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)性的控制。對于快中子零功率裝置，如國內(nèi)的DF-6，國外的MASURCA、BFS、ZEBRA, VENUS-F等裝置，均采用固態(tài)模擬冷卻劑及固態(tài)反射層等的結(jié)構(gòu)形式，此類裝置不能采用排出堆內(nèi)液體慢化劑或反射層材料的方式來實(shí)現(xiàn)停堆保護(hù)。同時(shí)，考慮模擬外源驅(qū)動(dòng)次臨界實(shí)驗(yàn)的需要，會(huì)引入外中子源(加速器型D-T中子源、散裂中子源等)相關(guān)結(jié)構(gòu)，這對裝置的耦合集成設(shè)計(jì)加大難度，另外針對快中子零功率裝置的特性，保證裝置安全性和模擬堆芯布置靈活性上帶來更多新的挑戰(zhàn)。本專利旨在針對采用固態(tài)反射層材料，可以與外中子源尤其是加速器中子源耦合的快中子零功率裝置相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)的主要代表案例為DF-V1、MASURCA、VENUS-F裝置。DF-VI裝置的側(cè)反射層為厚度300mm的鑄鐵，一定程度上限制了該裝置實(shí)驗(yàn)?zāi)M堆芯布置的靈活性和擴(kuò)展性。在反應(yīng)性控制系統(tǒng)方面，包含兩根安全棒、兩根調(diào)節(jié)棒及安全塊，安全棒起到停堆功能，在進(jìn)行安全棒價(jià)值相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，其要同時(shí)起到停堆功能，盡管另可利用安全塊停堆，但停堆安全性欠佳，而且兩根安全棒和兩根調(diào)節(jié)棒的布置位置固定為四個(gè)控制棒導(dǎo)孔位置，此外還需要單獨(dú)開設(shè)若干測量與監(jiān)測孔道，這些孔道位置相對固定，不便于探測器的任意布置，限制了堆芯布置的靈活性。MASURCA裝置反應(yīng)堆容器高26米，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及構(gòu)筑物較龐大復(fù)雜，該裝置反應(yīng)性控制系統(tǒng)方面，為確保反應(yīng)堆運(yùn)行和布置時(shí)的安全，根據(jù)模擬堆芯的大小，配有4?8根安全棒，而為了調(diào)節(jié)反應(yīng)性，便于裝置達(dá)到臨界或調(diào)整功率，設(shè)有調(diào)節(jié)棒。未設(shè)置多樣性的安全停堆系統(tǒng)，同時(shí)此4?8根安全棒及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅起到停堆功能，實(shí)驗(yàn)?zāi)M堆芯實(shí)際控制棒個(gè)數(shù)及布置是無法實(shí)現(xiàn)的。
[0006]VENUS-F裝置側(cè)面和底部為固定的鉛反射層，同時(shí)，設(shè)有6套帶有燃料跟隨體的安全棒及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及2套控制棒及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，沒有其它獨(dú)立且不同原理的停堆系統(tǒng)，同時(shí)不能夠?qū)嶒?yàn)?zāi)M實(shí)際控制棒個(gè)數(shù)及布置的堆芯物理及工程驗(yàn)證試驗(yàn)，而且這些安全棒位置固定，其布設(shè)局限性以及固定的側(cè)反射層及底部反射層方面局限，限定了整個(gè)堆芯布置及探測器布設(shè)的靈活性，同時(shí)裝置本身的安全性欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可與中子源耦合的安全多功能快中子零功率裝置。所述裝置的最大特點(diǎn)在于保證具有多樣性安全停堆保護(hù)功能基礎(chǔ)上，亦即保證裝置具有更好安全性能的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)及堆芯布置的靈活性，并解決包括外中子源在內(nèi)的裝置本體與諸多系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的耦合問題。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種可與中子源耦合的安全多功能快中子零功率裝置該零功率裝置，包含以下子系統(tǒng)及部件:組件、組件導(dǎo)向殼、堆芯結(jié)構(gòu)、下柵板、堆芯圍板、堆容器、堆頂臺(tái)架及輔助支撐結(jié)構(gòu)、支承系統(tǒng)、專設(shè)安全停堆系統(tǒng)、反應(yīng)堆解體停堆系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)用控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、儀控與核測量系統(tǒng)、輔助配套系統(tǒng)；其中，堆芯結(jié)構(gòu)由多個(gè)組件及組件導(dǎo)向殼組成，堆芯結(jié)構(gòu)安裝于下柵板上，并通過堆芯圍板來限定堆芯結(jié)構(gòu)的外輪廓；堆芯結(jié)構(gòu)、下柵板、堆芯圍板安置在堆容器內(nèi)，堆容器和堆頂臺(tái)架及輔助支撐結(jié)構(gòu)由支承系統(tǒng)進(jìn)行支承固定；專設(shè)安全停堆系統(tǒng)通過堆頂臺(tái)架及輔助支撐結(jié)構(gòu)安置于堆芯結(jié)構(gòu)上方及內(nèi)部；反應(yīng)堆解體停堆系統(tǒng)的解體停堆驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)置于堆容器的下方，與反應(yīng)堆解體停堆系統(tǒng)的組件下落解體部件相連，儀控與核測量系統(tǒng)為專設(shè)安全停堆系統(tǒng)、反應(yīng)堆解體停堆系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)用控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供測量和控制，儀控與核測量系統(tǒng)的探測器、核測量裝置安置于堆芯結(jié)構(gòu)的組件內(nèi)，輔助配套系統(tǒng)為輔助實(shí)現(xiàn)裝置的裝換料實(shí)驗(yàn)操作。
[0009]其中，專設(shè)安全停堆系統(tǒng)、反應(yīng)堆解體停堆系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)用控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及另設(shè)冗余安全保護(hù)措施構(gòu)成所述裝置的反應(yīng)性控制系統(tǒng)。
[0010]其中，實(shí)驗(yàn)用控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)用控制棒組件能夠靈活布置于堆芯結(jié)構(gòu)的絕大部分區(qū)域，所述實(shí)驗(yàn)用控制棒組件導(dǎo)向殼與燃料組件的橫截面尺寸一致，能夠同燃料組件一樣，靈活布置于堆芯結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0011]其中，中子源組件安裝于組件下落解體部件中心位置處，可選的，能夠?qū)⒅凶釉唇M件取出，實(shí)現(xiàn)靶與堆芯結(jié)構(gòu)的耦合。另外，所述裝置設(shè)計(jì)有特制的中子源組件，將中子管安裝于特制組件外殼中，或者更換成可與加速器型中子源耦合的特制組件，以實(shí)現(xiàn)與加速器中子源的耦合，變更靈活，耦合方便。
[0012]其中，裝置本體由堆容器、堆芯結(jié)構(gòu)、下柵板、堆芯圍板、組件下落解體部件、堆頂臺(tái)架及輔助支承結(jié)構(gòu)組成。堆容器采用立式圓形容器，由容器套筒和容器底板構(gòu)成，采用可靈活拆卸和安裝的螺栓連接方式，堆芯結(jié)構(gòu)由燃料組件、反射層組件、控制棒組件、測量儀表組件、中子源組件、組件導(dǎo)向殼及其它相關(guān)構(gòu)件構(gòu)成。這些組件絕大部分通過在統(tǒng)一規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)組件外殼內(nèi)填充相應(yīng)材料或結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。堆芯圍板與堆芯結(jié)構(gòu)外圍輪廓一致，保證堆芯結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性。下柵板為開有若干組件定位與安裝孔的圓板，其一側(cè)設(shè)有支承肋條，支承肋條與容器底板進(jìn)行接觸，以便于保證組件安裝的穩(wěn)定性。組件下落解體部件有內(nèi)圈若干組件，通過兩端的上部固定板和底部安裝板連接為一個(gè)整體，底部安裝板與解體停堆驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，以實(shí)現(xiàn)停堆部件功能。
[0013]其中，反應(yīng)性控制系統(tǒng)包括專設(shè)安全停堆系統(tǒng)、反應(yīng)堆解體停堆系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)用控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及冗余安全保護(hù)措施。與裝置本體耦合的外中子源有兩種:中子管、加速器型中子源。
[0014]其中，所述裝置的專設(shè)安全停堆系統(tǒng)設(shè)有3組專設(shè)安全棒組件及專設(shè)安全棒組件導(dǎo)向殼，各自配有專設(shè)安全棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，共同構(gòu)成第一停堆系統(tǒng)，專設(shè)安全棒組件上端為吸收體，下端與燃料組件一致。裝置正常運(yùn)行時(shí)，專設(shè)安全棒組件完全提起，跟隨體處于堆芯活性區(qū)，可以保證堆芯布置與待測布置一致；當(dāng)需要保護(hù)停堆時(shí)，安全棒下落，吸收體處于堆芯活性區(qū)，可以引入大的負(fù)反應(yīng)性，保證所述裝置安全停堆。專設(shè)安全棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用鋼絲滑輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用鋼絲滑輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足反應(yīng)性控制和停堆的需求，結(jié)構(gòu)簡單，易安裝、靈活性好、安全可靠性高。
[0015]其中，所述裝置中心處組件下落解體部件，由容器底板下部的解體停堆驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制，共同構(gòu)成第二套停堆系統(tǒng)。緊急狀況下，解體停堆驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)做出反應(yīng)，組件下落解體部件迅速下落，實(shí)現(xiàn)緊急停堆。解體停堆驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求動(dòng)作迅速，承重較大，采用液壓傳動(dòng)方式。
[0016]其中，所述裝置的反應(yīng)性控制系統(tǒng)還包括實(shí)驗(yàn)用控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)用控制棒組件可用于模擬不同堆芯布置的控制棒價(jià)值、反應(yīng)性測量等實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也可采用不同的驅(qū)動(dòng)方式，以達(dá)到驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的目的。保證實(shí)驗(yàn)靈活性，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)停堆功能，但不依靠此系統(tǒng)作為停堆系統(tǒng)，只是在極端情況下提供冗余保護(hù)。
[0017]其中，所述裝置的儀控與核測量系統(tǒng)相關(guān)的探測器、電離室等可靈活布置于標(biāo)準(zhǔn)組件外殼內(nèi)構(gòu)成堆芯儀表組件，可遍布堆芯各個(gè)位置。同時(shí)，對于需要進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的堆芯儀表組件，可通過冗余的鋼絲滑輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0019](I)、該技術(shù)方案重點(diǎn)解決兩方面問題，一是采用多樣性的反應(yīng)性控制系統(tǒng)，在確保安全情況下，具有模擬實(shí)際堆芯布置的靈活性問題。二是保證實(shí)驗(yàn)靈活性和安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)裝置本體與反應(yīng)性控制系統(tǒng)及中子源組件等的耦合。
[0020](2)、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于所述裝置采用多樣性的反