反應(yīng)堆器件輻射損傷的熱處理恢復(fù)技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反應(yīng)堆堆芯內(nèi)器件材料輻射損傷的恢復(fù)技術(shù)，尤其是高燃耗反應(yīng)堆堆芯內(nèi)器件的輻射損傷原位或現(xiàn)場用熱處理方法恢復(fù)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]反應(yīng)堆是一個復(fù)雜的多技術(shù)、多系統(tǒng)集成的大系統(tǒng)?？梢圆捎霉腆w核燃料或液體核燃料，也可以用熱中子或快中子能譜。因此，不同類型的反應(yīng)堆涉及的技術(shù)差異極大。但也存在共性部分。
[0003]反應(yīng)堆堆芯內(nèi)，尤其是快中子反應(yīng)堆堆芯內(nèi)，的工作條件，多是高溫、高腐蝕、高壓和高輻射強度，這對所用材料性能的要求很高，也增加研發(fā)、生產(chǎn)所需材料的難度和使用、更新這些材料的成本。
[0004]快中子會把合金結(jié)構(gòu)材料等中的原子撞離原晶格(如Fe原子的離位閾能約325eV)而留下一個空位，并停留在晶格間隙中形成間隙原子，產(chǎn)生點缺陷。更高能量中子的撞擊會產(chǎn)生級聯(lián)效應(yīng)形成微貧原子區(qū)或無序非晶態(tài)相。達到一定劑量后，過飽和點缺陷會擴散遷移、聚集演化成貧原子區(qū)、微空洞、層錯四面體和位錯環(huán)等缺陷團，稱為輻照缺陷，使合金材料變硬變脆延展性下降，即由晶格損傷造成的脆化。另外快中子與包殼等材料組成元素發(fā)生(η，α)反應(yīng)生成氦He原子逐漸聚集成的He氣泡也使基體晶格畸變增加，包殼等腫脹，脆性增大，成為氦脆。這些是縮短包殼等使用壽命甚至功能失效的主要因素。
[0005]熔鹽堆主容器、核燃料包殼等合金材料，如快堆用的316不銹鋼，在中子輻照下會產(chǎn)生晶體缺陷使材料性能變差并最終失效。包殼使用壽命，成為快堆換料周期長短、甚至先進反應(yīng)堆研發(fā)成敗的決定因素。
[0006]目前，公知的反應(yīng)堆堆芯內(nèi)金屬材料提高抗輻射性能的加固技術(shù)，主要是通過改進材料組成元素、成份及結(jié)晶過程等技術(shù)實現(xiàn)。
[0007]也有實驗室研究,福照的金屬銅、金、銀材料產(chǎn)生空位、間隙原子、Frankel缺陷對等缺陷引起性能變化后，通過退火減少或消除缺陷使其性能得到恢復(fù)的研究報導(dǎo)，退火溫度在600K以下。
[0008]耐高溫、耐腐蝕、耐高壓和耐輻射的適用的長工作壽命材料的研發(fā)，延長反應(yīng)堆堆芯內(nèi)結(jié)構(gòu)材料的使用壽命，是當(dāng)前世界反應(yīng)堆應(yīng)用，尤其是高燃耗先進反應(yīng)堆研發(fā)面臨的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服現(xiàn)有反應(yīng)堆堆芯內(nèi)，尤其是快中子反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的結(jié)構(gòu)材料等使用壽命短，達不到先進反應(yīng)堆研發(fā)要求的不足，本發(fā)明提供一種材料輻射損傷的恢復(fù)技術(shù)，尤其是包殼、熔鹽堆主容器和部件等材料的輻射損傷原位或現(xiàn)場用熱處理方法恢復(fù)的技術(shù)，該技術(shù)不僅能修復(fù)堆芯內(nèi)材料的輻射損傷，而且能原位或現(xiàn)場修復(fù)堆芯內(nèi)材料的輻射損傷，大幅度延長器件在堆芯內(nèi)的使用壽命，降低反應(yīng)堆運行成本和器件更新成本，實現(xiàn)高效益、高效率和高燃耗。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在堆芯內(nèi)輻射損傷材料所處的原位或現(xiàn)場，用熱處理的方法和裝置，減少或消除受輻照材料的輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能。
[0011]具體方法是:
[0012](1)當(dāng)被修復(fù)器件容易從堆芯內(nèi)取出或拆除時，則將這些器件放入現(xiàn)場或附近的熱處理裝置的容器內(nèi)進行熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能。
[0013]例如，修復(fù)固體核燃料元件的包殼輻射損傷的方法是:先從堆芯內(nèi)取出核燃料組件，分拆成燃料元件后，把每個完整的燃料元件分別放入現(xiàn)場或附近的熱處理裝置內(nèi)的專用槽內(nèi)，該專用槽可保持元件的形狀和準(zhǔn)直度等在熱處理過程中不變或其改變量在允許的范圍內(nèi)，進行熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能，再把元件組裝成組件，放回堆芯內(nèi)。至此，整個修復(fù)過程就全部完成。這個過程中處理的元件是高放射性的，需要遙控操作。對堆芯內(nèi)的全部核燃料組件，可分批輪換進行修復(fù)處理。
[0014]其它容易從堆芯內(nèi)取出和拆除器件的輻射損傷修復(fù)過程，視具體器件的材料和要求而有所差別，但與上述修復(fù)過程類似或基本相同。主要差異是加熱溫度的高低、保持該溫度時間的長短和冷卻過程。
[0015]熱處理裝置有可保溫和加壓力的箱體，內(nèi)置耐高溫合金板架，板架用定位桿定位并帶有加熱和測控溫器件，板架兩面都開有可放置整根燃料元件的半圓專用槽，板架的專用槽內(nèi)放置燃料元件后板架疊放加壓，緊固住所有燃料元件，以保持其形狀和準(zhǔn)直度等在熱處理恢復(fù)過程中不變或其改變量在允許的范圍內(nèi)。機械手及其系統(tǒng)的遙控操作，熱處理裝置箱體內(nèi)溫度及其變化模式、壓力及其變化模式、持續(xù)時間，都由該裝置的控制系統(tǒng)遙控實施執(zhí)行。
[0016](2)當(dāng)被修復(fù)器件不容易或無法從堆芯內(nèi)取出和拆除時，則將用專用的熱處理裝置，在非工作狀態(tài)，對這些器件進行原位熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能。
[0017]例如，修復(fù)液體核燃料熔鹽堆的主容器或主容器內(nèi)大型部件輻射損傷的方法是:當(dāng)主容器等的材料受輻射到選定的劑量后，開始修復(fù)其輻射損傷，先排空主容器內(nèi)的熔鹽，使被修復(fù)器件不承受載荷，以減少其在修復(fù)過程中變形和受損的可能，打開并通過主容器壁上的專用通道，把專用熱處理裝置放入主容器內(nèi)，進行熱處理，升高需要修復(fù)主容器等的溫度，直到適合對這些受輻照產(chǎn)生損傷器件的材料的可修復(fù)的溫度，并保持一段適當(dāng)?shù)臅r間，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，使這些材料的輻照損傷恢復(fù)到滿意的程度。部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能。再降低其溫度到適當(dāng)?shù)臏囟然蛘９ぷ鳒囟?。然后，把專用熱處理裝置退回原位置，關(guān)閉主容器壁上的專用通道，整個修復(fù)過程就全部完成。這個過程中處理的主容器內(nèi)是高放射性的，需要遙控操作。
[0018]這樣的修復(fù)過程可進行多次。以延長主容器和其它部件的使用壽命到預(yù)期或需要的值。
[0019]其它不容易從堆芯內(nèi)取出和拆除器件的輻射損傷修復(fù)過程，視具體器件的材料和要求而有所差別，但與上述修復(fù)過程類似或基本相同。主要差異是加熱溫度的高低、保持該溫度時間的長短和冷卻過程。
[0020]用類似的方法，也可在非工作狀態(tài)，原位整體修復(fù)堆芯內(nèi)全部的固體核燃料組件、元件包殼和結(jié)構(gòu)材料的福射損傷。
[0021](3)工作態(tài)原位整體修復(fù)固體核燃料組件元件包殼的輻射損傷。方法是:先使其堆芯從工作或其它狀態(tài)轉(zhuǎn)換到原位修復(fù)包殼輻射損傷的狀態(tài)，用堆芯產(chǎn)生的熱能或衰變余熱，通過調(diào)節(jié)冷卻劑流量，調(diào)整堆芯內(nèi)溫度到預(yù)先選定的值，按修復(fù)需要保持設(shè)定的時間，進行熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能，再按要求降低溫度到正常狀態(tài)。至此，整個修復(fù)過程就全部完成。
[0022]采用這種原位修復(fù)方法，需要在反應(yīng)堆設(shè)計建造時，預(yù)先調(diào)整堆芯內(nèi)設(shè)計，以滿足該方法的特殊要求。例如，為了保持元件的形狀和準(zhǔn)直度等在熱處理過程中不變或其改變量在允許的范圍內(nèi)，需要增加組件中間格架的數(shù)量到設(shè)定值。堆芯內(nèi)其它材料，應(yīng)能設(shè)計成為可承受這種原位修復(fù)方法引起的溫度變化，即產(chǎn)生的變化不大或能自然復(fù)原。做到，引起的變形可接受且損傷修復(fù)的程度可接受。
[0023]這種修復(fù)方法的停堆時間短，效率高。也可不用堆芯自身產(chǎn)生的熱量，排出冷卻劑，再原位整體修復(fù)，但需要另外加熱和相應(yīng)的加熱裝置。在設(shè)計時應(yīng)一并考慮。