一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107230503A(43)申请公布日2017.10.03(21)申请号201610174971.7(22)申请日2016.03.25(71)申请人华北电力大学地址102206北京市昌平区回龙观北农路2号(72)发明人刘军黄美孙凯丽刘冉汤建楠赵媛媛(51)Int.Cl.G21C11/00(2006.01)G21C15/02(2006.01)G21F1/02(2006.01)G21F1/06(2006.01)G21F3/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图6页(54)发明名称一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构(57)摘要本发明属于快中子反应堆屏蔽技术领域，特别涉及一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构设计。该屏蔽组件在保留六角形外套管的基础上，内部自下往上填充屏蔽元件球，简化了原有屏蔽元件棒端塞、空腔、压紧弹簧、绕丝的设计，同时提升屏蔽组件屏蔽中子及γ射线辐射的性能。屏蔽元件球的两层陶瓷材料设计确保了屏蔽组件在运行期间的完整性与可靠性，内层疏松的热解碳陶瓷材料为辐射活化产物提供存储空间，吸收碳化硼屏蔽材料因辐射引起的肿胀，并缓冲由温度及辐照引起的应力；外层致密且各向同性的热解碳陶瓷材料则提供第二层保护，避免内层疏松的热解碳陶瓷材料层受到机械损害，进一步提高屏蔽元件球的安全性。CN107230503ACN107230503A权利要求书1/1页1.一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，屏蔽组件在保留六角形外套管的基础上，内部自下往上填充屏蔽元件球，屏蔽元件球由致密且各项同性的热解碳、疏松热解碳两层难熔的陶瓷材料包裹碳化硼核芯构成。2.根据权利要求1所述的一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，所述的屏蔽元件球的直径R大小及屏蔽元件球的个数可根据反应堆的功率大小、辐照水平及屏蔽组件所需的冷却作用进行调整。3.根据权利要求1所述的一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，所述的屏蔽元件球的最外层包壳材料可使用致密且各向同性的热解碳陶瓷料或其他具有优良机械性能的材料。4.根据权利要求1所述的一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，所述的疏松热解碳陶瓷材料包裹层的厚度L1可根据屏蔽元件球碳化硼核芯在换料周期内放出的放射性气体体积进行调整。5.致密热解碳包壳层的厚度L2可根据传热性能的要求进行调整，根据权利要求1所述的一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，所述的屏蔽元件球的屏蔽材料可使用碳化硼、碳化硼复合材料或其他具有优良屏蔽性能的材料。6.根据权利要求1所述的一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，所述的屏蔽组件套管内的屏蔽元件球为自下往上进行堆叠，或通过隔架将每层屏蔽元件球进行分隔。7.根据权利要求1所述的一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，所述填充的屏蔽元件球的外围区域的有不锈钢支撑棒或不锈钢金属网进行径向固定。8.根据权利要求1所述的一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，所述的屏蔽组件内填充的屏蔽元件球的直径大小种类为一个以上。9.根据权利要求1所述的一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，所述的屏蔽元件球所包裹的屏蔽材料碳化硼的密度为2.2g/cm3,可根据反应堆的功率大小使用不同浓缩度10B同位素的碳化硼。10.根据权利要求3所述的一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构，其特征在于，所述的屏蔽组件外套管的上下两端有栅格板对屏蔽元件球进行轴向的固定。2CN107230503A说明书1/3页一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构技术领域[0001]反应堆快中子屏蔽技术领域，特别涉及一种具有高效屏蔽性能的屏蔽组件结构设计。背景技术[0002]核反应堆中存在多种辐射，而大多数辐射对于设备的材料是有害的，产生辐照损伤会使得设备材料的性能发生改变，影响反应堆的正常运行。其中中子及γ射线的辐照是导致反应堆材料辐照损伤的主要原因，为了防止堆内结构材料受到过度的辐照损伤和保护反应堆容器本身，快中子反应堆需要在堆芯外围布置屏蔽组件进行轴向屏蔽。[0003]现有技术中，快堆屏蔽组件主要采用了屏蔽元件棒的设计，屏蔽元件棒呈正三角形排列，径向采用绕丝定位，轴向采用导轨式格栅定位。单根屏蔽棒由上端塞、包壳管、气腔、压紧弹簧、碳化硼芯块、下端塞及绕丝组成。上述方式存在以下不足之处：（1）由于屏蔽组件屏蔽棒中的端塞、气腔、压紧弹簧占据一定的体积，使得屏蔽组件在端塞、气腔、压紧弹簧所在的高度对于快中子及γ射线的屏蔽效果减弱，从而使同一高度的反应堆容器受到的辐射增加，不利于反应堆容器长寿命的使用；（2）屏蔽组件长期处于高辐照及高温高压的恶劣环境下，屏蔽元件棒内的碳化硼芯块容易与包壳发生接触，使包壳产生径向形变