本發(fā)明的實施例涉及一種用于加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)和具有該換料系統(tǒng)的加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆。

背景技術(shù)：

加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)(acceleratordrivensub-criticalsystem，簡稱ads)主要由加速器、重核散裂靶及次臨界反應(yīng)堆構(gòu)成，其原理是利用加速器產(chǎn)生的高能強(qiáng)流質(zhì)子束流轟擊重核散裂靶，產(chǎn)生寬能譜、中高通量中子作為外源來驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆中的裂變材料發(fā)生持續(xù)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使得長壽命高反射性核素最終變?yōu)榉欠派湫曰蛘叨虊勖姆派湫院怂?，并維持反應(yīng)堆運行，是提高核燃料利用率，減少高放廢物地質(zhì)積存量的有效技術(shù)手段之一。次臨界反應(yīng)堆是ads系統(tǒng)的重要組成部分，其冷卻劑為液態(tài)共晶金屬鉛鉍(lbe)。

ads次臨界反應(yīng)堆不具備自持的鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)的能力，必須依靠外源中子的驅(qū)動。在ads中，如果加速器質(zhì)子束流切斷，散裂靶的散列裂反應(yīng)停止，反應(yīng)堆堆芯中的中子隨著時間越來越少，核反應(yīng)自動停止，具有物理上的固有安全性。

ads次臨界反應(yīng)堆因為需要外源驅(qū)動，其功率的升降和控制完全由加速器的質(zhì)子束流進(jìn)行控制，同臨界反應(yīng)堆相比，不需要控制棒及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

ads次臨界反應(yīng)堆由于需要外源驅(qū)動，需要從堆芯到反應(yīng)堆頂蓋的旋塞上留出加速器質(zhì)子束流與散裂靶的接口，而其它的液態(tài)金屬反應(yīng)堆(如鉛冷快堆或者鈉冷快堆)不存在該結(jié)構(gòu)；

目前液態(tài)金屬反應(yīng)堆以池式反應(yīng)堆為主，相比回路式，池式反應(yīng)堆冷卻劑裝量大。對于ads反應(yīng)堆而言，鉛鉍密度大、價格昂貴，大裝量的鉛鉍影響反應(yīng)堆的抗震性能；增加建造成本，因此設(shè)計更加緊湊，冷卻劑裝量更小的反應(yīng)堆是其發(fā)展方向之一。根據(jù)ads次臨界反應(yīng)堆的特性，反應(yīng)堆的鉛鉍裝量主要由反應(yīng)堆頂蓋結(jié)構(gòu)及堆內(nèi)構(gòu)件及堆芯尺寸所決定，而堆內(nèi)構(gòu)件和堆芯尺寸可降低的空間很小，更加緊湊的堆頂結(jié)構(gòu)或者說更加緊湊的換料機(jī)構(gòu)是減少冷卻劑裝量的關(guān)鍵。

目前液態(tài)金屬反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)多采用大小旋塞配合的多旋塞換料系統(tǒng)。小旋塞一般都安裝在大旋塞上，并偏心布置，由于小旋塞要圓周掃掠進(jìn)行換料，使得大旋塞尺寸大于堆芯尺寸，使換料系統(tǒng)占用大量堆頂空間，不利于反應(yīng)堆的緊湊化設(shè)計。ads次臨界反應(yīng)堆沒有控制棒及其驅(qū)動系統(tǒng)，換料過程中可不更換束流與散裂靶接口。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例的目的是提供一種用于加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)和具有該換料系統(tǒng)的加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆，由此例如簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的實施例提供了一種用于加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)，包括：安裝在反應(yīng)堆頂蓋上且能夠旋轉(zhuǎn)的旋塞；換料機(jī)，換料機(jī)包括旋桿，與旋桿的下端連接的懸臂以及與懸臂的遠(yuǎn)離旋桿的端部連接的換料抓頭，旋桿安裝在旋塞上且能夠繞自身軸線旋轉(zhuǎn)并且能夠上下運動。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，旋塞與反應(yīng)堆頂蓋同心，且換料機(jī)的旋桿與旋塞偏心。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，換料系統(tǒng)還包括：束流與散裂靶接口，束流與散裂靶接口穿過旋塞中心并同旋塞同軸。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，旋塞能夠轉(zhuǎn)動，具有圓盤狀形狀，并且具有兩個通孔，旋桿穿過兩個通孔中的一個，束流與散裂靶接口穿過兩個通孔中的另一個，旋塞能夠繞束流與散裂靶接口進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，旋塞的外徑小于等于堆芯的外徑，換料機(jī)的換料抓頭的最大掃掠抓取范圍大于堆芯的外徑。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，換料機(jī)還包括傳動機(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)集成在旋桿和懸臂內(nèi)，用于使換料抓頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和抓取動作。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，懸臂大致水平延伸，并且旋桿大致豎直延伸。

本發(fā)明的實施例提供了一種加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆，該加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆包括：上述的換料系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊并且采用根據(jù)本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)，換料操作更加簡便。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的換料系統(tǒng)的示意俯視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的換料系統(tǒng)的示意正視圖；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的換料機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

參見圖1至3，根據(jù)本發(fā)明實施例的一種加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆包括換料系統(tǒng)。

參見圖1至3，根據(jù)本發(fā)明實施例的用于加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)包括：安裝在反應(yīng)堆頂蓋5上且能夠旋轉(zhuǎn)的旋塞2；換料機(jī)1，換料機(jī)1包括旋桿8，與旋桿8的下端連接的懸臂7以及與懸臂7的遠(yuǎn)離旋桿8的端部連接的換料抓頭6，旋桿8安裝在旋塞2上且能夠繞自身軸線旋轉(zhuǎn)并且能夠上下運動。懸臂7大致水平延伸，并且旋桿8大致豎直延伸。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，旋塞2與反應(yīng)堆頂蓋5同心，且換料機(jī)1的旋桿8與旋塞2偏心。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，換料系統(tǒng)還包括：束流與散裂靶接口4，束流與散裂靶接口4穿過旋塞2的中心并同旋塞2同軸設(shè)置。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，旋塞2能夠轉(zhuǎn)動，具有圓盤狀形狀，并且具有兩個通孔，旋桿8穿過兩個通孔中的一個，束流與散裂靶接口4穿過兩個通孔中的另一個，旋塞2能夠繞束流與散裂靶接口4進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，旋塞2的外徑小于或等于堆芯3的外徑，換料機(jī)1的換料抓頭6的最大掃掠抓取范圍大于堆芯3的外徑。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，換料機(jī)1還包括傳動機(jī)構(gòu)9，傳動機(jī)構(gòu)9集成在旋桿8和懸臂7內(nèi)，用于使換料抓頭6進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和抓取動作。旋桿8和懸臂7是空心結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)腔，傳動機(jī)構(gòu)9設(shè)置在該內(nèi)腔中。

如圖1所示，在本發(fā)明的一個示例中，換料系統(tǒng)包括換料機(jī)1、旋塞2以及束流與散裂靶接口4。旋塞2安裝在反應(yīng)堆頂蓋5上，與反應(yīng)堆頂蓋5同心，換料機(jī)1安裝在旋塞2上，并與旋塞2偏心布置，束流與散裂靶接口穿過旋塞2中心并同旋塞2同軸；加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆進(jìn)行換料操作時，旋塞2繞束流與散裂靶接口4轉(zhuǎn)動(即繞軸線a-a軸轉(zhuǎn)動，見圖2)，帶動換料機(jī)1運動，同時換料機(jī)1繞自身軸線(b-b，見圖2)轉(zhuǎn)動進(jìn)行扇形掃掠，旋塞2和換料機(jī)1的耦合聯(lián)動使得換料機(jī)抓頭6對準(zhǔn)反應(yīng)堆堆芯3的任一組件，通過集成在換料機(jī)1內(nèi)的傳動機(jī)構(gòu)9實現(xiàn)抓頭6繞自身軸線(c-c軸，見圖2、圖3)轉(zhuǎn)動并進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對燃料組的精確定位并抓取燃料組件，進(jìn)行反應(yīng)堆的換料操作。

如圖2所示，在本發(fā)明的一個示例中，旋塞2為圓盤狀結(jié)構(gòu)，其上開有2個通孔，其一用于換料機(jī)1的安裝、布置以及換料機(jī)1或旋桿8的轉(zhuǎn)動和上下運動的導(dǎo)向(其軸線為b-b軸)，其二用于束流與散裂靶接口4的安裝與布置(其軸線為a-a軸)。

如圖1和圖2所示，旋塞2的外徑可以小于等于堆芯3的外徑，換料機(jī)1的懸臂7的末端的換料抓頭6的最大掃掠抓取范圍大于堆芯3的外徑，整個換料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。

如圖3所示，在本發(fā)明的一個示例中，換料機(jī)1為懸臂式結(jié)構(gòu)，由換料抓頭6、懸臂7、旋桿8以及傳動機(jī)構(gòu)9構(gòu)成。換料機(jī)1可繞其軸線(b-b軸，見圖2、圖3)旋轉(zhuǎn)和上下運動，換料抓頭6通過傳動機(jī)構(gòu)9實現(xiàn)繞其軸線(c-c軸，見圖2、圖3)的轉(zhuǎn)動并進(jìn)行組件的抓取；傳動機(jī)構(gòu)9集成在旋桿8和懸臂7內(nèi)。

如圖3所示，傳動機(jī)構(gòu)9包括萬向傳動軸10、伸縮桿11和導(dǎo)向桿12構(gòu)成。萬向傳動軸10連接驅(qū)動頭和換料抓頭6，并實現(xiàn)換料抓頭6的轉(zhuǎn)動。伸縮桿11和導(dǎo)向桿12連接在一起，通過伸縮桿11的上下運動帶動導(dǎo)向桿12上下運動，導(dǎo)向桿12的上下運動推動換料抓頭6上的爪子13伸出和收進(jìn)，以實現(xiàn)抓取動作。驅(qū)動頭可以是任何合適的驅(qū)動裝置。

本發(fā)明的實施例的換料運行模式：

(1)卸料過程

卸料操作開始時，加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆停堆，旋塞2和換料機(jī)1位于初始位置。旋塞2繞a-a軸轉(zhuǎn)動，同時換料機(jī)1繞b-b軸轉(zhuǎn)動進(jìn)行扇形掃掠，二者的復(fù)合聯(lián)動使得換料機(jī)1的懸臂7的末端的換料抓頭6對準(zhǔn)堆芯3上需要換料的組件位置，換料機(jī)1或旋桿8沿b-b軸向下運動，到達(dá)堆芯組件位置，通過傳動機(jī)構(gòu)9使抓頭6抓取燃料組件，換料機(jī)1或旋桿8沿b-b軸向上運動使燃料組件脫離堆芯，再通過旋塞2的轉(zhuǎn)動和換料機(jī)1繞b-b軸轉(zhuǎn)動，二者的復(fù)合聯(lián)動將燃料組件送至出入堆暫存位置，通過傳動機(jī)構(gòu)9使抓頭6放下燃料組件。旋塞2和換料機(jī)1回復(fù)到初始位置。

(2)裝料過程

裝料操作開始時，加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆停堆，旋塞2和換料機(jī)1位于初始位置。旋塞2繞a-a軸轉(zhuǎn)動，同時換料機(jī)1繞b-b軸轉(zhuǎn)動，二者的復(fù)合聯(lián)動使換料機(jī)1的懸臂7的末端的換料抓頭6對準(zhǔn)出入堆暫存位置的燃料組件，通過傳動機(jī)構(gòu)9使抓頭6抓取燃料組件，再通過旋塞2繞a-a軸轉(zhuǎn)動以及換料機(jī)1繞b-b軸轉(zhuǎn)動的復(fù)合聯(lián)動使得換料抓頭6對準(zhǔn)堆芯3需要裝料的組件位置，同時通過傳動機(jī)構(gòu)9使換料抓頭6繞其軸線c-c軸轉(zhuǎn)動，對燃料組件周向位置進(jìn)行微調(diào)，使得燃料組件滿足進(jìn)入堆芯3的定位條件。換料機(jī)1沿b-b軸向下運動將燃料組件插入堆芯，通過傳動機(jī)構(gòu)9使換料抓頭6放下燃料組件。旋塞2和換料機(jī)1回復(fù)到初始位置。

本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單。傳統(tǒng)液態(tài)金屬反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)多采用大小旋塞配合的多旋塞換料系統(tǒng)，其小旋塞一般都安裝在大旋塞上，并偏心布置，換料機(jī)安裝在小旋塞上，通過大旋塞的轉(zhuǎn)動和小旋塞的圓周掃掠進(jìn)行換料操作。本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)只有一個旋塞，換料機(jī)直接安轉(zhuǎn)在旋塞上，同傳統(tǒng)的換料系統(tǒng)相比，本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單。

本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。傳統(tǒng)液態(tài)金屬反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)，小旋塞安裝在大旋塞上，小旋塞通過圓周掃掠進(jìn)行換料，為了保證換料系統(tǒng)能夠覆蓋整個堆芯，并考慮到旋塞中央的密封要求(液態(tài)金屬密封或者機(jī)械密封)，大旋塞的尺寸大于堆芯尺寸。同傳統(tǒng)換料系統(tǒng)相比，本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)采用懸臂式換料機(jī)，通過懸臂的作用擴(kuò)大換料機(jī)可覆蓋的堆芯范圍，使得旋塞的尺寸可以小于等于堆芯的尺寸，整體換料系統(tǒng)所占堆頂空間更小，反應(yīng)堆堆頂設(shè)計可以更加緊湊，受堆頂尺寸影響的主容器可以更小，冷卻劑裝量可以更少。

本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)的換料操作更加簡便。傳統(tǒng)的液態(tài)金屬反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)，需要通過大、小旋塞以及換料機(jī)三者的聯(lián)動才可以實現(xiàn)燃料組件的抓取和提升以完成換料操作，本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)只要通過旋塞和換料機(jī)的聯(lián)動就可實現(xiàn)換料操作，因此本發(fā)明的實施例的換料系統(tǒng)換料操作更加簡便。