專利名稱:球床型高溫氣冷堆雙區(qū)堆芯交界面的測定方法及裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬核反應堆領域，尤其涉及球床型高溫氣冷堆雙區(qū)堆芯界面半徑的測定。
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行工況下的交界半徑也會是變的。因此，需要在反應堆運行過程中對雙區(qū)堆芯交界半徑加以測定，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堆電廠項目的開展，才進入工程性的研究，至今尚未見到有關(guān)雙區(qū)堆芯界面半徑測定的文章或?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)堆芯半徑方向測量中子通量分布是測定雙區(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)中子一定時間的輻照以后被活化，再利用氣流壓差將探測小球輸送到堆外，用γ射線測量裝置對探測小球活化的放射性逐個加以測量，以此測定雙區(qū)堆芯徑向的中子通量分布，來確定雙區(qū)堆芯交界面的半徑。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.可隨時對雙區(qū)堆芯的通量分布進行輻照測量，確定雙區(qū)的交界面半徑，通過雙區(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)簡單，維修操作方便。
3.可在功率進行下進行輻照探測。
輸球管3為一圓管(見
圖1)，左端通過過球隔離閥5與輻照段2圓管相連，右端與測量段4圓管相連，測量段4圓管外壁有環(huán)形屏蔽套13，屏蔽套13下端設有準直通道6，準直通道6的右端安置γ測量裝置8，準直通道6的下部環(huán)繞測量段4圓管的外壁設置測量位移裝置7，測量段4圓管的下端通過氣流隔離閥10與高壓氣源11，低壓氣源12相連。
測量過程如下打開高壓氣源，將探測小球吹入堆內(nèi)，并利用壓力差將探測小球壓靠在輻照段2的左端，以保證輻照時的定位。輻照一定時間后打開低壓氣源，將探測小球輸出堆外，落在測量位移機構(gòu)7上，此時探測小球正對測量準直通道6，探測裝置8即可測得此探測小球的放射性活性強度，測量完畢以后，移動測量位移機構(gòu)7使另一小球?qū)蕼y量準直通道，即可對探測小球逐個加以測量，并保證測量時的定位。根據(jù)測定的一串探測小球的活性強度分布，加以衰變時間的修正，即可計算出雙區(qū)堆芯徑向的中子通量分布，來確定雙區(qū)堆芯界面的半徑。
探測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雙區(qū)界面25-50cm，內(nèi)側(cè)端焊接有一端頭，端頭中心開有一個通孔，作為輸送探測小球的氣流通道。輸球管3穿出反應堆壓力殼之外，連接有兩個過球隔離閥5，在探測小球進入堆內(nèi)和排出堆外的過程中，過球隔離閥開啟，可以讓其通過，否則過球隔離閥關(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小球在輸送過程中的動能，使探測小球達到最高點時的速度接近于零，以降低探測小球落入探測位置時的撞擊力。
探測小球在垂直管內(nèi)從上落入到下部測量段4的測量位移機構(gòu)7的頂部平臺上，頂部平臺設有緩沖裝置，以減少探測小球落下的撞擊力。在輸球管的尾端連接有進氣管9和氣體隔離閥10，用于探測小球輸入和排出的氣流控制。
為了將探測小球輸入到堆芯頂部，開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，氣流由高壓氣源進入，其氣流形成的壓力差將存放在測量段中的探測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，使探測小球串壓在端頭頂端，在輻照過程中保持穩(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，將輻照之后的探測小球串吹出堆外，落入并堆積在測量段4內(nèi)，測量段4四周為屏蔽層包圍，對輻照后活化的探測小球的γ射線加以屏蔽，降低探測的本底水平，在中間高度處設置有一準直孔道6?；罨綔y小球產(chǎn)生的γ射線經(jīng)準直孔道之后進入尾端的γ測量裝置。
初始時位移機構(gòu)處于上端部，使測量段中最下端探測小球的中心正好對準準直孔道的中心。待一個探測小球的放射性活化強度水平測量完成之后，控制位移機構(gòu)向下移動一個探測小球直徑的高度，讓第二個探測小球的中心對準準直孔道，依此下去，一直測量完全部的探測小球。
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，不至于在探測過程中活化放射性過快的衰減。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)堆芯交界面的測定方法，其特征是利用氣力輸送的方式，將一串探測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)中子一定時間的輻照以后被活化，再利用氣流壓差將探測小球輸送到堆外，用γ射線測量裝置對探測小球活化的放射性逐個加以測量，以此測定雙區(qū)堆芯徑向的中子通量分布，來確定雙區(qū)堆芯交界面的半徑。
2.一種球床型高溫氣冷堆雙區(qū)堆芯交界面的測定裝置，其特征是本裝置由一串探測小球、輻照段、輸送管、測量段、過球隔離閥、進氣管、氣流隔離閥、高壓氣源、低壓氣源、測量位移機構(gòu)、測量準直通道、測量裝置和屏蔽套等組成，輸球管為一圓管，左端通過過球隔離閥與輻照段圓管相連，右端與測量段圓管相連，測量段圓管外壁有環(huán)形屏蔽套，屏蔽套下端設有準直通道，準直通道的右端安置γ測量裝置，準直通道的下部環(huán)繞測量段圓管的外壁設置測量位移裝置，測量段圓管的下端通過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)堆芯交界面的測定方法及裝置,屬核反應堆領域。本發(fā)明是利用氣力輸送的方式,將一串探測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)中子一定時間的輻照以后被活化,再利用氣流壓差將探測小球輸送到堆外,用γ射線測量裝置對探測小球活化的放射性逐個加以測量,以此測定雙區(qū)堆芯徑向的中子通量分布,來確定雙區(qū)堆芯交界面的半徑。本發(fā)明的優(yōu)點是:1.可隨時對雙區(qū)堆芯的通量分布進行輻照測量,確定雙區(qū)的交界面半徑,通過雙區(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)簡單,維修操作方便。3.可在功率進行下進行輻照探測。
文檔編號G21C17/00GKCN1384507SQ02121435
公開日2002年12月11日 申請日期2002年6月21日
發(fā)明者吳宗鑫, 張作義, 于溯源, 張振聲 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan