[发明专利]加速器驱动次临界堆分体式中心测量柱系统

说明书

技术领域

本发明属于放射性核废物处理技术领域，具体涉及一种加速器驱动次临界堆（Accelerator Driven Sub-critical System，ADS）分体式中心测量柱系统，涉及到加速器驱动次临界堆中心测量柱、旋塞系统与换料系统。

背景技术

核废料处理，尤其是长寿命核废料的最终处理是一个世界性难题，“分离-嬗变”法是核废料处理的一种新途径，即通过化学分离把高放射性废物中的MA和LLFP分离出来，利用核反应装置（如反应堆，加速器）把长寿命核素转变成短寿命核素或稳定核素。加速器驱动次临界系统（Accelerator Driven Sub-critical System，ADS）是目前致力于嬗变放射性核废物、有效利用核资源及产出核能的理想装置。国际原子能机构（IAEA）将ADS嬗变堆列入新型核能系统中，称为“新出现的核废物嬗变及能量产生的核能系统”。

ADS系统由质子加速器、液态重金属散裂靶与嬗变核废料次临界反应堆组成。加速器产生的质子束流轰击重金属散裂靶件产生高能快中子，进入次临界堆芯内嬗变核废料、生产核燃料并兼顾发电。高能质子打到重金属原子核上产生散裂反应，轰击出的的中子增殖比可达到30左右。液态铅铋（PbBi）合金由于具有优良的中子增殖率、低溶点与高沸点和良好的载热能力被选为该堆型的散裂靶材料和冷却剂。由于依靠散裂中子源驱动堆芯核废料嬗变，且处于次临界，因此不具有维持自持链式反应的能力，如果关闭加速器，堆芯中的中子会逐渐越少，因此该堆具有较好的固有安全特性。

随着堆内燃料燃耗的加深，需要在一定的周期更换燃料组件。由于产生散裂中子源的质子束管位于堆芯中央，且不能产生任何移动，堆芯上部液态铅铋温度测量导管、堆反应性与安全控制棒等设置于中心测量柱内。中心测量柱的功能是防止其内质子束管、控制棒导管、测量导管等由于液态铅铋流动产生的流致振动，是堆内重要部件。如果采用整体式测量柱，则堆内燃料组件由于中心测量柱及其内部部件的阻碍无法进行更换，因此需要发明一种创新性中心测量柱，通过其与换料系统配合，完成将新组件装入堆芯和乏燃料组件的卸出，且保证换料不影响对反应堆的控制与测量。对于这种特殊条件下的换料要求，是以往反应堆所没有的，这种由加速器质子束管、控制棒导管和温度测量导管等带来的ADS反应堆的换料问题亟需解决。

目前，用于核废料嬗变的快中子次临界堆有美国的ATW计划，欧盟的EFIT计划，日本的OMEGA计划，韩国的HAPPY计划以及中国的CLEAR-III计划。由于以上都是DEMO概念设计方案，有关堆芯换料问题均还没有考虑。现有的钠冷快中子堆如俄罗斯的BN600堆、BN800堆，法国的“风凰”堆，日本的“文殊”堆和中国的CEFR堆等，由于堆芯无加速器质子束管，控制棒驱动机构安装在小旋塞上，换料时通过偏心移动小旋塞即可完成对堆芯燃料组件的更换，换料后小旋塞运动回堆芯同心位置确保控制棒驱动机构功能。比利时设计的加速器驱动铅铋冷却快中子嬗变堆MYRRHA，与CLEAR-I堆结构与功能相似，为解决换料问题，其设计方案是堆芯采用吊篮式，堆底部留出一个燃料组件以上的空间（大于2米）用于更换燃料组件。由于堆底部2米以上的空间需要多注入数百吨液态铅铋，如果采用强迫对流驱动铅铋流动是可行的，若采用自然循环，随着堆芯高度的增加，循环压降增加导致流速下降或循环中断，且从堆下部换料路线增长导致换料系统复杂性增加。

基于以上技术背景，依据CLEAR-I堆的换料、控制与测量需求，特提出本发明专利。

发明内容

本发明的目的：针对加速器驱动次临界反应堆的换料、控制与测量需求，给出分体式中心测量柱方案，解决由于堆芯加速器质子束管、控制棒驱动机构、测量导管所设的整体式中心测量柱妨碍换料的难题，通过大小旋塞的复合运动带动分体式中心测量柱移动形成换料通道，可较好地完成对堆芯燃料组件的更换而不影响其他系统的正常工作。