[发明专利]一种金属型乏燃料后处理装置

说明书

技术领域

本发明属于乏燃料后处理装置领域，具体涉及一种金属型乏燃料后处理装置，尤其涉及一种混合堆裂变燃料循环中金属型乏燃料中裂变气体及挥发性裂变产物去除效率的热处理装置。

背景技术

目前，计算研究表明，混合能源系统优良的中子学特性能维持核燃料在300年内都具有良好核性能，但由于裂变气体和其它各种裂变产物的累积，燃料的辐照肿胀问题，力学性能下降、传热性能等无法满足使用要求，需要后处理，添加天然铀或钍制成燃料返回反应堆，实现燃料闭合循环，提高资源利用率。因此，燃料后处理是混合能源系统燃料循环和次临界包层概念研究需要解决的关键问题。

聚变-裂变混合能源系统的裂变燃料后处理与常规的乏燃料后处理不同，不需要U、Pu、Th等裂变材料的分离，也不需要很高的裂变产物去污系数，以除裂变气体和挥发性裂变产物为目标，在保持核燃料力学性能基础上，尽量提高再制备燃料的核性能。依据Ke、Xe等裂变气体在固体中的热扩散及溶解特性，提出“简便干法后处理”概念，采用高温真空技术，达到除去裂变气体的目的，并尽可能除去挥发性裂变产物。

“简便干法后处理”是一条新的技术路线，能否达到完全除去裂变气体，对挥发性裂变产物的去除效率如何，处理后材料能否满足燃料制备及性能要求、处理方法的技术可行性和经济可行性等问题有待系统研究。因此，“简便干法后处理”技术可行性论证是保持次临界包层燃料材料性能、改善核型能，体现聚变-裂变混合能源系统整体技术先进性和优越性的最重要的技术载体之一，是裂变包层概念设计必须解决的关键技术。“简便干法后处理”技术研究的核心就对样品进行高温热处理，以去除乏燃料中的裂变气体及挥发性裂变产物。为了尽可能提高样品中的裂变气体及挥发性裂变产物去除效率，必须要尽可能地提高样品的热处理温度，同时样品还具有放射性，必须保证样品在密闭环境中进行热处理，因此对热处理装置提出了很高的要求，目前还未见报道能完全满足乏燃料中裂变产物去除效率研究要求的热处理装置。

发明内容

本发明的目的，是提供一种金属型乏燃料后处理装置，本发明的装置可用于混合堆概念设计中的金属型乏燃料进行后处理，对乏燃料中产生的裂变气体及挥发性裂变产物的去效率进行研究，可为混合堆中裂变包层概念设计必须解决的关键技术提供解决途径。同时还适用于其它堆型产生的金属型乏燃料中的裂变气体及挥发性裂变产物去除效率的研究。

本发明的技术方案是：

本发明的金属型乏燃料后处理装置，其特点是，所述的装置由下往上依次为包括感应加部分，降温过渡段以及裂变产物收集部分。所述的感应加热部分设置为炉壳与炉膛的双层结构，含有球状的炉壳、设置在炉壳内的筒状的炉膛，设置在炉膛外围的保温层Ⅱ。所述的降温过渡段含有保温层Ⅲ、水冷套。所述的裂变产物收集部分含有保温层Ⅰ、排气口、温度检测热电偶安装口。其连接关系是，所述的感应加部分、降温过渡段、及裂变产物收集部分各部分接口处分别通过法兰连接。所述炉壳由双层水冷套构成，炉壳的一侧面分别设置有真空排气口、电极引出口，炉壳的上方分别设置有热电偶的安装口、红外线测量口，电极通过侧面电极引出口引出。所述炉膛设置于炉壳内的中心轴上，炉膛下部通过保温层Ⅱ固定于炉壳内，保温层Ⅱ的表面绕制有感应线圈，感应线圈对应的炉膛内形成高温中频加热段，高温中频加热段的上部形成高温降温过渡段。炉壳的下部设置有可升降的工作台，通过外接电机驱动工作台升降。工作台的下部、底部分别设置有炉膛进气口、射线检测口。位于炉壳上端口的炉膛表面设有保温层Ⅲ，保温层Ⅲ的外围设有水冷套，水冷套的外壳通过法兰与炉壳连接，形成降温过渡段。裂变产物收集部分中的炉膛外围设置有保温层Ⅰ，保温层Ⅰ的一端通过法兰与降温过渡段的保温层Ⅲ连接，另一端通过法兰封顶。在裂变产物收集部分的上部、顶部分别设置有排气口、温度检测用的热电偶口。所述的炉壳固定于操作平台上。所述感应加部分，降温过渡段以及裂变产物收集部分为同轴心设置。

所述的炉壳与炉膛分别设置有独立的进气口，炉壳设置有炉壳进气口，炉膛设置有炉膛进气口，可以分别对气流量进行控制。

所述降温过渡段中的水冷套设置为三段，三段水冷套均能分别独立进行进水控制，用于组合调整裂变产物收集区温度。

所述裂变产物收集部分内部设置有用于滤材的T形台阶，台阶结构用于过滤材料安装。

所述的炉膛材质为高纯石墨管，石墨管外包裹氧化锆耐火材料的石墨保温层。

所述的保温层Ⅲ表面的三段独立水冷套的材质采用316L不锈钢。