重水堆钴调节棒组件

摘要

本发明属于重水反应堆中的反应性调节部件，具体涉及重水堆钴调节棒组件。重水堆钴调节棒组件中的钴棒束部件包括中心管，中心管的顶部设有上端板，中心管的底部设有下端板，在上端板和下端板之间中心管的外圆周的一个同心圆上均匀地间隔地设有钴棒和锆棒，在上端板上还设有T型槽，上端板的中心处还设有内环孔，上端板的边缘处还设有外环孔，其中，钴棒包括包壳，包壳的下端设有下端塞，下端塞通过环焊固定在包壳上，包壳的中间设有钴块，包壳的上端设有上端塞，上端塞通过环焊固定在包壳的上端，上端塞的中心通过堵孔焊密封。本发明的优点是，由于在反应堆中采用了钴棒，因此可以利用钴棒中的钴－59吸收中子产生了放射性的钴－60。

说明书

技术领域

本发明属于重水反应堆中的反应性调节部件，具体涉及重水堆钴调节棒组件。

背景技术

重水反应堆是以天然铀为燃料，重水作慢化剂和冷却剂，通过核裂变以产生热能的装置。重水反应堆本体结构包括排管容器、端部屏蔽、燃料通道、反应性控制装置以及密闭的排管容器堆腔。

排管容器呈卧式圆柱状容器，两端为容器法兰，内设380根排管管束将重水慢化剂和冷却剂分隔。整个反应堆通过端部屏蔽被支承在堆腔混凝土结构上。

燃料通道内装有燃料棒束，压力管采用耐高温高压的锆—铌合金，冷却剂重水由热传输支管从端头部件的入口送入燃料通道，经过位于反应堆堆芯的压力管，然后从另一端流出。压力管端头部件内装有可拆卸的屏蔽塞和密封塞，以便于拆卸后通过装卸料机装入或卸出燃料棒束。

反应性控制通过注入轻水和固体中子吸收体来实现控制和功率调节。紧急工况通过插入固体吸收体或向慢化剂中注入液体吸收体实现安全停堆。

CANDU型重水堆核电站采用天然二氧化铀作为燃料，高纯重水作为冷却剂和慢化剂。在重水堆物理设计中，为了保证堆芯裂变中子充分慢化，燃料通道栅格间距较大，致使堆芯尺寸较大，例如CANDU-6型反应堆活性区尺寸(不包括反射层)为φ6.82×6.02m。为了展平堆芯中子通量分布和功率分布，在堆芯设置了不锈钢调节棒组件。在反应堆运行期间，不锈钢调节棒组件就一直在堆芯的强中子场中受照射，它吸收的中子属于中子损耗。如果将反应堆内的不锈钢调节棒组件替换成钴-59调节棒组件，钴-59长期在堆内受到照射，就可以大量生产钴-60。钴-59吸收的中子则属于损耗中子的重新利用。

发明内容

本发明的目的是，能够利用重水反应堆生产放射性钴-60的重水堆钴调节棒组件。

本发明是这样实现的，重水堆钴调节棒组件，它包括锆合金中心棒，锆合金中心棒的轴向的中间部分设有钴棒束部件，钴棒束部件的下端依次设有定位凸版，定位凸版的下端为间隔管，间隔管的下部设有锁紧螺母，钴棒束部件的上部依次设有定位凹板，定位凹板的上部为压缩弹簧，压缩弹簧的上部为连接头，连接头的上部为钢丝绳连接螺母，连接头与钢丝绳连接螺母之间设有垫圈，钢丝绳连接螺母的顶部为钢丝绳部件，其中，所述的钴棒束部件包括中心管，中心管的顶部设有上端板，中心管的底部设有下端板，在上端板和下端板之间中心管的外圆周的一个同心圆上均匀地间隔地设有钴棒和锆棒，在上端板上还设有T型槽，上端板的中心处还设有内环孔，上端板的边缘处还设有外环孔，其中，钴棒包括包壳，包壳的下端设有下端塞，下端塞通过环焊固定在包壳上，包壳的中间设有钴块，包壳的上端设有上端塞，上端塞通过环焊固定在包壳的上端，上端塞的中心通过堵孔焊密封。中心棒与连接头之间装有防松销。连接头与钢丝绳连接螺母用螺纹连接，并装有防松垫圈。

本发明的优点是，由于反应堆中采用钴棒代替了原来的钢棒，因此可以利用钴棒中的钴-59吸收中子从而在不影响堆芯正常工作的情况下产生了放射性的钴-60。

附图说明

图1为本发明所提供的重水堆钴调节棒组件示意图；

图2为本发明所提供的重水堆钴调节棒组件中的钴棒束主视图；

图3为本发明所提供的重水堆钴调节棒组件中的钴棒束左视图；

图4为本发明所提供的重水堆钴调节棒组件中的钴棒束中的上端板剖视图；

图5为本发明所提供的重水堆钴调节棒组件中的钴棒束中的挡环主视图；

图6为本发明所提供的重水堆钴调节棒组件中的钴棒束中的钴棒示意图。

图中，1钢丝绳部件，2钢丝绳连接螺母，3防松垫圈，4连接头，5防松销，6压缩弹簧，7定位凹板，8钴棒束部件，9定位凸板，10间隔管，11锁紧螺母，12中心棒，13上端板，14外环孔，15内环孔，16钴棒，17中心管，18锆棒，19下端板，20T型槽，21挡环，22环焊，23工艺孔，24上端塞，25钴块，26包壳，27下端塞，28堵孔焊，29环焊。

具体实施方式

如图1～6所示，重水堆钴调节棒组件，它包括锆合金中心棒12，锆合金中心棒12的轴向的中间部分设有钴棒束部件8，钴棒束部件8的下端设有定位凸版9，定位凸版9的下端为间隔管10，间隔管10的下部设有锁紧螺母11，钴棒束部件8的上部设有定位凹板7，定位凹板7的上部为压缩弹簧6，压缩弹簧6的上部为连接头4的下端，连接头4的上端为钢丝绳连接螺母2，连接头4与钢丝绳连接螺母2之间设有垫圈3，钢丝绳连接螺母2的项部为钢丝绳部件1，其中，所述的钴棒束部件8包括中心管17，中心管17的顶部设有上端板13，中心管17的底部设有下端板19，在上端板13和下端板19之间中心管17的外圆周的一个同心圆上均匀地间隔地设有钴棒16和锆棒18，在上端板13上还设有T型槽20，上端板13的中部还设有内环孔15，上端板13的边缘处还设有外环孔14，其中，钴棒16包括包壳26，包壳26的下端设有下端塞27，下端塞27通过环焊29固定在包壳26上，包壳26的中间设有钴块25，包壳26的上端设有上端塞24，上端塞24通过环焊29固定在包壳26的上端，上端塞24的中心通过堵孔焊28密封。所述的T型槽内设有挡环21。所述的压缩弹簧6为预紧力弹簧。下端板19为凹板，上端板13为凸版。

钴调节棒组件是重水反应堆调节系统的一部分，其主要功能用途：

1)当核电厂在高功率和正常运行条件下，调节棒组件功能是调整中子通量分布以优化反应堆功率分布和燃料的燃耗。

2)在瞬态工况下，即功率降低或短期停堆后接着需要提高功率时，将钴调节棒组件部分或全部提出以提供附加的正反应性来克服氙-135浓度的增加；在换料故障期间不能正常提供新燃料，则要求钴调节棒组件逐步提出堆芯以补偿反应堆的反应性减小和维持反应堆的运行，给换料机提供足够的时间。

3)钴调节棒组件在反应堆内一般运行一定时间后，钴棒中的钴-59吸收中子生成有一定比活度的钴-60γ放射源，可作为医疗和工业用的辐照源。

如图1所示，钴调节棒组件中心是一根贯穿全长的锆合金中心棒12，其上装有钴棒束8，下端装有定位凸板9、间隔管10和锁紧螺母11，上端装有定位凹板7、压缩弹簧6、连接头4、钢丝绳连接螺母2和钢丝绳1。定位凸板9和定位凹板7将钴棒束8固定在要求的轴向位置上。锁紧螺母2与锆合金中心12棒相连接，并拧到合适的力矩，此时定位凸板9上方的压缩弹簧6有一定的预紧力，这样可以防止钴棒束8在运输和吊装操作时发生串动和转动，并补偿不同部件之间热膨胀差和辐照肿胀差。中心棒12与连接头4用螺纹连接，并装有防松销5。连接头4的一端与钢丝绳连接螺母2用螺纹连接，并装有防松垫圈3。钢丝绳1和反应堆驱动机构相连，钢丝绳长度应能满足调节棒组件运行行程和乏燃料水池中吊装操作的需要，此外钢丝绳1与驱动机构的连接及与钴调节棒组件的连接还要容易拆装。钢丝绳连接螺母2内部与钢丝绳1头部接触的表面进行氧化处理，以增加其耐磨性能。辐照后的钴调节棒组件在乏燃料水池中可用长柄工具将锁紧螺母11拆卸，并拿出钴棒束8。

如图2所示，装在调节棒组件中的钴棒束8部件可根据设计需要采用不同数目的钴棒16和锆合金棒18组合，其它结构尺寸基本相同，在本实施例中采用了钴棒16加锆合金棒18的总数为3的组合，也可以根据设计的需要采用钴棒16加锆合金棒18的总数为4、5或6等等的其他数目组合。下端板19为凹板，上端板13为凸板，上端板13、下端板19与锆合金中心管17通过环焊22进行连接。所有钴棒束8组装成钴调节棒组件时，相邻的两块端板应凹凸定位相配。上端板13和下端板19上开有多个内环孔15以及多个外环孔14。内环孔15供慢化剂通过，外环孔14供组装钴棒和锆合金棒之用。如图3和图4所示，钴棒16从上端板13外环孔14插入，然后在上端板13对应T型槽20内旋入挡环21，以防止钴棒掉出。如图5所示，挡环21为环状，在挡环21的边缘设有卡片，挡环21上开有工艺孔23，以便安装挡环21时插入安装工具。辐照后的钴棒束8部件在热室中用工具将挡环21从上端板13的T型槽20内取出，进而将所需要的钴棒16取出。

如图6所示，钴棒16由密封在Zr-4合金包壳管26里的吸收体钴块或钴粒25及上下两个端塞24和25组成。锆合金包壳管26与上下两个端塞24和25采用环焊密封29。吸收体钴块或钴粒25表面镀镍，以防止钴块的氧化。钴棒16内充氦气，以提高传热性能。上端塞24开有通孔，以便进行充氦和堵孔焊28。

一般不生产钴-60放射源的重水堆中，调节棒组件都采用不锈钢材料。如要在重水堆中生产钴-60放射源，就必须用钴调节棒组件代替不锈钢调节棒组件。在钴调节棒组件设计中，钴棒16中钴块的中子吸收截面较大，为使钴调节棒组件在堆芯中能与不锈钢调节棒组件起同样的调节作用，钴调节棒组件中的其他结构材料必须使用中子吸收截面较小的材料，本设计中采用了锆材，其强度较好，中子吸收截面也较小，辐照性能也能满足设计要求。钴棒束8部件中可根据设计需要采用不同数目的钴棒16和锆合金棒18组合，在一个钴棒束8部件中这些钴棒16和锆合金棒18均布在一个圆环上。这种设计分布，可使不同钴棒16和锆合金棒18组合的钴棒束8部件在堆芯不同的位置上起不同的作用，从而使整个调节棒组件满足堆芯调节的作用即与原来不锈钢调节棒组件起同样的作用。辐照后的钴棒束8部件要在热室中将需要的钴棒16取出。由于热室操作的特殊性，应使钴棒16便于拆卸。在本设计中，在钴棒束8部件中采用挡环21设计将钴棒16固定在钴棒束8部件中。这种设计使钴棒16的拆装都十分方便。在本发明中，钴棒束8的下端板19为凹板，上端板13为凸板，所有钴棒束8组装成钴调节棒组件时，相邻的两块端板应凹凸定位相配。同时在钴调节棒组件下端装有定位凸板9，上端装有定位凹板7。这种凹凸定位设计可以防止钴棒束8在运输和吊装操作时发生不必要的转动。在钴调节棒组件中，钢丝绳连接螺母2与锆合金中心棒12相连接，并拧到合适的力矩，此时定位凸板9上方的压缩弹簧6有一定的预紧力。这种有一定预紧力的弹簧设计，可以防止钴棒束8在运输和吊装操作时发生窜动，并补偿不同部件之间热膨胀差和辐照肿胀差。在钴调节棒组件中，下端设计有锁紧螺母11。辐照后的钴调节棒组件在乏燃料水池中可用长柄工具将锁紧螺母11拆卸，并拿出钴棒束8。这种锁紧螺母11的设计可使钴棒束8在水下从钴调节棒组件中卸下较为方便。