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一种用于提高乏 燃料锆 合金包壳材料韧性的装置

阅读：499发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种用于提高乏燃料锆合金包壳材料韧性的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型属于锆合金包壳修复技术领域，具体涉及一种用于提高锆合金包壳材料韧性的装置，用于对乏燃料组件的锆合金包壳进行处理，该装置包括：内腔能够密封放置乏燃料组件、外部设有加热装置(2)的密封容器(1)，密封容器(1)的容器筒体(5)的顶部设有开口，开口通过设有排线口(6)和充气口(8)的容器盖(4)密封；密封容器(1)用于提供所述锆合金包壳所处的环境压力和环境温度。该装置能够依据乏燃料组件的锆合金包壳中的锆合金材料的损伤特点与氢化物转化规律，通过一系列的精确控制的环境条件变化历程来减少径向氢化物的析出量与修复晶体结构的辐照损伤，恢复部分锆合金包壳韧性，增加其抵御运输过程中震动冲击的能力。，下面是一种用于提高乏燃料锆合金包壳材料韧性的装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于提高锆合金包壳材料韧性的装置，用于对乏燃料组件的锆合金包壳进行处理，其特征是：包括内腔能够密封放置所述乏燃料组件、外部设有加热装置(2)的密封容器(1)，所述密封容器(1)的容器筒体(5)的顶部设有开口，所述开口通过设有排线口(6)和充气口(8)的容器盖(4)密封；所述密封容器(1)用于提供所述锆合金包壳所处的环境压力和环境温度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述乏燃料组件通过吊篮(3)放置在所述密封容器(1)的所述内腔中，所述充气口(8)通过快速接头与带有气压检测装置的供气系统连接，为所述密封容器(1)提供所述环境压力，同时能够时刻监测所述环境压力；所述容器盖(4)和所述容器筒体(5)通过螺栓连接，所述容器盖(4)与所述容器筒体(5)之间设置有密封圈(9)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述加热装置(2)采用电加热方式或燃气加热方式为所述密封容器(1)提供所述环境温度；在所述加热装置(2)内表面设置有多层加热单元(12)，并且每层周向均布，在所述加热装置(2)顶部亦设置有若干加热单元(12)；所述加热单元(12)可采用电源或燃气方式为所述密封容器(1)进行加热。
4.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述密封容器(1)设置有辐射屏蔽结构；在所述容器盖(4)内设有第一屏蔽材料(7)，在所述容器筒体(5)的筒壁和筒底均设置有第二屏蔽材料(10)，所述第一屏蔽材料(7)和所述第二屏蔽材料(10)用于保证所述密封容器(1)的辐射安全。
5.如权利要求2所述的装置，其特征是：所述吊篮(3)由多层圆板(13)和若干个贮腔(16)组成，所述贮腔(16)用于装载所述乏燃料组件，所述贮腔(16)的横截面形状根据所装载乏燃料组件的外形而定，包括圆形、方形、六边形；所述贮腔(16)设置有中子吸收材料，能够确保所述贮腔(16)内的所述乏燃料组件处于次临界状态；所述吊篮(3)内设置有若干热电偶(11)，用于检测所述密封容器(1)内部的环境温度，所述热电偶(11)的排线通过所述容器盖(4)上的所述排线口(6)引出，与温度监控系统连接。
6.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述密封容器(1)和所述加热装置(2)能够放置于支座(15)上，所述密封容器(1)与所述支座(15)之间设置隔热垫(14)，以防止加热过程中热量从所述密封容器(1)底部散出。

说明书全文

一种用于提高乏燃料锆 合金包壳材料韧性的装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于锆合金包壳修复技术领域，具体涉及一种用于提高乏燃料锆合金包壳材料韧性的装置。

背景技术

[0002] 压水堆核电厂燃烧后卸出的乏燃料组件，特别是高燃耗(大于45000MWd/tU)的乏燃料组件，由于寿期内的放射性射线照射损伤与径向氢化物的析出，导致其外部的锆合金包壳的韧性性能下降。在从核电厂厂区运送至中间贮存场地及后处理厂长距离复杂路况过程中，受到较大幅度震荡后，锆合金包壳可能会破损泄漏，造成放射性裂变气体释放至运输容器内腔中，加大随后的操作难度，给工作人员与公众造成辐射损伤。

[0003] 目前国内外核电监管机构对高燃耗乏燃料组件的管理均存在只允许一次性运输或者不允许运输的限制要求。该限制在保证了现有压水堆核电厂乏燃料管理安全的同时，也对乏燃料组件后处理的管理造成了不便，不符合我国乏燃料后处理闭式循环的方针。

[0004] 目前秦山地区、大亚湾、田湾等多个核电机组的厂内乏燃料贮存水池池装载量已接近满负荷，只能通过将旧的乏燃料组件向同厂址新建机组的空乏池内短途运输以延缓后处理需求，争取匹配上我国后处理厂的建设速度。国内于2016年已开始针对性的建设干法贮存设施来满足乏燃料组件贮存需求。上述对乏燃料组件的操作会造成其经历多次装卸过程，必然伴随着温度循环过程，加剧了乏燃料组件的锆合金包壳中径向氢化物的析出量，存在增大所述锆合金包壳的破损风险实用新型内容

[0005] 针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种装置将乏燃料组件的锆合金包壳通过一系列环境历程，减少径向氢化物的析出量与修复晶体结构的辐照损伤，恢复锆合金部分包壳韧性，增加其抵御运输过程中震动冲击的能力，保证乏燃料组件可以经历多次厂内及厂外的运输与贮存过程，增加的乏燃料出堆后的管理操作灵活性。

[0006] 为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是一种用于提高锆合金包壳材料韧性的装置，用于对乏燃料组件的锆合金包壳进行处理，所述装置包括内腔能够密封放置所述乏燃料组件、外部设有加热装置的密封容器，所述密封容器的容器筒体的顶部设有开口，所述开口通过设有排线口和充气口的容器盖密封；所述密封容器用于提供所述锆合金包壳所处的环境压力和环境温度。

[0007] 进一步，

[0008] 所述乏燃料组件通过吊篮放置在所述密封容器的所述内腔中，所述充气口通过快速接头与带有气压检测装置的供气系统连接，为所述密封容器提供所述环境压力，同时能够时刻监控所述环境压力；所述容器盖和所述容器筒体通过螺栓连接，所述容器盖与所述容器筒体之间设置有密封圈。

[0009] 进一步，

[0010] 所述加热装置采用电加热方式或燃气加热方式为所述密封容器提供所述环境温度；在所述加热装置内表面设置有多层加热单元，并且每层周向均布，在所述加热装置顶部亦设置有若干加热单元；所述加热单元可采用电源或燃气方式为所述密封容器进行加热。

[0011] 进一步，所述密封容器设置有辐射屏蔽结构；在所述容器盖内设有第一屏蔽材料，在所述容器筒体的筒壁和筒底均设置有第二屏蔽材料，用于保证所述密封容器的辐射安全。

[0012] 进一步，所述吊篮由多层圆板和若干个贮腔组成，所述贮腔用于装载所述乏燃料组件，所述贮腔的横截面形状根据所装载的乏燃料组件的外形而定，包括圆形、方形、六边形；所述贮腔设置有中子吸收材料，能够确保所述贮腔内的所述乏燃料组件处于次临界状态；所述吊篮内设置有若干热电偶，用于检测密封容器内部的环境温度，所述热电偶的排线通过所述容器盖上的所述排线口引出，与温度监控系统连接。

[0013] 进一步，所述密封容器和所述加热装置能够放置于支座上，所述密封容器与所述支座之间设置隔热垫，以防止加热过程中热量从所述密封容器底部散出。

[0014] 本实用新型的有益效果在于：

[0015] 1.本实用新型提供的装置能够依据乏燃料组件的锆合金包壳中的锆合金材料的损伤特点与氢化物转化规律，通过一系列的精确控制的环境条件变化历程来减少径向氢化物的析出量与修复晶体结构的辐照损伤，恢复部分锆合金包壳韧性，增加其抵御运输过程中震动冲击的能力，提高锆合金包壳机械性能，从而保证乏燃料组件可以经历多次厂内及厂外的运输与贮存过程。本实用新型的所提供的方法的整个操作过程不会对乏燃料组件的外观几何结构进行改变，不需要消耗额外的部件，不会对正常乏燃料组件操作步骤产生负面影响。

[0016] 2.本实用新型的所提供的装置结构简单，操作容易、成本低廉。附图说明

[0017] 图1是本实用新型具体实施方式中所述的乏燃料组件的锆合金包壳内的氢在锆合金包壳中的溶解度与温度的关系示意图；

[0018] 图2是本实用新型具体实施方式中所述的一种用于提高锆合金包壳材料韧性的装置的示意图；

[0019] 图3是图2的A-A截面图；

[0020] 图中：1-密封容器，2-加热装置，3-吊篮，4-容器盖，5-容器筒体，6-排线口，7-第一屏蔽材料，8-充气口，9-密封圈，10-第二屏蔽材料，11-热电偶，12-加热单元，13-圆板，14-隔热垫，15-支座，16-贮腔。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

[0022] 恢复锆合金包壳韧性的原理：

[0023] 乏燃料组件的锆合金包壳内的氢在锆合金包壳中的溶解度随着温度降低而减小(图1)，从固溶态析出至化合物固态。氢的化合物存在两种形式：径向氢化物与环向氢化物。这两种不同方向的氢化物的产生条件之一是析出时刻锆合金包壳材料的内部应力方向及应力大小。如果锆合金包壳的环向拉应力(通常由内压产生)高于一定临界值，则氢在降温过程中会以径向氢化物的形式析出，这种取向的氢化物会严重降低包壳的韧性。另一种环向氢化物则不会降低锆合金包壳的韧性。

[0024] 鉴于径向氢化物的产生需要锆合金包壳内存在一定的拉应力，因此可以通过温度与压力相互匹配，为锆合金包壳创造一个由多阶段组成的动态环境，使原本存在径向氢化物转化为环向氢化物，从而恢复锆合金包壳的部分韧性。

[0025] 锆合金包壳在堆内运行中的辐照损伤本质是中子轰击产生的晶体缺陷，晶体缺陷可以通过对材料进行高温退火进行消除。当锆合金包壳温度升高至580℃时，其辐照损伤效应的消除效应已非常明显。因此，对锆合金包壳进行高温退火并保持一定的时间，可使辐照损伤效应得到部分甚至全部的消解，从而恢复锆合金包壳的韧性。

[0026] 根据上述原理，本实用新型提供了一种用于提高锆合金包壳材料韧性的装置，如图2、3所示，用于对乏燃料组件的锆合金包壳进行处理，处理过程包括“加压、加热、维持、降温、降压”几个步骤，该装置由密封容器1、加热装置2、供气系统和温度监控系统组成。其中，密封容器1由吊篮3、容器盖4、容器筒体5组成。密封容器1还设置有辐射屏蔽结构，在容器盖4内设有第一屏蔽材料7，在容器筒体5的筒壁和筒底均设置有第二屏蔽材料10，用于屏蔽乏燃料组件产生的放射性射线，保证密封容器1的辐射安全。密封容器1用于提供锆合金包壳所处的环境压力和环境温度。

[0027] 密封容器1的内腔能够密封放置乏燃料组件，容器筒体5的顶部设有开口，开口通过容器盖4密封，容器盖4和容器筒体5通过螺栓连接，容器盖4与容器筒体5之间设置有密封圈9，乏燃料组件通过吊篮3放置在密封容器1的内腔中。

[0028] 容器盖4设有排线口6和充气口8，排线口6用于设置于吊篮3上的热电偶11的排线的引出；充气口8通过快速接头与带有气压检测装置的供气系统连接，为密封容器1提供环境压力，同时可时刻监控环境压力的变化。

[0029] 加热装置2设置在容器筒体5的外部，加热装置2采用电加热方式或燃气加热方式为密封容器1提供环境温度；在加热装置2内表面设置有多层加热单元12，并且每层周向均布，在加热装置2的顶部亦设置有若干加热单元12；加热单元12可采用电源或燃气方式为密封容器1进行加热。

[0030] 吊篮3由多层圆板13和若干个贮腔16组成，贮腔16用于装载乏燃料组件，贮腔16的横截面形状根据所装载的乏燃料组件的外形而定，可以为圆形、方形、六边形等；贮腔16设置有中子吸收材料，可确保位于贮腔16内的乏燃料组件处于次临界状态；吊篮3内设置有若干热电偶11，用于检测密封容器1内部的环境温度，热电偶11的排线通过容器盖4上的排线口6引出，与温度监控系统连接，以时刻检测环境温度的变化。

[0031] 密封容器1和加热装置2能够放置于支座15上，密封容器1与支座15之间设置隔热垫14，以防止加热过程中热量从密封容器1底部大量散出。

[0032] 本实用新型所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。

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