碳化硼屏蔽组件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种中子反应堆堆芯屏蔽组件。该组件由头部、中间部分和尾部三部分组成。头部由操作头、上过渡接头组成，操作头与组件装卸设备相吻合并设有钠的排出孔；上过渡接头外侧设有定位块以保证组件之间的径向定位，上过渡接头焊接到六角套管的上端面上。中间部分由六角套管和置于套管中的屏蔽体组成。尾部由下过渡接头及管脚等组成，下过渡接头焊接到六角套管的下端面上，管脚设有钠的进入孔。本实用新型专利技术所使用高密度热压碳化硼芯块，保证它在开裂后不逸出棒外，同时吸收体棒采用通气式的上端塞，将Ｂ－１０（ｎ，α）反应产生的氦气引出棒外，技术方案不仅实用，而且有效地解决了吸收体棒包壳的承压问题。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
碳化硼屏蔽组件
本技术属于快中子反应堆
，具体涉及快中子反应堆堆芯屏蔽组件。
技术介绍
碳化硼屏蔽组件是钠冷快中子反应堆的堆芯组件之一，它通过天然碳化硼中 的'B元素吸收逃逸出反射层组件的中子，以保护堆内构件和堆容器免受超标的 中子辅照，并避免中间热交换器内的二次钠活化。碳化硼屏蔽组件主要包括三部 分，分别是由操作头、上过渡接头等组成的头部、由六角套管和置于套管中的屏 蔽棒、吸收体棒束组成的中间部分，由下过渡接头及管脚等组成的尾部。工作时， 冷却剂钠由组件管脚的进钠孔进入组件，流经下屏蔽棒、吸收体棒、上屏蔽棒， 最后由操作头的出钠孔流出。现有技术中，关于吸收体棒的结构有两种方式，其一是采用潜水钟式设计， 它的上端塞开有通气孔，在包壳内设置l个由多孔材料制成的通气塞，这种结构 一方面解决通气问题，另一方面阻止破碎的碳化硼逸出，但其结构复杂，焊接困 难，很难实现。其二是采用封闭式结构，如文献IAEA-TECDOC-884 ( Absorber materials, control rods and designs of shutdown systems for advanced liquid metal fast reactors )介绍的那样，以氦气作结合介质，在棒内留有很长的气体贮存腔， 但碳化硼芯块的中心温度高达200(TC以上，寿命后期棒的内压也十分高，成为 设计寿命的主要限制。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中的碳化硼屏蔽组件结构复杂，设计寿命 受到限制的问题，提供一种更实用的碳化硼屏蔽组件。一种碳化硼屏蔽组件，由头部、中间部分和尾部三部分组成。头部由操作头、上过渡接头组成，操作头与组件装卸设备相吻合并设有钠的排出孔；上过渡接头 外侧设有定位块以保证组件之间的径向定位，上过渡接头焊接到六角套管的上端 面上。中间部分由六角套管和置于套管中的屏蔽体组成。尾部由下过渡接头及管 脚等组成，下过渡接头焊接到六角套管的下端面上，管脚设有钠的进入孔。关键 在于，上过渡接头的定位块采用渗铬渗氮硬化工艺处理，形成以铬的氮化物为基 础的、厚度为0.07 0. 14mm氮化铬弥散层。所述屏蔽体由吸收体棒束、上屏蔽 棒、下屏蔽棒组成。吸收体棒束由吸收体棒组成。吸收体棒包括包壳管、置于包 壳管内的碳化硼芯块、上下端塞组成，其中碳化硼芯块是密度为2.0 2.5g/cm3 的热压碳化硼芯块，上端塞采用通气式。另外，为了保证各组成部件都有轴向膨胀的空间，保证组件工作时的完整性， 上屏蔽棒与上过渡接头的连接、吸收体棒束与上、下定位栅的连接，以及下屏蔽 棒与下过渡接头的连接采用铰连的方式或留有足够的轴向间隙。本技术所提供的技术方案中，组件的定位块采用了渗铬渗氮硬化工艺 处理，硬度达到了 HV5400或HV。.,600，防止了组件间的自焊，增加操作头的耐磨 性，同吋在高温下抗钠腐蚀。特别是吸收体棒中使用高密度热压碳化硼芯块，保 证它在开裂后不逸出棒外，同时吸收体棒采用通气式的上端塞，将B-10(n， a) 反应产生的氦气引出棒外；同时，由于碳化硼芯块与吸收体棒包壳之间是以液态 钠为结合层，降低了碳化硼芯块的中心温度，因而大大缓解了包壳的受力状态。 因此，所提供的碳化硼屏蔽组件技术方案不仅实用，而且有效地解决了吸收体棒 包壳的承压问题。附图说明图l碳化硼屏蔽组件结构示意图； 图2图1中A—A剖视图； 图3吸收体棒结构示意图； 图4图3中B — B剖视图。图中l.操作头、2.出钠孔、3.上过渡接头、4.六角形外套管、5.上屏蔽棒、 6.B4C屏蔽棒束、7.下屏蔽棒、8.下过渡接头、9.管脚、IO.进钠孔、ll.定位块、 12.上端塞(通气)、13.包壳、14.碳化硼芯块、15.定位绕丝、16.下端塞。具体实施方式下面结合附图，对本技术的技术方案作进一歩阐述。 本实施例所述的碳化硼屏蔽组件布置在钠冷快堆反射层组件的外围，分4层布置，共230盒，它们处在不同注量的快中子福照下并通过自然对流的钠进行冷却。基本设计及运行参数如表1所示。表l碳化硼屏蔽组件的基本参数<table>table see original document page 5</column></row><table>如图1所示，本实施例所提供的碳化硼屏蔽组件的外形与燃料组件一致，以 维持与其它组件的径向定位。它由头部、中间部分和尾部三部分组成。各部分的 结构与功能如下1. 头部。头部由操作头1、上过渡接头3组成。操作头1与组件装卸设备 相吻合并设有出钠孔2;上过渡接头3设有定位块11以保证组件之间的径向定位，上过渡接头3焊接到六角形外套管4的上端面上。其中定位块ll经渗铬渗 氮硬化工艺处理，形成以铬的氮化物为基础的、厚度为(0.07 0. 14mm)氮化铬 (Cr2N)弥散层，硬度达到了 HV54 00或HV。.,600，它防止了组件间的自焊，增加 操作头1的耐磨性，同时在高温下抗钠腐蚀。2. 中间部分。它由六角形外套管4和置于套管中的上屏蔽棒5、吸收体棒 束6、下屏蔽棒7组成。吸收体棒束6由7根直径为19. 2咖的吸收体棒组成， 按三角形栅元排列，棒间距为20.25 mm。吸收体棒上端头用螺母固定到上栅格 板上，下端头插进下栅格板的孔中，使它在热膨胀和辐照肿胀时有向下纵向移动 的可能。在中心吸收体棒上绕有直径为0.8 1. 1 mm绕丝，螺距为80 110mm， 使它和相邻吸收体棒之间保持一定距离。本实施例采用的直径为0.95 mm绕丝， 螺距为100 mra。吸收体棒由包壳管13、通气式上端塞12、下端塞16、碳化硼 芯块14及定位绕丝15(仅中央棒有绕丝)组成。碳化硼芯块14放置在包壳管13 内的，芯块使用密度为2.0 2.5 g/cm3的热压吸收体棒，高密度热压碳化硼芯 块保证它在开裂后不逸出棒外。本实施例采用2.1 g/cnl'的芯块。上端塞12上 为通气式，在其下部设有十字开口或直径为2 3毫米的通气孔，从而将B-10 (n, a)反应产生的氦气引出棒外。包壳13内芯块14与包壳之间是以液态钠为结合 层，降低了芯块14的中心温度，因而大大缓解了包壳13的受力状态。在吸收体棒束6的上、下部放置上、下屏蔽棒5、 7，并且吸收体棒束6与 上、下屏蔽棒5、 7间留有空隙。上、下屏蔽棒5、 7为钢屏蔽棒，它用作堆内构 件的辐射屏蔽，其中上屏蔽棒5的上端焊接在上过渡接头3上，下屏蔽棒7的下 端固定在下过渡接头8上。3. 尾部。它由下过渡接头8及管脚9等组成。下过渡接头8焊接到六角套 管4的下端面上。管脚9设有进钠孔10，保证碳化硼屏蔽组件内通过规定的钠流量，其球形外端面与小栅板联箱的锥面插孔相配合，依靠液力自紧，保证在任 何工况下都不能浮起。管脚9先用螺纹固定到下过渡接头8上，然后与之焊接， 以保证连接强度。碳化硼屏蔽组件在工作时，冷却剂钠由组件管脚9的进钠孔10进入组件， 流经下屏蔽棒7、吸收体棒束6、上屏蔽棒5，最后由操作头1的出钠孔2流出。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本 技术的精神和范围。这样，假若本技术的这些修改和变型属于本实用新 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硼屏蔽组件，由头部、中间部分和尾部三部分组成，头部由操作头（１）、上过渡接头（３）组成，操作头（１）与组件装卸设备相吻合并设有出钠孔（２），外侧设有定位块（１１）的上过渡接头（３）焊接到六角形外套管（４）的上端面上；中间部分由六角形外套管（４）和置于套管中的屏蔽体组成；尾部由下过渡接头（８）及管脚（９）等组成，下过渡接头（８）焊接到六角形外套管（４）的下端面上，管脚（９）设有进钠孔（１０），其特征在于：所述的定位块（１１）采用渗铬渗氮硬化工艺处理，形成以铬的氮化物为基础的、厚度为０．０７～０．１４ｍｍ氮化铬弥散层；所述屏蔽体由吸收体棒束（６）、上屏蔽棒（５）、下屏蔽棒（７）组成，吸收体棒束由吸收体棒组成。

【技术特征摘要】
及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型 在内。权利要求1.一种碳化硼屏蔽组件，由头部、中间部分和尾部三部分组成，头部由操作头(1)、上过渡接头(3)组成，操作头(1)与组件装卸设备相吻合并设有出钠孔(2)，外侧设有定位块(11)的上过渡接头(3)焊接到六角形外套管(4)的上端面上；中间部分由六角形外套管(4)和置于套管中的屏蔽体组成；尾部由下过渡接头(8)及管脚(9)等组成，下过渡接头(8)焊接到六角形外套管(4)的下端面上，管脚(9)设有进钠孔(10)，其特征在于所述的定位块(11)采用渗铬渗氮硬化工艺处理，形成以铬的氮化物为基础的、厚度为0.07～0.14mm氮化铬弥散层；所述屏蔽体由吸收体棒束(6)、上屏蔽棒(5)、下屏蔽棒(7)组成，吸收体棒束由吸收体棒组成。2. 根据权利要求1所述碳化硼屏蔽组件，其特征在于所述的吸收体棒束(6) 的中心吸收体棒上绕有直径为0. 8 1. lmm绕丝，螺距为80 110mm。3. 根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汝贤，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]