【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及堆辐照，具体涉及一种适用于片状元件的功率瞬态辐照装置及功率分区测量方法。
技术介绍
1、压水堆燃料元件的性能与反应堆的安全性和经济性直接相关。开展燃料元件堆内辐照试验，是燃料元件研发与设计的关键一环。燃料元件功率瞬态辐照试验一般在研究堆上采用专门的功率瞬态辐照试验装置进行；通过在短时间内改变燃料元件的功率，进行燃料元件性能参数和安全余量的验证。为在研究堆内对压水堆燃料元件进行功率瞬态辐照试验，国外的一些研究堆，如挪威的hbwr堆、比利时的br2堆、瑞典r2堆和日本jmtr堆，采用氦-3气体回路作为燃料元件的功率调节装置。通过改变研究堆内氦屏中气态中子毒物(3he气体)的压力，有效地调节试验燃料元件的辐照功率。
2、氦-3气体回路的氦屏以及与其相连的部分氦气管道，位于研究堆堆芯活性区内；氦屏和部分氦气管道内的3he气体吸收堆内的热中子，产生具有放射性危害的氚(3h)。氚是氢的同位素，气体状态的氚具有很强的渗透能力；较高温度的氚可以轻松渗透金属材料制成容器，进而泄露到环境中。氚的渗透能力随自身温度的升高而急剧增大。
3、由于片状燃料元件为长方形横截面的薄板结构，使得传统氦屏结构对于燃料元件功率变化范围大幅度减小。有必要开展创新型氦屏设计，以实现大幅度跃增的燃料功率瞬态试验。另一方面，由于单次试验中不同位置的燃料元件功率差异较大，传统的热平衡法只能测量多个燃料元件总的释热功率，因此有必要开发相应的方法，在燃料功率瞬态试验过程中实现不同位置燃料元件功率的实时测量。
技术实
1、本专利技术为解决现有技术的不足，目的在于提供一种适用于片状元件的功率瞬态辐照装置及功率分区测量方法，采用了轴向多层片状燃料布置方案，可同时搭载多个片状燃料元件，且每层燃料元件可搭配不同管道内径与折绕螺距的螺旋管氦屏，以实现不同位置燃料元件对应不同的功率变化幅度，从而能大幅度拓展装置的功率瞬态试验能力与试验参数范围。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，包括：
4、方盒，所述方盒上下端均敞口，所述方盒内腔为供冷却水通过的内流道，所述内流道中从下至上依次间隔均布有若干片状燃料元件，若干所述片状燃料元件竖向放置，且位于同一竖向平面上；
5、若干螺旋管氦屏，若干所述螺旋管氦屏和若干所述片状燃料元件一一对应，且所述螺旋管氦屏折绕于所述方盒外侧，相邻所述螺旋管氦屏之间相互连通；最底部的所述螺旋管氦屏下端和氦气进口管连通，最顶部的所述螺旋管氦屏上端和氦气出口管连通；
6、所述片状燃料元件的燃料段两端均位于对应的所述螺旋管氦屏两端之间。
7、相对于现有技术中，氦-3气体回路的氦屏以及与其相连的部分氦气管道，位于研究堆堆芯活性区内；氦屏和部分氦气管道内的3he气体吸收堆内的热中子，产生具有放射性危害的氚(3h)。氚是氢的同位素，气体状态的氚具有很强的渗透能力；较高温度的氚可以轻松渗透金属材料制成容器，进而泄露到环境中。氚的渗透能力随自身温度的升高而急剧增大；且由于片状燃料元件为长方形横截面的薄板结构，使得传统氦屏结构对于燃料元件功率变化范围大幅度减小，以及由于单次试验中不同位置的燃料元件功率差异较大，传统的热平衡法只能测量多个燃料元件总的释热功率等问题，本专利技术提供了一种适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，采用了轴向多层片状燃料布置方案，可同时搭载多个片状燃料元件，且每层燃料元件可搭配不同管道内径与折绕螺距的螺旋管氦屏，以实现不同位置燃料元件对应不同的功率变化幅度，从而能大幅度拓展装置的功率瞬态试验能力与试验参数范围。
8、具体方案中，包括方盒、螺旋管氦屏以及氦气进口管和氦气出口管，螺旋管氦屏沿螺旋方向依次折绕于方盒外侧，此时若干螺旋管氦屏，如第一螺旋管氦屏、第二螺旋管氦屏和第三螺旋管氦屏之间相互连通，不同位置螺旋管氦屏的气体管道之间可优选采用焊接方式连接，位于最下方的第三螺旋管氦屏下端和氦气进口管连通，位于最上方的第一螺旋管氦屏上端和氦气出口管连通，这样，可在若干螺旋管氦屏内充入氦气(3he气体)，氦-3气体自氦气进口管进入，流经若干螺旋管氦屏，最后经由氦气出口管流出；另外，在方盒内部带有内腔，即用于供冷却水通过的内流道，若干片状燃料元件沿内流道的轴向依次间隔均布，即n个片状燃料元件呈竖向排成一列，片状燃料元件的阵列呈薄长方体形，由相应的固定结构保持形状与位置的固定，这样，进入方盒内的冷却水会被片状燃料元件分为两部分，经燃料元件加热升温后，在片状燃料元件阵列顶部重新汇流后进入中间接头区域的内流道；每一层片状燃料元件均对应一个独立的螺旋管氦屏，这样，通过螺旋管氦屏即可实现片状燃料元件的大幅度功率跃增；另外，每层片状燃料元件对应的螺旋管氦屏，可以独立设管道的直径以及螺旋管的螺距，从而在相同氦-3气体压力变化范围下、不同位置处片状燃料元件可实现不同的功率变化幅度。其中，片状燃料元件的燃料段两端均位于对应的所述螺旋管氦屏两端之间，优选为螺旋管氦屏的轴向位置与长度与对应的片状燃料元件相同。
9、以上方案，旨在实现：采用了轴向多层片状燃料布置方案，可同时搭载多个片状燃料元件，提高了辐照孔道内辐照空间的利用率；通过螺旋管氦屏以实现片状燃料功率的大幅度跃增的同时，每层燃料元件可搭配不同管道内径与折绕螺距的螺旋管氦屏，以实现不同位置燃料元件对应不同的功率变化幅度，从而能大幅度拓展装置的功率瞬态试验能力与试验参数范围。另外，螺旋管氦屏位于冷却片状燃料元件的内流道外，减小了氦-3气体以及其氦屏结构材料释热对燃料释热功率测量的影响，提高了片状燃料元件释热功率测量的准确性。螺旋管氦屏不与冷却片状燃料元件的较高温度冷却水接触，一定程度上降低了氦气管道以及管道内含氚氦气的温度，从而有利于减小氚的渗透泄露能力。
10、为作为压力边界，形成冷却剂通道，还包括压力管，所述方盒和所述螺旋管氦屏均位于所述压力管的腔室内，所述压力管带有冷却水进口，所述冷却水进口位于所述螺旋管氦屏上方；所述方盒下端和压力管底部连通，所述方盒的上端和冷却水出口连通。本方案中，压力管为采用不锈钢材料的厚壁圆筒形结构，作为压力边界而容纳典型压水堆环境参数的冷却水；这样，冷却水能自上冷却水进口流入，沿外流道向下流动，从而冷却压力管和螺旋管氦屏，随后在压力管以及外管底部折返向上，从而通过内流道，经冲刷冷却片状燃料元件后，从冷却剂出口流出。
11、为将外流道和内流道完全隔开，还包括分流管，所述分流管一端通过中间接头和所述方盒上端连通，所述分流管另一端穿出所述压力管。
12、为减少热量传递，还包括保护管，所述压力管和所述保护管同轴，且从内到外依次设置，所述保护管内侧和所述压力管外侧之间的腔室为氮气腔。本方案中，保护管位于压力管外侧，同样为圆筒形结构；两者之间为氮气腔，充常压氮气，并分别与氮气进口和氮气出口相连。
13、为减小管内外不同流道冷却水之间的热交换，并提供测量引线通道，所述分流管和方盒均采用第一双层管结构，所述第一双本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，还包括压力管(3)，所述方盒(5)和所述螺旋管氦屏(4)均位于所述压力管(3)的腔室内，所述压力管(3)带有冷却水进口(12)，所述冷却水进口(12)位于所述螺旋管氦屏(4)上方；所述方盒(5)下端和压力管(3)底部连通，所述方盒(5)的上端和冷却水出口(13)连通。
3.根据权利要求2所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，还包括分流管(9)，所述分流管(9)一端通过中间接头和所述方盒(5)上端连通，所述分流管(9)另一端穿出所述压力管(3)。
4.根据权利要求2所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，还包括保护管(1)，所述压力管(3)和所述保护管(1)同轴，且从内到外依次设置，所述保护管(1)内侧和所述压力管(3)外侧之间的腔室为氮气腔(2)。
5.根据权利要求4所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，所述分流管(9)和方盒(5)均采用第一双层管结构，所述第一双层管
6.根据权利要求1所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，所述螺旋管氦屏(4)、氦气进口管(18)和所述氦气出口管(17)均采用带填充层的第二双层管结构，所述第二双层管结构从内到外依次包括有内层管、海绵状金属钛管间填充层和外层管。
7.根据权利要求6所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，所述内层管和外层管均采用带致密Al2O3涂层的不锈钢材料制成。
8.根据权利要求1所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，每个所述片状燃料元件(6)宽侧的中心区域处均安装有自给能中子探测器(16)的测量头，若干所述自给能中子探测器(16)的测量头均位于所述方盒(5)内。
9.根据权利要求1所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，最底部的所述片状燃料元件(6)下方设置有若干燃料段进口热电偶(14)；最顶部的所述片状燃料元件(6)上方设置有若干燃料段出口热电偶(15)。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置的功率分区测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，还包括压力管(3)，所述方盒(5)和所述螺旋管氦屏(4)均位于所述压力管(3)的腔室内，所述压力管(3)带有冷却水进口(12)，所述冷却水进口(12)位于所述螺旋管氦屏(4)上方；所述方盒(5)下端和压力管(3)底部连通，所述方盒(5)的上端和冷却水出口(13)连通。
3.根据权利要求2所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，还包括分流管(9)，所述分流管(9)一端通过中间接头和所述方盒(5)上端连通，所述分流管(9)另一端穿出所述压力管(3)。
4.根据权利要求2所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，还包括保护管(1)，所述压力管(3)和所述保护管(1)同轴，且从内到外依次设置，所述保护管(1)内侧和所述压力管(3)外侧之间的腔室为氮气腔(2)。
5.根据权利要求4所述的适用于片状元件的功率瞬态辐照装置，其特征在于，所述分流管(9)和方盒(5)均采用第一双层管结构，所述第一双层管结构中的间...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，杨文华，伍晓勇，孙胜，吴红伟，蒋国富，戴钰冰，张文龙，金帅，何文，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：
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