[发明专利]一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置

说明书

技术领域

本发明属于一种重金属冷却核反应堆的堆芯结构构件领域，具体涉及一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置。

背景技术

随着地球温室效应的加剧和世界气候的变化，核电得到了人们越来越多的重视。核电的大发展必然带来核废料处理的问题。加速器驱动次临界系统(ADS)具有实现嬗变处理高放核废料、生产核燃料等功能，在近年来得到了国际社会的广泛关注。

加速器驱动次临界系统(ADS)是利用加速器产生的高能质子轰击散裂靶生成的中子作为中子源，与次临界堆内的裂变材料发生持续的链式反应。ADS系统利用液态铅铋合金(PbBi)作为散裂靶兼冷却剂除了具有很好的中子学性能之外，还具有优良的抗辐照性能、传热性能和安全特性，可以提高靶系统的寿命和次临界反应堆的安全性，因此，铅铋合金已成为目前ADS设计中散裂靶兼冷却剂的首选材料，也是先进快中子反应堆冷却剂重要候选材料。

国际上大部分的液态金属冷却的快中子堆，都采用池式结构。对于池式研究堆，一回路全部浸泡在一个大的池子中。这就要求保证系统边界的完整性，即反应堆处于密封的状态，在反应堆的上部有覆盖气体(通常选择氩气)保护。所以反应堆的换料系统必须采用机械进行远程遥控操作换料，并且在换料过程中反应堆的顶盖并不打开，保证反应堆上部的屏蔽保护。

由于铅铋冷却剂固有的物理性质，其密度远远大于已有的液态金属钠快堆，对于结构件会产生较大的浮力，并且由于冷却剂在堆芯向上流动对组件产生的力也必须考虑，所以堆芯内部仅仅依靠组件的液力学自紧，来完成组件的固定，其稳定性差，一旦产生组件的窜动，对安全影响较大。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，既可以克服组件在堆芯内的浮力，为燃料组件提供轴向约束，防止燃料元件在液态重金属堆中的窜动，又可以在不拆卸堆芯上栅板的情况下完成遥操换料的组件固定装置。

本发明技术解决方案：一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，包括：堆芯上栅板1、堆芯下栅板9和燃料组件4。堆芯上栅板1的主体2内有蜂窝状六边形栅元6，堆芯下栅板9位于堆芯上栅板1的下部，下栅板9上开有组件安装孔15，与堆芯上栅板1的蜂窝状六边形栅元6一一对应，燃料组件4安装在上栅板和下栅板之间，上部插入上栅板的六边形栅元6内，每个六角形燃料组件4上部和堆芯上栅板1的六边形栅元6内的三个金属弹簧3侧面接触，以此来进行轴向定位，燃料组件4下部插入下栅板9的安装孔15内，随着燃料组件4的下落，管脚的金属扣10滑入环形槽11中，金属扣凸台13的上表面勾住环形槽11的上表面，提供冗余的组件位置限定，以此来提高反应堆的安全性。

在上栅板1的弹簧3或下栅板9的金属扣10出现严重失效的条件下，都可以由两者之间未损坏的固定装置，来进行定位支承，为反应堆提供了冗余保护。此外由于两者都采用滑动结构，不会产生轴向热应力。

在换料的过程中，装料时，将燃料组件4直接从上方插入所需安装的位置即可，当需要将燃料组件4取出时，以换料装置的机械结构将堆芯上栅板的金属弹簧向外顶出燃料组件区域，再将燃料组件4继续向下，金属扣10整体向内运动，组件4向下运动到某一位置时，金属扣10的上端部14滑入上方的辅助活扣12中，辅助活扣12将金属扣10完全勾住，即可将燃料组件4顺利取出。

所述的堆芯上栅板1主体2为圆形，内部为蜂窝状六角形结构，为燃料组件4提供栅元划分，形成多个六角形栅元6，每个六边形栅元的不相邻边内壁面上安装一个弹簧3，堆芯上栅板1通过边缘的连接装置16与反应堆内支承结构连接。

所述弹簧3由单一金属片构成，通过所述栅板主体2的蜂窝状六角形栅元6内壁面支承，燃料组件4在每个六角形栅元的不相邻边的三个内壁与三个弹簧3接触，由这三个弹簧3承受燃料组件4在堆内由于冷却剂流动所产生的震动，防止燃料组件4出现轴向窜动。

所述弹簧3为双驼峰状弹簧，双驼峰状弹簧3中心凹进去的部分卡在六角形栅元6内壁开的方孔中。

所述的燃料组件管脚金属扣10，为长条形，其中部凸台13滑入环形槽11之后可以起到定位支承作用，其上端部14向内的斜面可以保证整个金属扣10在燃料组件取出的过程，牢牢的卡在辅助活扣12之内。

所述的堆芯下栅板9，其栅板主体为圆形，其上有三角形分布的安装孔15，孔口为锥形，燃料组件4从上方插入其中，安装孔15内有环形槽11，环形槽11剖面为斜边向下的梯形，环形槽11与金属扣10配合。