[其他]制造核燃料棒的自动化系统

说明书

本发明基本上涉及制造用于核反应堆的核燃料棒，更具体地涉及从放射性气体转化成粉末开始，通过加工粉末构成芯块，然后组装成燃料棒，这样的一种制造核燃料棒的独特自动系统。

常规的装入核反应堆的燃料元件一般称为燃料棒，该燃料棒含有裂变性材料，并且被组装成在核反应堆芯中产生足够促成高速核裂变的中子流的阵列集合，由此而以热的形式释放出大量的能量。向这样的反应堆芯中的燃料阵列从下而上地泵入诸如水类的冷却介质，以便汲出一部分热量用于工业生产。

通常，一根燃料棒系为一伸长的空心金属管子并在其内装有核燃料，它们是以圆柱形燃料芯块叠累起来的，管子的两端用上端塞和下端塞封闭，端塞为刚体的并在管端施以环缝焊接，以便严密地封住管端。在反应堆芯工作期间，燃料棒在堆芯内受到高温高压的作用，由于热量的增加而造成管子和芯块伸长和由于冷却介质的流动造成燃料棒震动，因此，芯块的尺寸应做得很准确，使其在芯块和管子内壁间具有可控的径向的间隙，以便适应由于热膨胀和燃料胀大而致的芯块增长。此外，由于芯块是脆性的并且容易在震动作用下劈裂，所以一般在管内上端塞和芯块堆顶部之间设置圈簧，以缓冲由于燃料棒的震动而招致的损坏芯块震动。

燃料棒的制造一般为先将放射性材料做成粉末，再混以所期望的化学成分，然后将该混合成的粉末先做成块儿，再碎成颗粒，再拌以润滑剂，最后压制此润滑了的颗粒成芯块坯。芯块坯被送至高温充氢的烧结炉中烧结而取得所要求的密度和微结构。在此烧结的芯块出炉后，再进行湿磨处理而加工到精确尺寸，并在装它们到燃料棒管内之前进行查视，在放到管中之后，再对燃料棒整体进行几次不同的检查。

因为制造燃料棒涉及到裂变性物质，所以迄今都是遵守放射性物质转换成燃料芯块所要求的几何控制的规章来进行，几何控制关系到安全措施，即采取限制被集合的放射性物质的数量使其远小于裂变所需的临界量，借此来消除产生连锁反应的可能性。这项安全措施可以下述方法实现，即在所限定的分批配件式操作的各制造阶段中对放射性物质和燃料棒部件执行高度人工处理。

例如，对给定浓度的一份放射性物质配料必须在制造过程的一定阶段完全进行处理，并且必须先把设备中所有这一浓度下的残留物质除净，才能对具有不同浓度的另批配料物质进行处理。因此，在每次配料的开始阶段，工人一般先用一个单独的容器从粉末状配料中盛出一小量放射性物质装到混合器中。待将该物质适当地混合，然后即人工地将此混成的粉末转到制芯块阶段，在此阶段即将这一数量的放射性物质加工成芯块坯。然后将芯块坯人工地装到烧结盘上送到烧结炉进料端并人工地卸下，穿过炉膛烧结后人工取出此烧结的芯块并送它到湿磨站，然后将磨后的芯块人工地置于检查托盘上，经过查视后人工地将其插入管子中，该管在使用前已通过各阶段的人工处理，并做过查视、清洁和在其两端附上端塞。

另一规定的要求是必须保持放射性物质从其起初的粉末状到其最后形成完整燃料棒中的芯块状的示踪能力，其最有效的实现方法是，对放射性物质和燃料棒部件在各种制造操作阶段执行高度人工处理。这不太困难，可在开始时从一已知配料中取一定量的放射性物质并将其通过制造操作的连续阶段传送即能鉴定出所制成的燃料棒含有哪种具体配料中的放射性物质。

高度人工处理的方法在燃料棒制造中迄今仍在辅助核工业满足几何控制和示踪能力的规定要求，并因此而在此工业领域中完满地应用了数十年，但同时这种涉及人工处理的情况对提高制造生产率和改进产品质量方面势必会有一定的限制作用。因此就需要开拓一种不同的制造燃料棒的方法，使制造效率和生产率提高，改进产品质量和可靠性，以及同时满足各种规定的要求。

本发明为满足上述需要而对制造核燃料棒设计出一个独特的自动化系统。从将放射性气体转化成粉末开始，通过将该粉末加工成芯块到完成燃料棒的组装，本发明充分汇集了各不同的常规制造过程步骤本身（其中有些迄今仍沿用分批配料式操作）而制造出连续或分步的流水式操作。本发明自动系统设计成具有年产量为400MTU（公吨铀）燃料棒，这表现出与目前用的年产量近200MTU的分批配料系统有明显的前进。