[发明专利]一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统

说明书

技术领域

本发明属于加速器驱动次临界堆（简称ADS反应堆）的换料技术领域，具体涉及一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统。

背景技术

ADS反应堆是上世纪核科学技术发展中两大工程——加速器和反应堆的“结合体”，被认为是最有前景的核废料嬗变技术。ADS反应堆由一台质子加速器、一个散裂靶和一座次临界反应堆组成。加速器产生的质子束流轰击重合金散裂靶件发生散裂反应，产生中子提供给次临界堆芯。散裂反应是由中能质子打到重原子核上，将一些中子轰击出来的过程。每个质子与原子核相互作用能够轰击出20到30个中子。液态铅铋（Pb-Bi）合金由于具有优良的中子物理性能，抗辐照性能而被列为散裂靶和冷却剂主要候选材料。ADS反应堆是一种次临界反应堆，依靠外来散裂中子源驱动运行，不具有维持自持链式反应的能力。如果关闭加速器，ADS反应堆的堆芯中的中子会越来越少，核反应会自动停止。

ADS反应堆同钠冷快堆一样，有一个换料周期。所以，需要一套用于ADS反应堆的换料系统，既能将新组件装入堆芯，又能将堆芯中的乏组件运出，完成一个换料循环。

ADS反应堆换料系统的运行环境和钠冷快堆的有很大区别，主要体现在：首先，ADS反应堆包含一个质子加速器，加速器的质子束管要穿过反应堆的堆顶盖到达堆芯；其次，换料机械需要伸入高密度、强腐蚀性的液态铅铋（Pb-Bi）合金中进行换料操作。

本发明所涉及的系统作为反应堆堆顶盖上的关键部件，使用的是成熟的密封和屏蔽技术，以保障反应堆安全。快中子反应堆堆芯上方装置众多且密封、屏蔽等安全性要求较高，在这种环境下，鉴于转动式部件运动的安全级和可实现度比直动式部件的大，所以大多数快中子反应堆的堆内换料系统多采用旋塞系统搭配直动式换料机或偏转臂式换料机的设计。既然有转动式部件，那么转动缝隙的密封和屏蔽就是一个亟需解决的问题。在钠冷快堆中，采用熔点约为138℃的锡铋合金作为旋塞旋转间隙的密封兼屏蔽材料，密封原理如下：反应堆运行时合金是冷凝的，旋塞无法转动且锡铋合金固体能满足屏蔽的要求；换料、检修之前通过加热器加热使锡铋合金熔化，熔化后液态合金的温度保持在160℃到180℃之间，旋塞可以转动，完成换料、检修等工作。锡铋合金密封技术作为一种通用密封技术，已经被用于大部分旋塞系统中。同理，在本发明所涉及的旋塞系统也采用锡铋合金密封的方式且由于ADS反应堆不需要考虑钠火反应，密封的要求甚至比钠冷快堆要低。

钠冷快堆的换料系统中，控制棒提升机构安装在换料机所在的小旋塞上，大旋塞和小旋塞偏心，小旋塞的运动可以使得控制棒系统运动到和堆芯同心的位置，然后控制棒提升机构可以进行控制棒的调节。但是，在ADS反应堆中，由于加速器质子束管的存在，小旋塞的运动范围被大大削减，如果仍旧将控制棒提升机构安装在小旋塞上，由于小旋塞的转动范围比较小，小旋塞的运动无法将控制棒系统转到和堆芯同心的位置，也就无法实现控制棒系统的功能。

近些年来对ADS反应堆的研究集中在中子物理学性能上，对ADS反应堆的换料系统的研究文献比较少或者没有详细描述，但是由加速器带来的ADS反应堆的换料问题亟需解决。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，能够很好的完成ADS反应堆的换料循环而不影响到ADS其他系统的正常工作。

本发明技术解决方案：一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，包括：换料机1、第一小旋塞2、大旋塞3、加速器质子束管4、控制偏转桶5、第二小旋塞6和控制棒系统8；第一小旋塞2和第二小旋塞6安装在大旋塞3上，换料机1安装在第一小旋塞2上，控制偏转桶5连接在第二小旋塞6上，加速器质子束管4穿过大旋塞3中心并与大旋塞3同轴，控制棒系统8布置在控制偏转桶5上；第一小旋塞2和第二小旋塞6分别与大旋塞3偏心，换料机1与第一小旋塞2偏心，控制偏转桶5与第二小旋塞6偏心；加速器驱动次临界堆不换料时，控制偏转桶5位于堆芯7的正上方，控制偏转桶5上开有通槽13，控制偏转桶5可以通过通槽13接近或脱离加速器质子束管4；加速器驱动次临界堆换料时，首先，第二小旋塞6旋转带动控制偏转桶5与加速器质子束管4脱离，其次，大旋塞3绕加速器质子束管4转动，带动第一小旋塞2运动，大旋塞3和第一小旋塞2的旋转联动可以将换料机1带到堆芯7上的所有位置进行换料操作。

所述控制偏转桶5是一个圆柱状机构，连接在第二小旋塞6上，控制偏转桶5上开有通槽13，控制棒系统8布置在控制偏转桶5内，控制偏转桶5可以在第二小旋塞6和大旋塞3的带动下接近和脱离加速器质子束管。