[发明专利]用超声波清理有辐射性的核子燃料组件的装置和方法

说明书

本申请享有对1999年4月8日提出的系列号为60/128 391的题为“用超声波清理有辐射性的核子燃料组件的装置和方法”的临时专利申请的优先权。

发明简要说明

本发明总的涉及核子动力站的维护，尤其涉及一种用超声波清理核子动力站的有辐射性的核子燃料组件的技术。

发明背景

在核子动力反应堆工作过程中，各种杂质和反应堆冷却剂的产物沉积在核子燃料组件上。这些沉积物可以多种方式影响核子动力站的工作和维护，例如：(a)这些沉积物的中子的性质可能对核子反应堆的性能有不利影响；(b)这些沉积物的耐热性，可使燃料棒的表面温度升高，从而可能导致燃料棒材料毁坏；(c)当这些沉积物在整个反应堆冷却剂系统中重新分配时，它们的放射性衰变会造成工作辐射暴露，尤其是在动力瞬变过程中更是如此；(d)这些沉积物使通过用肉眼和涡流方法检查这些有辐射性的核子燃料组件变得非常复杂；(e)从燃料棒上释出的沉积物，会降低消耗燃料池的可见度，严重地延迟在停止加燃料过程中在该燃料池中进行的其他工作；(f)一旦这些燃料组件重新装在该反应堆中，这些沉积物会第二次或第三次辐射；它们以有害的方式形成一批可以重新在新的燃料组件上分配的材料。目前，除了缓慢的手动方法以外，还没有有效的和廉价的清除有辐射性的核子燃料组件上的这种沉积物的方法。

近来报告，在加压水反应堆(PWRs)中有异常的轴向偏移现象(ACA)出现。ACA是由于反应堆和主要系统的局部热-液力条件与初级侧的流体杂质特性综合造成的，沉积物在燃料棒上形成金属包壳的一种现象。这些沉积物象毒物一样，作用于核子反应，并且沿着堆芯的轴线，造成不正常的动力分配，使在某些工作条件下的安全系统降低。AOA迫使某些核子动力站要长期地减小反应堆的功率水平。

由于AOA的问题，因此必需开发一种有效的、廉价的去除加压水反应堆(PWR)中的燃料沉积物的机构。为了将总的各种沉积物的辐射性减少至工厂人员能接受的较低的剂量率，改善燃料的检查，使燃料能够长期地干燥贮存，和便于收集杂质样品供分析使用，这种机构也是较理想的。

已经提出了几种清除PWR燃料沉积物的方法。一种方法是在原地，用化学方法清理反应堆中的燃料组件；或是取下至一个单独的清理室之后进行化学方法清理。这种方法有几个问题，即：成本、清理用的化学药品的腐蚀作用，和难以处理所产生的高度污染的化学物质。这种化学方法的最大缺点是耗费时间多，需要几个小时才能清理一个燃料组件。

所采用的另一种方法是使冰的碎屑在一个清理室中循环，这时，通过燃料棒的冰屑流，慢慢地将沉积物除去。这种方法有一些令人担忧的地方，这包括：清理的有效性，难以使冰屑通过某些燃料支承结构，需要制造大量的冰屑，低温对燃料棒结构整体性的影响，和硼在消耗的燃料池中的稀释。

过去，在制造过程中，曾经用通常的超声波来清理单个的燃料棒和燃料通道。然而，通常的超声波由于每单位体积所能产生的功率密度低，因此，在清理有辐射性的燃料组件中的大捆的燃料棒时，不是非常有效的。另外，通常的清理用的超声波传感器较大，难以在一般的核子动力站燃料池中实现。

考虑到上述的问题，因此非常需要提供一种省时、有效、成本低的清除有辐射性的核子燃料组件中的沉积物的方法。

发明概要

本发明包括一种用于清理有辐射性的核子燃料组件的装置。该装置包括一个容纳核子燃料组件的壳体。在该壳体上安置着一组超声波传感器，用以供给沿径向发射的全方位的超声波能量，以除去该核子燃料组件上的沉积物。

本发明的方法旨在清理一个有辐射性的核子燃料组件。该方法包括将一个核子燃料组件安置在靠近该壳体的地方的步骤。然后，从安置在该壳体上的传感器，将径向发全方位的超声波能量，送往该核子燃料组件，以除去该核子燃料组件上的沉积物。

附图简要说明

为了更好地了解本发明，可以参考以下结合附图进行的详细说明。其中：

图1为根据本发明的一个实施例制造的一种超声波清理装置的正视图；

图2表示根据本发明的一个实施例所使用的，用以产生沿径向方向发射的全方位能量的一种超声波传感器；

图3为图1所示的超声波清理装置的侧视图；

图4为一个核子燃料组件放在内面的图1所示的超声波清理装置的平面图；

图5表示根据本发明的一个实施例所使用的图1所示的超声波清理装置，和相应的泵与过滤设备；

图6(a)～6(c)表示将一个燃料组件放入本发明的超声波清理装置的壳体内的过程；

图7表示使用安置在对角线上的超声波传感器的本发明的一个实施例；