[发明专利]用于乏燃料元件燃耗测量的自动化放化分离系统

说明书

技术领域

本发明属于核燃料循环中乏燃料元件燃耗测量技术领域，具体涉及一种用于乏燃料元件燃耗测量的自动化放化分离系统。

背景技术

燃耗值是评价反应堆物理设计、堆功率分布、堆安全运行、同位素生产以及核燃料元件制造等的一项重要参数，也是改进反应堆燃料性能必不可少的指标。燃耗分析的方法有无损法和破坏性分析法，国际上公认的最准确的燃耗分析方法是破坏性分析法。由于堆型不同、分析目的和要求不一、元件结构、包壳材料、铀浓缩度、堆运行工况等各不相同,燃耗测定方法也有所不同。但无论采取哪种方案，破坏性分析法测定燃耗都需要把元件加以切割、溶解,然后从具有众多核素的元件溶解液中分离出监测体核素。

目前公开的用于燃耗测定的放化分离系统的文献较少，有些文献公开了放化分离方法，但是均存在以下缺点：1)技术环节多、分离流程繁琐，造成一次燃耗测量需要30多人参加；2)分离方法采用手动操作，造成研究人员所受剂量大(达数百居里)，分离过程的收率、去污因子等不一致等问题。3)耗时长。一次燃耗测量耗时长达1年以上，不能满足核电高速发展对元件燃耗快速测量的需求。燃耗测量的自动化放化分离系统可以解决上述问题，有关这方面的工作国内外均未见报道。

发明内容

(一)发明目的

根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种能够对Pu、U、Mo、Nd、Cs五种监测体核素同时进行分离、分离时间短、分离系统简单且能实现自动化的放化分离系统。

(二)技术方案

为解决现有技术所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

用于乏燃料元件燃耗测量的自动化放化分离系统，该系统由溶解单元、调料单元、分离单元及控制系统组成，溶解单元、调料单元和分离单元通过料液输送管连接；

其中，溶解单元包括溶解器，溶解器为双层且带有三颈的圆瓶状结构，其中一颈和冷凝管相连，一颈放置底部为蜂窝状结构的投料管，另一颈内插入料液输送管实现溶解器和调料单元的连接；溶解器的内层盛装用于溶解乏燃料元件的溶解液，外层用于盛装高温水或冷却水；

分离单元主要包括Mo分离柱、Nd分离柱、Pu分离柱、U分离柱及Cs检测单元，其中Mo分离柱为SiO₂-P-α-安息香肟树脂柱，Nd分离柱为HZ-001型树脂柱、Pu分离柱为N256阴离子树脂柱、U分离柱为TBP树脂柱，Cs检测单元主要为γ探测器；

调料单元包括用于浓度稀释的浓度稀释器、用于同位素稀释的同位素稀释器、Pu调料槽、U调料槽、Nd调料槽、电磁阀及向料液提供动力的蠕动泵，其中Pu调料槽、U调料槽和Nd调料槽的开关由电磁阀控制，浓度稀释器和同位素稀释器通过蠕动泵和料液输送管串联连接；乏燃料元件在溶解器里溶解后经蠕动泵泵至浓度稀释器，经浓度稀释后经蠕动泵泵至同位素稀释器，经同位素稀释器稀释后的料液分为5份，其中一份料液经Nd调料槽调料后进入Nd分离柱，一份料液经Pu调料槽调料后去往Pu分离柱，一份料液经U调料槽调料后进入U分离柱，另2份料液可分别直接进入分离单元的Mo分离柱和Cs检测单元；

控制系统由控制箱和计算机组成，通过控制系统控制溶解单元、调料单元中高温水浴槽、低温水浴槽、蠕动泵和电磁阀的开关，实现对该分离系统的远程控制和自动化操作。

优选地，所述溶解器内层盛装的溶解液为王水；溶解器外层设置有进、出接口，用于连接溶解器外的高温水浴槽和低温水浴槽；其中高温水浴槽和低温水浴槽提供的水温分别为75～90℃和20～30℃，实现在溶解开始时加热溶解液，溶解结束后，快速冷却溶解液。

优选地，在所述同位素稀释器里同时加入已知含量的²³³U、²⁴²Pu、⁹²Mo、¹⁵⁰Nd四种同位素稀释剂。

优选地，所述调料单元的浓度稀释器里加入的为0.8mol/L HNO₃，溶解液与加入的硝酸的体积比为约为1:200。

优选地，冷凝管上端通过管道和缓冲瓶及集液瓶相连，防止乏燃料元件溶解过程中溶解液挥发到环境中。

优选地，溶解器放置在磁力搅拌器上，通过搅拌作用使元件快速溶解，并保证溶解液浓度均匀。

优选地，所述溶解器为玻璃材质，投料管为聚四氟乙烯材质。