[发明专利]重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及核燃料循环技术领域，具体地，涉及重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统及工艺。

背景技术

为缓减我国核电站快速发展带来的铀资源压力、压水堆乏燃料元件处置压力和解决重水堆未来的发展方向，我国开展了压水堆回收铀应用于重水堆燃料元件试验验证，以评价燃料元件的辐照性能，其中裂变气体释放率是评价燃料元件的辐照性能的一个关键技术指标。这是因为裂变产物Kr和Xe从燃料芯块释放到包壳和燃料芯块间的空腔中，一方面会引起燃料芯块的辐照肿胀，导致燃料芯块与包壳的相互作用加剧；另一方面增加了燃料元件的内压，造成燃料元件内压升高和热导率降低，导热能力的降低会造成芯块温度的增加，促进裂变气体从燃料芯块的释放，导致元件内压进一步升高，形成恶性循环，严重时导致燃料元件失效，甚至影响反应堆的安全运行。只有辐照后燃料元件的裂变气体释放率准确测量，才能为新型燃料元件的设计、制造和性能改进提供依据，才能确反应堆的安全运行。重水堆燃料棒气腔很小，近似于实芯棒，几何间隙累积体积较小，约0.5ml，对燃料棒裂变气体释放和测量提出更高的要求。为了准确测量重水堆燃料元件裂变气体释放率，为压水堆燃料元件回收铀用于重水堆燃料元件的设计、制造和性能改进提供依据，开展了重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统的研制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种完成了重水堆燃料元件裂变气体释放、测量与收集的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统及工艺。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统，包括用于对重水堆燃料元件进行钻孔并将裂变气体完全释放出来的钻孔装置、用于测量所述重水堆燃料元件内部空腔体积的标定机构、用于对钻孔装置释放出来的裂变气体进行加压收集的收集装置、以及用于对钻孔装置、标定机构和收集装置进行抽真空的真空机组，钻孔装置的裂变气体导出管通过管路连接收集装置，钻孔装置与收集装置构成封闭的管路系统，标定机构和真空机组均连通由钻孔装置与收集装置构成的封闭管路系统，从而真空机组能够对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统进行抽真空。

还包括电气控制系统，电气控制系统与由钻孔装置、标定机构、收集装置、真空机组构成的管路系统内的阀门和仪表电连接，对钻孔装置、标定机构、收集装置、真空机组及各连接管道上的阀门进行集中控制，并采集、表征钻孔装置、标定机构、收集装置、真空机组、各连接管道上的阀门及各设备上仪表的工作状态或参数。

钻孔装置包括机架，机架上设置有密封座A，密封座A内设置有用于安装重水堆燃料元件的孔A，所述的密封座A上还设置有用于密封重水堆燃料元件与密封座A的孔A之间间隙的密封件，密封座A连接有气体收集座，气体收集座具有贯穿气体收集座且垂直于孔A的通孔B，气体收集座设置有连接通孔B的裂变气体导出管，密封座A上设置有连通孔A和通孔B的一端的孔C，气体收集座通过可轴向伸缩的管件连接密封座B，管件的一端连通通孔B的另一端，密封座B具有贯穿密封座B的轴孔，管件的另一端连通轴孔，孔C、通孔B、管件和轴孔均同轴设置，密封座A与气体收集座之间、气体收集座与管件之间、管件与密封座B之间均为密封连接结构；密封座B上安装有电钻，电钻的电机轴连接有轴，轴可转动地安装于密封座B的轴孔内，轴与轴孔之间设置有密封轴与轴孔之间间隙的动密封结构，轴的下部位于由管件、通孔B和孔C构成的通道内，钻头固定安装于轴的下端，机架上固定安装有驱动电钻沿轴的轴向往复运动的驱动装置。

使用时，将重水堆燃料元件插入密封座A的孔A，通过密封件密封重水堆燃料元件，开启真空系统，对系统抽真空，当系统真空度达到技术要求时，开启电钻电源，启动电钻，驱动装置驱动电钻，电钻的电机轴通过轴带动钻头旋转，高速旋转的钻头随电钻轴向运动到重水堆燃料元件包壳表面，并钻穿重水堆燃料元件包壳，裂变气体开始释放，当钻头达到一定深度，驱动装置限制钻头移动，关闭电钻电源，驱动装置轴向撤出电钻，钻头离开重水堆燃料元件，裂变气体完全释放出来，进入气体收集座的通孔B进行收集，钻孔完成。动态密封结构实现钻孔过程中的动密封。

该钻孔装置能够在强放环境中将重水堆燃料元件的包壳刺穿，针对空腔体积小、类似实芯棒的重水堆燃料元件，实现定点和定位刺孔。

所述的机架上还安装有将密封座A的孔A内安装的重水堆燃料元件从孔A内顶出的卸料装置。当钻孔完成后，燃料元件无法取出时，可以使用卸料装置将燃料元件推出密封座A。

所述的驱动装置为驱动气缸A，驱动气缸A沿与轴的轴线平行的方向设置，电钻与驱动气缸A的活塞杆固定连接。