[发明专利]一种球形燃料元件解体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形燃料元件解体装置，属于核燃料元件后处理技术领域。

背景技术

高温气冷堆(HTGR)以其固有安全性好、发电效率高、用途广泛等优点受到了世界各国，特别是发展中国家的重视，有望作为第四代先进反应堆型之一得以广泛应用。高温气冷堆属于模块式球床堆，其球形燃料元件的直径为60mm，是由包覆燃料颗粒(直径约为0.92mm)和基体石墨粉混合压制成燃料芯球(直径为50mm)，再在燃料芯球外面压制5mm厚的基体石墨壳构成，每个球含铀约5-7g。球形燃料元件在高温气冷堆内运行，燃耗达到一定要求后排出成为乏燃料球，其中含有铀、裂变产物、超铀元素等。

为了进一步提高高温气冷堆安全性，改进燃料元件的设计和制造水平，亟需开展球形燃料元件辐照后性能研究，探索包覆颗粒在堆内和事故状态下的破损机制。这就需要将辐照后的燃料元件解体，获得与石墨基体分离并且结构完整的包覆颗粒样品；同时，还需要保留颗粒在元件中的相对位置信息，为包覆燃料的破损研究提供更多线索。

目前，将球形燃料元件中解体并分离出包覆颗粒的方法有很多种，例如氧化法、燃烧法、机械破碎法、电解法等。其中，氧化法采用强氧化性物质(如液Br₂)腐蚀燃料元件的石墨层，但是强氧化剂对常规设备的腐蚀性使该方法的应用受到很大限制；直接燃烧法和机械破碎法耗能高、污染大、容易破坏包覆颗粒的层结构，而且无法得到颗粒的位置信息。专利CN1885439A及CN101252028A公开了一种基于电解插层氧化法对基体石墨球剥离和破碎的方法，在适当的电解电流及电解液条件下能够实现石墨球的解体破碎。电化学解体方法条件温和、易于控制，但在上述两个专利文献中无法获得包覆颗粒的位置信息，且不适合在密闭的屏蔽室，如热室或手套箱中通过机械手进行远距离操作。

发明内容

本发明的目的是提出一种球形燃料元件解体装置，以适用于高温气冷堆球形燃料元件辐照后性能的研究。

本发明提出的球形燃料元件解体装置，包括底座、门形立柱、旋转电机、升降模块、旋转模块、悬臂支架、电解池、丝杠电机、标尺、网状阴极、滚珠丝杠、丝母、滑座、夹具、连接架、直流电源、限位开关、导轨和开口槽；所述的门形立柱的一侧固定在底座1上，立柱上有开口槽，旋转模块与门形立柱的另一侧相对固定；所述的悬臂支架的短臂与旋转模块的输出轴联动，旋转电机固定在悬臂支架的长臂的端部；所述的升降模块固定在门形立柱一侧的上部或下部；所示的电解池通过连接架与丝母相对固定；在升降模块的作用下，丝母带动电解池沿着开口槽在滚珠丝杠上做竖直上下运动，并通过滑座和导轨的结合作用保持稳定；电解池中设有网状阴极，网状阴极与直流电源的负极相连接；待解体燃料元件通过夹具与旋转电机的输出轴联动，输出轴与直流电源的正极相连接。

本发明提出的球形燃料元件解体装置，其优点是，能够将包覆颗粒从石墨基体中逐步剥离出来，且能从外到内在元件不同半径处取样，用于辐照后燃料元件中包覆颗粒的破损机理研究和燃耗及裂变产物的分析。由于辐照后的燃料元件具有很强的放射性，该装置还易于在密闭的屏蔽室内通机械手进行远距离操作。本发明提出的球形燃料元件解体装置，设备紧凑，操作方便，易于实现远程控制，能够明确破损包覆颗粒在燃料元件中的具体位置,非常有利于辐照后或热处理后燃料元件中包覆颗粒的破损机理研究和燃耗及裂变产物的分析，并有效避免各批次样品间的干扰及污染。

附图说明

图1是本发明提出的球形燃料元件解体装置的结构示意图。

图2是图1所示的球形燃料元件解体装置的右视图。

图3是图1所示的球形燃料元件解体装置中升降模块为旋转手柄、旋转模块为悬臂支架手动弧形旋转时的结构示意图。

图4是图1所示的球形燃料元件解体装置中升降模块为丝杠电机、旋转模块为旋转电机的结构示意图。

图5是本发明提出的球形燃料元件解体装置二步电解的示意图。

图1—图4中，1为底座，2为门形立柱，3为旋转电机，4为悬臂支架，5为待解体燃料元件，6为电解池，7为升降模块，8为旋转模块，9为标尺，10为网状阴极，11为滚珠丝杠，12为丝母，13为滑座，14为夹具，15为连接架，16为直流电源，17为限位开关，8为导轨，19为开口槽。

具体实施方式