[发明专利]一种高温气冷堆同轴型电气贯穿件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于核反应堆技术领域，特别涉及一种高温气冷堆同轴型电气贯穿件及其制备方法。

背景技术

高温气冷堆是第四代核能系统的代表性堆型，具有低功率密度、高出口温度、高发电效率等特点，由于包覆颗粒燃料元件的耐高温特性以及单个反应堆模块功率的可限制性，高温气冷堆可在任何瞬态和事故情况下，仅靠热传导和热辐射等自然机制，保证燃料最高温度不超过限值，从技术上避免了类似堆芯熔化严重事故的发生，因此，相比传统的压水堆核电站，其固有安全性特征明显。

电气贯穿件是贯穿核电站压力壳和安全壳的关键设备，为反应堆内各种用电设备输送电能或控制信号，同时保证核反应堆的密封，对确保高温气冷堆压力边界的完整性至关重要，是高温气冷堆安全防护最重要的屏障。高温气冷堆一回路中密封的热传递介质为高温、高压的纯氦气，较压水堆的水蒸汽而言对电气贯穿件的耐高温、耐气密、耐老化等要求更高，制造技术难度也更大。

在高温气冷堆吸收球料位的测量中，对射频导纳信号的测量需要使用同轴电缆。同轴型电气贯穿件是这些同轴电缆信号贯穿高温气冷堆压力壳的一种馈通手段。其功能除了要高质量传输这些高频信号之外，更重要的是实现核反应堆的密封性。

现有同轴型电气贯穿件一般由内导体、内绝缘层、内屏蔽层、外绝缘层、外屏蔽层组成。其中绝缘材料主要采用有机物，包括聚砜、聚醚醚酮和聚酰亚胺等。这些材料都不能完全满足高温气冷堆压力壳电气贯穿件耐高温、耐高气压、耐辐照等的要求。这些有机物在高温、强辐照等使用条件下，其电绝缘及机械性能会显著降低，容易存在安全隐患，因此会影响产品的使用寿命。

因此，采用传统有机物作为绝缘材料的同轴型电气贯穿件无法满足高温气冷堆设计要求。而无机玻璃具有很好的耐高温性能和电绝缘特性，是作为电气贯穿件绝缘材料的绝佳选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温气冷堆同轴型电气贯穿件及其制备方法，其特征在于，所述高温气冷堆同轴型电气贯穿件由内金属导体1、内绝缘玻璃层2、内屏蔽金属层3、外绝缘玻璃层4和外屏蔽金属层5封接而成。

所述内金属导体为可伐合金。

所述内绝缘玻璃层为热膨胀系数5-6×10^-6/K的无机玻璃。

所述内屏蔽金属为4J43或4J45合金。

所述外绝缘玻璃层为热膨胀系数8-9×10^-6/K的无机玻璃。

所述外屏蔽金属为10号钢、30CrMnSiA合金结构钢或16Mn钢。

所述高温气冷堆同轴型电气贯穿件的制备方法，包括以下步骤：

(1)内绝缘玻璃层预成型坯体，将满足内绝缘玻璃层要求的一定量的玻璃粉中加入石蜡，在加热条件下充分拌匀后冷却、造粒、过筛，然后在干压成型机上成型，再经过排蜡玻化后得到内绝缘玻璃层的成型坯体；

(2)外绝缘玻璃层预成型坯体，将满足外绝缘玻璃层要求的一定量的玻璃粉加入石蜡，在加热条件下充分拌匀后冷却、造粒、过筛，然后在干压成型机上成型，再经过排蜡玻化后，得到外绝缘玻璃层的成型坯体；

(3)将经过预处理的内金属导体、内绝缘玻璃层预成型坯体、内屏蔽金属、外绝缘玻璃层预成型坯体和外屏蔽金属用烧结夹具组装在一起，并放入气氛炉中封接，得到所述高温气冷堆同轴型电气贯穿件。

所述步骤(1)中，内绝缘玻璃层用玻璃粉的各组分及重量百分比为：SiO₂ 50～70％，B₂O₃ 10～20％，Na₂O 3～8％，K₂O 3～8％，ZnO 0～6％，BaO 2～8％，Sb₂O₃ 0～3％，余量为Al₂O₃。

所述步骤(2)中，玻璃粉体的各组分及重量百分比为：SiO₂ 40～50％，B₂O₃ 3～10％，Al₂O₃ 1～5％，La₂O₃ 1～5％，Li₂O 1～3％，Na₂O 3～7％，P₂O₅ 2～6％，BaO 35～45％，TiO₂ 3～7％，WO₃ 1～2％。

所述步骤(1)和(2)中，玻璃粉体与石蜡的质量比为20：1。