[发明专利]一种金属型快堆燃料元件辐照试验装置

说明书

本发明公开了一种金属型快堆燃料元件辐照试验装置，可用于在热谱研究堆内进行金属型快堆燃料的中子辐照试验；该装置可提供中子能谱硬化、金属燃料辐照温度控制、燃料元件释热功率测量等功能；本发明的装置包括保护管、镉管、辐照试验件以及相关的气体管道、热电偶等组成；本发明采用镉金属层吸收热中子降低装置内的热中子注量率，从而使得试验燃料元件的中子能谱接近快中子反应堆。本发明的装置通过气隙与燃料棒外液态金属层建立温差，通过独立调节各辐照件的气隙气体成分，将不同辐照件内的燃料芯体温度控制在所需的温度区间内。

技术领域

本发明涉及堆辐照技术领域，具体地，涉及一种金属型快堆燃料元件辐照试验装置。

背景技术

第四代核能系统国际论坛(GIF)提出的6种第四代先进核能系统堆型中，其中的5种堆型采用了快中子能谱的反应堆设计。快中子反应堆是未来先进裂变能系统的主力堆型，承担者提升核能系统发电效率、显著提高铀资源利用率的重大期望。快中子反应堆技术如果与先进的燃料后处理技术结合，并最终建立闭式燃料循环体系，则有望利用现有探明的铀资源储量满足近千年的人类能源需求。

先进燃料元件的研发是快中子反应堆技术研发的重要内容。金属型燃料因具有优异的燃料增殖能力，是快中子反应堆燃料的发展方向。与现有陶瓷燃料的“湿法”燃料后处理工艺相比，金属型燃料可以采用“干法”燃料后处理工艺，有利于实现低成本的大规模燃料后处理。金属型快堆燃料因辐照生长现象显著，给其实际应用带来了一系列的困难。目前，快堆金属型燃料处于研究验证阶段，距离工业化应用仍有一段距离。

中子辐照试验是金属型快堆燃料研发与验证的关键步骤，是研究金属燃料辐照生长对燃料元件整体性能影响的必须研究手段。由于国内外现有快中子反应堆辐照资源极为有限，采用已有丰富使用经验的高中子通量热谱研究堆，开展快堆燃料元件的中子辐照试验研究是合理可行的方法，也是国外相关机构广泛采取的方法。

为在热谱研究堆内开展金属型快堆燃料中子辐照试验研究，须解决或改善中子能谱差异的影响，建立并维持燃料辐照温度在一定范围之内，从而实现对快堆燃料实际运行工况的模拟试验。因此，须依托已有的高中子通量研究堆，研发适用于金属型快堆燃料元件辐照试验的辐照试验装置与相关技术。

发明内容

本发明的目的是获得一种适用于金属型快堆燃料元件的辐照试验装置，可用于在热谱研究堆中进行金属型快堆燃料元件的辐照试验。本发明可以实现快堆燃料元件辐照试验时的中子能谱硬化改善，满足金属型燃料元件辐照所需的辐照温度范围，并可在同一辐照装置中搭载多根试验燃料元件进行辐照试验。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种金属型快堆燃料元件辐照试验装置，所述装置包括：

保护管和辐照试验体；辐照试验体包括N个辐照试验单元，N为大于或等于4的正整数，辐照试验体安装在保护管内，保护管与镉管之间的区域为外侧冷却水流道；每个辐照试验单元两端均设有过渡端，第一个辐照试验单元的其中一个过渡端与第二个辐照试验单元的其中一个过渡端连接，第二个辐照试验单元的另外一个过渡端与第三个辐照试验单元的其中一个过渡端连接，…，第N-1个辐照试验单元的另外一个过渡端与第N个辐照试验单元的其中一个过渡端连接，第N个辐照试验单元的另外一个过渡端与保护管的一端连接；辐照试验单元包括：镉管以及位于镉管内的辐照试验件，镉管与辐照试验件之间的区域为内侧冷却水流道；过渡端为无镉金属层，并设计有一系列开孔，用于设置并安装辐照件固定结构、进出口气管和热电偶接管；每个辐照试验件上下端部位置均设置有热电偶，用于测量相应轴向位置的内侧流道冷却水温度，辐照试验件的内套筒下部设置一根贯穿内套筒与燃料元件下端塞的热电偶，用于测量燃料芯体的温度。

为在热谱研究堆内进行金属型快堆燃料的中子辐照试验，相应辐照试验装置须提供中子能谱硬化、金属燃料辐照温度控制、燃料元件功率测量等功能，并要求辐照试验装置具有较强的试验燃料元件搭载能力。