[发明专利]一种磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置及方法。该方法通过主体容器顶盖的分布式顶吸磁体选择中子毒物棒的数量和排列方式，通过主体容器侧面的吊篮控制模块带动吊篮沿轨道移动，将选定的中子毒物棒垂直放入装置的下部空间，待开展完带中子毒物棒的临界实验后，再控制装置内吊篮返回装置上部空间，中子毒物棒重新被装置顶盖的分布式顶吸磁体吸附固定在装置上部空间。该方案在完全密封、无接触的条件下，实现了有棒、无棒、不同数量、不同材质、不同排列、不同高度的中子毒物棒布置方案，避免了放射性物质泄漏出临界实验装置，造成气溶胶污染等放射性危害，是一种先进的、具有工程可行性的含钚易裂变材料溶液系统临界实验技术。

技术领域

本发明涉及反应堆外易裂变材料的实验技术，适用于含钚易裂变材料溶液系统的临界实验，具体涉及一种磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置及方法。

背景技术

核临界安全是核工业的生命线。我国采取了对乏燃料进行后处理的闭式燃料循环方式，即对核电站卸出的乏燃料元件进行处理，分离和回收未烧尽的铀和新生成的钚，同时对放射性废物进行处理，满足处置要求，并将后处理回收的铀和钚可再制成燃料元件返回核电站使用。

在乏燃料后处理过程中，易裂变材料的形式主要以溶液形态存在，且大多为含钚的易裂变材料溶液。考虑后处理工程的处理量要求，钚溶液的操作、贮存设备大多体积较大，中子毒物是进行临界安全控制的主要手段。而为验证中子毒物临界安全控制方式的可靠性和临界安全分析程序的计算偏差及其不确定度，一般采用相似的临界基准实验进行验证。为此，国外开展过大量的临界基准实验，其中就有多种形式的含中子毒物棒的钚溶液临界基准实验。这些实验开展的年代较早，中子毒物棒的布置多采用了手套箱的形式。

随着我国开始规划临界实验室的建设项目和相关的科研项目，含中子毒物棒的钚溶液临界实验装置设计正开展初步的方案设计。其中，由于钚溶液易产生气溶胶放射性污染，中子毒物棒的布置设计遇到了较大的挑战。

如果采用手套箱从装置顶部开盖后人工或机械远程操作的方式，需要在装置下部位置预先布置至少两层高度方向上有一定间距的栅格板，并且为保证中子毒物棒插入栅格板后的位置精度，栅格板开孔与中子毒物棒直径需较为接近，鉴于装置总高度较高，连续两次准确插入栅格板的难度很大，如果采用机械手的方式难度更大。且装置顶部开盖后，装置内的残留易裂变溶液会产生较多的放射性气溶胶，给空气过滤净化和人员辐射防护也带来了很大困难。

如果在临界实验装置中预先布置足够数量的中子毒物棒套管，不开展中子毒物棒的临界实验时，中子毒物棒移至套管的上部空间，在需要开展中子毒物棒的临界实验时，采用类似控制棒驱动机构的驱动装置将其放下。该种方式的稳定性较高，但需要较多的驱动装置，而且预先设置的中子毒物棒套管占用了很多的空间，会造成装置体积增大，且装置无法开展不含中子毒物棒套管的临界实验。

如果能在完全密封且无接触的情况下，实现有棒、无棒、不同数量、不同材质、不同排列、不同高度的中子毒物棒布置方案，将能很好的解决上述含中子毒物棒的钚溶液临界实验装置初步方案设计中遇到的难题。

从工程应用的角度来看，由于乏燃料后处理厂的工艺流程复杂、放射性强、临界安全要求高，开展充分的临界实验验证是非常有必要的，随着大型乏燃料后处理厂设计、建设和运行，对开展含中子毒物棒钚溶液临界实验的需求也非常强烈，为此，开发一种完全密封条件下无接触的布置中子毒物棒的方案是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置及方法，满足含钚易裂变材料溶液临界装置中密封情况下布置不同数量和不同排列的中子毒物棒的实验需求。