輻照燃料

核燃料在反應堆中經中子輻照，主要發生核裂變和中子俘獲兩個過程，前者生成裂變產物，後者生成超鈾元素(重核素)。

基本介紹

• 中文名：輻照燃料
• 外文名：spent fuel
• 發生過程：核裂變和中子俘獲
• 特點：組分複雜
• 學科：核化學

概念

輻照燃料有一個複雜的組分，且隨進堆燃料組成，堆中的中子譜，堆的比功率或熱功率，輻照時間和冷卻時間的不同而不同。以從核電廠卸出，冷卻150天，燃耗為33 000MWdlt(以鈾計)的輻照燃料為例，在重金屬中，鈾約占95.4%，鈽占約1%，除鈾、鈽外錒系元素約占0.1%，裂變產物約占3.1%。

鑑定裝置

反應堆新燃料組件雖然經過檢驗，入堆前其質量能予以保證，但裝入堆芯運行受輻照後，會有燃料包殼破損，喪失嚴密性的情況發生。為儘早阻止燃料內的裂變產物向堆芯泄漏而造成污染，就必須及時察覺並將其密閉在專門容器內。反應堆運行期間可通過流體採樣鑑別堆中是否有燃料包殼破損，但要判別出有包殼泄漏的燃料組件，就要用堆芯燃料的嚴密性鑑定裝置，趁反應堆大修開蓋倒料的時機對每件燃料組件進行嚴密性鑑定。

堆芯燃料的嚴密性鑑定裝置是採用啜吸技術，把待鑑定的燃料組件封閉在特定體積內，探測該體積內是否存在從燃料包殼內泄漏出的特定放射性核素¹³³xe，來判定該燃料組件包殼嚴密性。

接收裝置設計

已輻照燃料接收裝置（以下簡稱接收裝置）是某型核反應堆換料檢修需要使用的專用設備之一，其功能是完成已輻照燃料組件在空氣中與水下之間的轉運，空中轉運通過換料機進行，水下轉運通過長桿操作工具完成。接收裝置的設計要在滿足其功能的同時保護操作人員免受過量輻照劑量。

設計思路

核反應堆裝卸檢修工具的設計應在滿足防止燃料組件跌落的同時保證操作人員免受超限劑量輻射，因此設計時應滿足以下要求：

（1）接收裝置必須具有輻射安全防護功能，對操作人員起到輻射防護作用；

（2）接收裝置在使用過程中應保證燃料組件的安全；

（3）接收筒在上接收位置時，應能與禁止筒組件的內方孔對準以便燃組件能順暢地通過，並且保證接收筒中的燃料組件在換料機的抓取範圍內；

（4）裝有燃料組件的接收筒在接收位置時不會意外跌落；

（5）燃料組件的接收筒在抓取位置時，操作人員使用燃料組件長桿工具應能方便地轉運燃料組件。

結構介紹

根據接收裝置的各部分結構功能進行劃分，其主要由鑄鋼平台、套環、鉛屏、導軌組件、池壁支撐組件、接收筒、電機傳動裝置及其他部分組成，見圖 1。

圖 1 水下燃料接收裝置

（1）鑄鋼平台、套環和鉛屏

鑄鋼平台用於整個接收裝置在水池面上的支撐，同時也是支承換料機的剛性平台，套環安裝於鑄鋼平台上，其直接與換料機接觸並為換料機提供定位。保證換料機抓具能夠順利進入鉛屏的中心方孔；鉛屏中心方孔是燃料組件從換料機進入接收筒的通道，鉛屏的徑向有180mm 厚的鉛層和 40mm 厚的鋼板作為生物禁止層，頂部有 235mm厚的鋼板（其上部的套環厚度為 165mm）作為生物禁止層。見圖 2。

圖 2 鑄鋼平台堯套環和鉛屏

（2）導軌組件

導軌組件為接收筒的運動提供限制，接收筒沿導軌運動，導軌為曲線導軌，上段豎直，下段向平台外平滑彎曲，當接收筒運行到上接收位置時與鉛屏對接，此時換料機可以抓取或者釋放燃料組件。當接收筒向下運行時就會沿著導軌到達鑄鋼平台外側的抓取位置，此時可以使用燃料組件長桿抓具抓取或者釋放燃料組件。導軌組件包括左導軌和右導軌兩部分，都為 U 型槽導軌，U 型槽能夠對在其中行走的接收筒滾輪進行限制，防止滾輪脫離軌道。導軌組件的下部有導軌正支撐、導軌背支撐及導軌斜支撐等支撐，這些支撐保證導軌剛度。保證裝置經長期運行或存放後不發生位移和變形。

（3）池壁支撐組件

池壁支撐組件由鋼板焊接而成，其一端通過螺栓與導軌組件背面相連線固定，另一端上面焊接有調節裝置，調節裝置的調節螺桿通過支撐盤與水池壁相頂，在現場安裝時，根據水池壁上預留的焊接板位置調整池壁支撐組件的位置，對齊後調節頂緊再將支撐盤與焊接板焊接固定。

（4）接收筒

接收筒組件主要包括接收筒、滾輪、滾輪軸、拉軸、側架及底輪等組成，接收筒承接並包容已輻照燃料組件，上邊沿有一段喇叭導向段方便燃料組件進入。在滾輪軸的兩端安裝有兩個滾輪，兩個滾輪沿著導軌組件上下運行，而接收筒僅與上面的滾輪軸連線，接收筒底部有底輪，當接收筒組件處於導軌組件下部的傾斜段向下運動時，底輪沿著斜槽滑動防止接收筒組件的傾斜。

（5）電機傳動裝置

電機傳動裝置主要由電機、減速器、卷盤、鋼絲繩、軸承以及卷盤支架組件等組成。鋼絲繩連線卷盤和接收筒，電機帶動卷盤轉動實現接收筒的升降運動。電機選用速度控制性能較好且自帶編碼器的伺服電機，其自帶的旋轉編碼器可以間接地給出接收筒位置信息，減速器則採用蝸輪蝸桿結構型減速器。

（6）其它

其他部分主要有轉向滑輪組件、載荷感測用定滑輪及限位裝置等。轉向滑輪組件主要用於改變鋼絲繩的走向。載荷感測用定滑輪中裝有載荷感測器，用來監測鋼絲繩的拉力，為過載保護和失重保護提供信號。限位裝置用來檢測接收筒組件是否到位，為控制系統對電機的控制提供信號輸入，分為上限位裝置、下限位裝置和換料機聯鎖限位。