本實用新型屬于核設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于乏燃料處理的鉛鉍堆ADS的堆芯結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

ADS為加速器驅(qū)動次臨界潔凈核能系統(tǒng)，鉛鉍堆ADS的堆芯結(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)質(zhì)子束流轟擊重金屬散裂靶，引起散裂反應(yīng)，為次臨界堆提供外源中子以驅(qū)動反應(yīng)堆內(nèi)的核反應(yīng)，從而實現(xiàn)核廢料嬗變等功能。反應(yīng)堆使用的堆芯要求可靠度高和安全性好，目前在鉛鉍堆ADS的堆芯設(shè)計中，存在著設(shè)計復雜，體積龐大，制造難度大，經(jīng)濟性差等問題。因此需要設(shè)計一種堆芯解決以上提出的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型旨在提出一種鉛鉍堆ADS的堆芯結(jié)構(gòu)，以有效地解決由于堆芯設(shè)計復雜帶來的可靠性和安全性差等問題，提高ADS反應(yīng)堆的效率。

為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種鉛鉍堆ADS的堆芯結(jié)構(gòu)，包括：

鉛冷靶區(qū)，所述鉛冷靶區(qū)為圓筒狀空腔結(jié)構(gòu)，所述鉛冷靶區(qū)的外側(cè)上部且環(huán)繞鉛冷靶區(qū)設(shè)有頂部鈹反射層，所述鉛冷靶區(qū)的外側(cè)下部且環(huán)繞鉛冷靶區(qū)設(shè)有鉛冷卻劑，所述鉛冷卻劑的上表面與頂部鈹反射層的下表面接觸，所述鉛冷卻劑和所述頂部鈹反射層的外側(cè)分別環(huán)繞有聚乙烯側(cè)反射層，所述聚乙烯側(cè)反射層外側(cè)環(huán)繞有底反射層；

所述頂部鈹反射層區(qū)域內(nèi)設(shè)有多個第一富集度燃料組件，所述聚乙烯側(cè)反射層區(qū)域內(nèi)設(shè)有多個第二富集度燃料組件，所述鉛冷卻劑和聚乙烯側(cè)反射層的底部設(shè)有活性區(qū)底板，所述活性區(qū)底板上開有與鉛冷靶區(qū)和第一、二富集度燃料組件位置相對應(yīng)的孔，鉛冷靶區(qū)和第一、二富集度燃料組件的下端分別嵌入到與其相對應(yīng)的孔上；

所述活性區(qū)底板的下方由內(nèi)向外依次設(shè)有石墨活動塊、石墨活動塊包殼、底部中心石墨和支撐環(huán)座。

進一步的，所述鉛冷靶區(qū)頂部安裝有頂蓋，所述鉛冷靶區(qū)的底部安裝有不銹鋼墊塊。

進一步的，所述第一富集度燃料組件為90％富集度燃料組件，所述第二富集度燃料組件為20％富集度燃料組件，所述第一富集度燃料組件和所述第二富集度燃料組件均為圓柱形。

進一步的，所述頂部鈹反射層和與頂部鈹反射層相對應(yīng)的鉛冷卻劑上分別開有四圈圓孔，且頂部鈹反射層和與鉛冷卻劑上的圓孔位置一一對應(yīng)，每個圓孔分別能容納第一富集度燃料組件，每圈圓孔均以鉛冷靶區(qū)為中心呈對稱式分布。

進一步的，所述聚乙烯反射層為內(nèi)側(cè)設(shè)有臺階的圓筒型結(jié)構(gòu)，外側(cè)聚乙烯側(cè)反射層上開有三圈圓孔，內(nèi)側(cè)聚乙烯側(cè)反射層和與其相對應(yīng)的鉛冷卻劑上分別開有八圈圓孔，且聚乙烯側(cè)反射層和鉛冷卻劑上的圓孔一一對應(yīng)，每個圓孔分別能容納第二富集度燃料組件，每圈圓孔均以鉛冷靶區(qū)為中心呈對稱式分布。

進一步的，所述底反射層上安裝有兩個鉛冷安全棒和兩個鉛冷調(diào)節(jié)棒，兩個鉛冷安全棒和兩個鉛冷調(diào)節(jié)棒分別以鉛冷靶區(qū)為圓心沿圓周方向呈對稱式分布。

進一步的，所述底反射層上安裝有八個鋁導向管，八個鋁導向管以鉛冷靶區(qū)為圓心沿圓周方向呈對稱式分布。

進一步的，所述鉛冷調(diào)節(jié)棒為圓柱形，所述鉛冷調(diào)節(jié)棒包括調(diào)節(jié)棒不銹鋼剝殼、調(diào)節(jié)棒鎘吸收體和調(diào)節(jié)棒不銹鋼封底。

進一步的，所述鉛冷安全棒為圓柱形，所述鉛冷安全棒包括安全棒鎘包殼、安全棒鎘封底、安全棒聚乙烯和碳化硼吸收體。

進一步的，所述鋁導向管為圓筒型結(jié)構(gòu)。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型所述的一種鉛鉍堆ADS的堆芯結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)勢：

本發(fā)明所述的一種安全可靠的鉛鉍堆ADS堆芯，可以有效地解決由于堆芯設(shè)計復雜帶來的可靠性和安全性差等問題，提高了ADS反應(yīng)堆的效率，同時在滿足反應(yīng)堆正常運行及安全的前提下，有效地提高經(jīng)濟性，本發(fā)明提高了鉛鉍ADS反應(yīng)堆堆芯的效率和安全性。

附圖說明

構(gòu)成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1為本實用新型實施例所述的堆芯整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例所述的堆芯結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3為本實用新型實施例所述的堆芯結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖4為本實用新型實施例所述的富集度燃料組件位置布置示意圖。

附圖標記說明：

1-鉛冷靶區(qū)；101-頂蓋；102-墊塊；2-頂部鈹反射層；3-聚乙烯側(cè)反射層；4-第一富集度燃料組件；5-第二富集度燃料組件；6-鉛冷卻劑；7-底反射層；8-活性區(qū)底板；9-石墨活動塊；10-石墨活動塊包殼；11-支撐環(huán)座；12-底部石墨中心；13-鉛冷調(diào)節(jié)棒；14-鉛冷安全棒；15-鋁導向管。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本實用新型。

如圖1和2所示，一種鉛鉍堆ADS的堆芯結(jié)構(gòu)，包括：

鉛冷靶區(qū)1，所述鉛冷靶區(qū)1為圓筒狀空腔結(jié)構(gòu)，所述鉛冷靶區(qū)1頂部安裝有頂蓋101，所述鉛冷靶區(qū)1的底部安裝有不銹鋼墊塊102，所述鉛冷靶區(qū)1的外側(cè)上部且環(huán)繞鉛冷靶區(qū)1設(shè)有頂部鈹反射層2，所述鉛冷靶區(qū)1的外側(cè)下部且環(huán)繞鉛冷靶區(qū)1設(shè)有鉛冷卻劑6，所述鉛冷卻劑6的上表面與頂部鈹反射層2的下表面接觸，所述鉛冷卻劑6和所述頂部鈹反射層2的外側(cè)分別環(huán)繞有聚乙烯側(cè)反射層3，所述聚乙烯側(cè)反射層3外側(cè)環(huán)繞有底反射層7；

所述頂部鈹反射層2區(qū)域內(nèi)設(shè)有多個第一富集度燃料組件4，所述聚乙烯側(cè)反射層3區(qū)域內(nèi)設(shè)有多個第二富集度燃料組件5，所述第一富集度燃料組件4為90％富集度燃料組件，所述第二富集度燃料組件5為20％富集度燃料組件，所述第一富集度燃料組件4和所述第二富集度燃料組件5均為圓柱形，所述鉛冷卻劑6和聚乙烯側(cè)反射層3的底部設(shè)有活性區(qū)底板8，所述活性區(qū)底板8上開有與鉛冷靶區(qū)1和第一、二富集度燃料組件4、5位置相對應(yīng)的孔，鉛冷靶區(qū)和第一、二富集度燃料組件4、5的下端分別嵌入到與其相對應(yīng)的孔上；

所述活性區(qū)底板8的下方由內(nèi)向外依次設(shè)有石墨活動塊9、石墨活動塊包殼10、底部中心石墨12和支撐環(huán)座11。

如圖4所示，所述頂部鈹反射層2和與頂部鈹反射層2相對應(yīng)的鉛冷卻劑6上分別開有四圈圓孔，且頂部鈹反射層2和與鉛冷卻劑6上的圓孔位置一一對應(yīng)，每個圓孔分別能容納第一富集度燃料組件4，每圈圓孔均以鉛冷靶區(qū)1為中心呈對稱式分布；所述聚乙烯反射層3為內(nèi)側(cè)設(shè)有臺階的圓筒型結(jié)構(gòu)，外側(cè)聚乙烯側(cè)反射層3上開有三圈圓孔，內(nèi)側(cè)聚乙烯側(cè)反射層3和與其相對應(yīng)的鉛冷卻劑6上分別開有八圈圓孔，且聚乙烯側(cè)反射層3和鉛冷卻劑6上的圓孔一一對應(yīng)，每個圓孔分別能容納第二富集度燃料組件5，每圈圓孔均以鉛冷靶區(qū)1為中心呈對稱式分布。

如圖1和圖3所示，所述底反射層7上安裝有兩個鉛冷安全棒14和兩個鉛冷調(diào)節(jié)棒13，兩個鉛冷安全棒14和兩個鉛冷調(diào)節(jié)棒13分別以鉛冷靶區(qū)1為圓心沿圓周方向呈對稱式分布，所述鉛冷調(diào)節(jié)棒13為圓柱形，所述鉛冷調(diào)節(jié)棒13包括調(diào)節(jié)棒不銹鋼剝殼、調(diào)節(jié)棒鎘吸收體和調(diào)節(jié)棒不銹鋼封底，所述鉛冷安全棒14為圓柱形，所述鉛冷安全棒14包括安全棒鎘包殼、安全棒鎘封底、安全棒聚乙烯和碳化硼吸收體；所述底反射層7上安裝有八個鋁導向管15，八個鋁導向管15以鉛冷靶區(qū)1為圓心沿圓周方向呈對稱式分布，所述鋁導向管15為圓筒型結(jié)構(gòu)。

本實施例的工作過程：堆芯結(jié)構(gòu)的中心是鉛冷靶區(qū)1，鉛冷靶區(qū)1位于堆芯中心區(qū)，其作用是安裝散裂靶，隔離散裂靶與反應(yīng)堆冷卻劑，鉛冷靶區(qū)1上端開孔，方便安裝和固定散裂靶，鉛冷卻劑6臨界實驗堆芯的鉛冷靶區(qū)1設(shè)計為圓筒狀的空腔結(jié)構(gòu)，鉛冷靶區(qū)1的內(nèi)徑越小，越利于臨界，進行實驗時還要求鉛冷靶區(qū)1能夠裝載某些儀器設(shè)備例如中子管、跑兔系統(tǒng)等，鉛冷靶區(qū)1頂部設(shè)有頂蓋101以防止物體跌入靶區(qū)，由于鉛冷卻劑6臨界實驗堆芯內(nèi)裝載了大量的鉛和燃料組件，為了防止意外發(fā)生時鉛冷靶區(qū)1變形而導致臨界事故，鉛冷靶區(qū)1底部增加了的不銹鋼墊塊102，以保證靶區(qū)整體的完整性。

鉛冷堆芯屬于快堆，較水冷堆芯難以臨界，為了滿足實驗要求，反射層的設(shè)計非常重要，正確選取反射層材料、尺寸及布置方式，滿足中子能譜的要求還能達到臨界的狀態(tài)，由于鈹對中子良好的反射效果以及弱吸收，金屬鈹是最好的反射材料，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，同樣的反射效果，鈹所需要的反射層厚度僅為石墨的1/8左右，但是鈹?shù)膬r格非常昂貴，而且具有一定的毒性，無法大量使用，因此在第一富集度燃料組件4的上端頭，可以填充金屬鈹塊作為反射層，整個燃料組件上端填充鈹塊，在第一富集度燃料組件4之間，也用鈹做上反射層材料，共同構(gòu)成頂部鈹反射層2；第二富集度燃料組件5間則用易加工的聚乙烯做上反射層材料，構(gòu)成聚乙烯側(cè)反射層3，這樣的組合方式既可以起到反射中子的作用，又不會過多地慢化中子，還可以節(jié)約材料成本。

第一富集度燃料組件4以及第二富集度燃料組件5的布置方案對比于方形排布或六角形排布，同心圓的燃料組件排布方式可以在相同表面積的條件下布置更多地燃料組件，有利于減少泄露，且在這種排布方式中，對于某一圈內(nèi)的燃料組件都是中心對稱的，這一點將非常有利于實驗測量，只要測量了某一根棒的數(shù)據(jù)，就可以代表這一圈棒的結(jié)果，所以在該堆芯結(jié)構(gòu)設(shè)計中，使用的燃料組件的排布方式均為同心圓排布。

在本堆芯設(shè)計中，底反射層7為石墨材料，中心開圓孔，結(jié)構(gòu)上還有兩個鉛冷安全棒14開孔、兩個鉛冷調(diào)節(jié)棒13開孔和8個鋁導向管15開孔，頂部鈹反射層2為圓柱形，鈹材料，中心開圓孔，板上開有4圈圓孔，圓孔位置與燃料組件的位置相同。鉛冷安全棒14為圓柱形，鉛冷安全棒14由安全棒鎘包殼、安全棒鎘封底、安全棒聚乙烯、碳化硼吸收體組成；鋁導向管15為圓筒形結(jié)構(gòu)；第一富集度燃料組件4為圓柱形，第一富集度燃料組件4由不銹鋼包殼、不銹鋼下封底、不銹鋼上封底、彈簧、金屬鈾、鈹組成；第二富集度燃料組件5為圓柱形，第二富集度燃料組件5由底封口、套管、鋁包殼封底、鋁包殼套管、聚乙烯塊、燃料塊、上封口組成；鉛冷調(diào)節(jié)棒13為圓柱形，鉛冷調(diào)節(jié)棒13由調(diào)節(jié)棒不銹鋼包殼、調(diào)節(jié)棒隔吸收體、調(diào)節(jié)棒不銹鋼封底組成。

鉛冷卻劑6由鉛塊堆積起來，堆積的外形尺寸為圓筒形結(jié)構(gòu)，中間開有12圈圓孔，孔的位置對應(yīng)于燃料組件的位置；底部的石墨活動塊9位于堆芯結(jié)構(gòu)正下方，在其下方布置有石墨塊驅(qū)動機構(gòu)，其功能為驅(qū)動底部石墨活動塊9，正常工作時采用步進電機動作驅(qū)動，發(fā)生事故的情況下斷電，電磁吸盤脫開，使底部石墨活動塊9快速下落；活性區(qū)底板8為一圓形板，板上開有15圈圓孔，內(nèi)側(cè)4圈圓孔，孔徑略大，圓孔位置與燃料組件的位置相同，外側(cè)11圈圓孔，孔徑略小，圓孔位置與燃料組件的位置相同。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。