含擅变组件的结构设计
徐宝玉，谢光善
（中国票子能科学研究院，北京102413）
携要：为掌握长寿命核索在快堆中遭变的基本规律，为建立我国“分离一遗变”先进燃料环技术奠定基础，报以中国实验快堆（CEFR）为实验平台，开膜建变技术的初步研究，本文详细说明了含变组件 的设计原则和具体结构，并对设计分析和设计验证环节做了简要介绍，含遗变组件的设计能够满足辅照试验的要求，目前该组件的堆外水力试验正在进行当中，加工制造已接近尾声.
关键词：快堆；长寿命核累：变：含嫌变组件
中图分类号：TL352.1 文章标志码：A
文章编号：0258-0918（2013）04-0374-04
Structural Design of Neptunium-bearing Assembly for Transmutation Research
XU Bao-yu XIE Guang-shan
(Chine Institute of Atemic Energy Beijing 102413 China)
Abstract: To study the irradiation performance of the long-life nuclide and to lay aexperimental neptunium-bearing assembly is designed on the basis of the standard fuelassembly of CEFR. In this paper design principles and structure of the experimental neptunium-bearing assembly are explained in detail. The design analysis and validationare briefly introduced. The design of the experimental assembly can meet the demand ofmanufacture of the assermbly is nearly pleted. It is to be irradinted in the first row ofstainless steel reflector assemblies for about 240 effective full power days
Key words; fast reactor; long-life nuclide;transmutation;neptunium-bearing assembly
功率并网发电，目前CEFR正在为提升满功率进行最后的准备工作.作为中国快堆技术的
中国实验快堆（CEFR）2010年完成了一系列的启动试验，并于2011年以40%的额定
1设计原则
2结构描述
2.1设计思想
2.2总体结构
首个实验平台，CEFR必将充分发挥其巨大的 作用，另一方面，按照中国核能发展的远期战略，要实现核燃料的闭式循环，核废料中的长寿命核素的处理问题必须尽早考虑解决.世界几个核大国均已对长寿命核素（体、铝、锅等）进行 了辐照试验初步研究.为了研究含有长寿命核素燃料的辐照性能，逐步展开对变技术的探索，中国快堆研究中心开展了利用快堆变长寿命核素技术研究工作.其研究内容之一是在CEFR标准燃料组件的技术基础上，研发一种 含有元素的辐照试验组件，即含变组件（NEPTA），计划效人CEFR堆芯第一排不锈钢反射层组件的位置辐照240个有效满功率天，即3个周期.本文对锋组件的设计原则、设 计思想和具体结构进行了详细的介绍，组件的设计能够满足辐照试验的要求.
似的外形结构，能够通过CEFR换料系统装入 1）键组件与CEFR堆芯其他组件具有相和移出堆芯工作位置，能承受不小于20kN的拉拨力和5kN的压缩力：
冷却剂流量分配造成影响： 2）键组件不会对整个堆芯的功率分布和
3）将维组件移出堆芯和清洗的过程中，冷却剂和洗涤液能从组件内部彻底排出；
4）整个辐照期间，组件结构能保持完整，包壳管不发生破裂，无放射性物质泄漏；
5）在反应堆的各种运行工况下，包括反应堆装置与动力系统切断、一回路主循环泵加速的情况下，组件能保持液力自紧面不浮起.
组件的设计思想如图1所示，在六角形外套管的中心放置靶元件以及温度监测器、中 子注量监测器等附属结构件，周圈均布42根不锈钢元件，中间用小六角管隔开.
锋组件主要由操作头、上过渡接头、外套管、靶元件组合件、栅板格架、不锈钢元件、下过 渡接头和管脚等零部件组成，如图2所示.
Fig. 1Cross-section of NEPTA 图1像组件横截面示意图
图2含变组件结构示意图Fig. 2 Strueture of NEPTA
锋组件的操作头与CEFR堆芯组件完全相同，与换料机抓手相匹配，上面开设出钠孔.
上过渡接头用于外形过渡转换，在六条棱的部位设置凸块，起到与周围组件之间径 向定位的作用，并进行渗骼氮化处理，以提高表面的硬度、耐磨性能和抗腐蚀性能.上端通过螺纹和销钉与操作头连接，下端与靶元件组合件以及外套管焊接.
外套管为六角形薄整管.
栅板格架焊在外套管上，采用蒜头形截面的栅板，将不锈钢元件的下端沿开槽推人概板构易导致的变形) 即可实现轴向定位，不需要焊接，避免了焊接结
下过波接头与上过波接头结构相似，与外套管焊接，并与小栅板联箱的管座之间形成球锥密封.
接，上面设置冷却剂人口，上、下部的松枝形 管脚与下过渡接头通过螺纹连接并焊密封槽可以控制冷却剂通过组件外部的漏流量，管脚内部设置若干圆形节流片，以保上对称开矩形槽，相邻节流片的开槽方向相 证流人组件内部所需的冷却剂流量，节流片垂直.
不锈钢元件由外径6.0mm、壁厚0.4mm的包壳管和编塞焊接而成，内充一个大气压的高纯氮气.对应于堆芯活性区的部位设置 45cm长的气腔，其余均为不锈钢实体.不锈钢元件全长约1.3m.
2.3核心结构一-靶元件组合件
棒及其附属结构件统称为“靶元件组合件（COMBO），是健组件的核心部分，如图3 所示.
棒的结构与不锈钢元件相似，同样采用包壳管与端塞焊接，内充一个大气压压的高纯复气，包壳管外面缠有定位绕丝，内部装人 （U，Np）O：芯块，质量分数为5%，芯块柱总长约10cm，上方设置压紧弹簧，以防止搬运过程中的撞击造成芯块损伤，停棒全长约1.3m.
温度监测器亦由包壳管与端塞焊接面成，内充一个大气压高纯氮气，总长约4cm.3个套管相同，壁厚为1mm，其下端与“下套管”焊
图3靶元件组合件结构示意图Fig.3Structure of COMBO
监测器的内部放人3种不同成分的共品合金，可监测湿度范围为500~640℃.
中子注量监测器的结构与温度监测器相似，内置装有成套中子活化探测片的石英 管，总长约4cm，3个中子注量监测器完全相同，两端塞削出平面，便于嵌人下套管的外壁.
与键棒的绕丝之间留有适当的间距，下套管厚 棒的外面为“下套管”，内径为8.5mm，5mm，以便将中子注量监测器嵌人外壁.两端壁厚平滑减薄至2mm，便于在“下隔板”上开设流钠孔，也有利于减小煤接变形.在其外壁上（对应于活性区的位置）沿周向均布三个中子 注量监测器，两端用焊接在“下套管”上的“卡羅”固定.锋棒的下端插人“下隔板”并焊接定位，上端插人“上隔板”.棒上方均布三个温板”.温度监测器的外面为”上套管”，外径与下 度监测器，下端插入“上隔板”，上端插人“上栅
3运行特性
4设计分析
4.1力学分析
接，上端与“上栅板”焊接.在上、下套管的外面力和由包壳内、外表面温差引起的周向热应力， 设置“六角套管”，外对边距为28mm，厚度为计算结果表明寿期末包壳的应力水平满足应力1mm.上、下套管与六角套管之间为死钠区，限值条件.“上插板”与上过渡接头焊接，上面开设出钠孔.“上隔板“和“下隔板”上均开设流钠孔.
组件在CEFR堆芯的辐照位置位于第一排不锈钢反射层组件，计划辐照240个有效满功率天，即3个运行周期.
工作时，冷却剂钠从管脚人口孔流人，经节流装置和栅板格架后，分为两条支路，一路流人中夹的靶元件组合件，经过含燃料棒和温度监测器，另一路流经外围的42根不锈钢元件.两路钠流均从上概板流出，再 流经上过渡接头的内腔，最后从操作头的6个出钠孔流出.
锋组件的运行特性参数见表1.
表1组件的运行特性参数Table 1 Operational characteristic parameters of NEPTA
参数名称 数值棒最大线功率/（W/cm） 22棒录大燃耗/（MWd/kg） 2.3含芯块最高疆度/℃ 568包壳管最高温度/C 500冷年剂人口要度/C 360/口 500组件总压降/MPa 0.27流经填棒的冷却剂流量/（kg/s） 0. 003
设计过程中，进行了全面的力学分析、物理和热工分析.
分析，分别计算了由气体压力引起的周向拉应 1）对寿期末锋棒包壳的应力状态进行了
4.2物理和热工分析
4.3屏蔽分析
5试验验证项目
6结论
（下转第383页）
2）为避免含键芯块遭受撞击面发生碎裂，要求芯块上方的压紧弹簧能承受5g加速度的冲击力.按照此要求对压紧弹簧进 行了分析计算，确定了弹簧的丝径、中径和节距等参数.
3）为保证镍组件在正常运行工况以及循下，均能保持在正常工作位置面不浮起，对组件 环泵由于反应堆与动力负载脱开面加速的工况不浮起的安全系数进行了计算，结果显示出较大裕量.
功率等性能参数进行了计算分析，继面对体 对棒寿期末的燃耗、婧变率和最大线棒的温度场分布和冷却剂的压降进行了计算分析，并确定了冷却剂的额定流量，为水期末芯块和包壳的最高温度均不超过限值， 力试验提供了输人条件，计算结果表明寿且有较大裕量.
对棒表面的辐射剂量进行了计算分析，结果表明在组件组装过程中工作人员所受的辐 照剂量很小，能够保证安全性.
内节流装置的准确尺寸，并对组件耐受流体 为了验证组件的水力特性，确定管脚冲剧和流致振动的能力进行考验，设计并加工了一套模拟组件，在堆外水力试验台架上进行试验.
如钼）代替含芯块，保持锋棒的总质量 模拟拿棒采用密度相当的金属材料（例不变.
锋组件的设计经过了力学、物理、热工和屏蔽等多方面的计算分析，能够满足其在CEFR堆芯的使用要求和运行安全要求.
监视画面包含了核岛5000多运行参数测点. 以及通过历史回放、曲线趋势分析、报警清单的
3.3平台特色
（1）数据交互集成
目前快堆存在多套与运行相关的信息系统如资产管理系统、备品备件系统、计算机监控系统等专业系统，各个系统相互独立，系统间数据的数据接口标准和规范是保证业务流程之间特 交互与共享差，数据重用度低.因此构建统一别是跨系统的流程协同合作，各个系统之间的互操作，互访问，特别是数据交互以及集成共享等问题的唯一解决渠道.
（2）维修的闭环控制
一项维修业务从发现、诊断、隔离、维修、物资、跟踪、关闭一个完整的流程跨越多个专业系统.这也是目前核电企业遇到的普成、数据的交互才能真正实现运行维修业务 遍问题，只有实现了维修环节的各个业务集的协同化，这也是建设运维一体化平台的初衷和目标.
（上接第377页）
致谢
设计过程中得到了快堆研究中心物理、热工和屏蔽等专业人员的很多帮助，在他们的技 术支持下最终完成了组件的结构设计，保证了含变组件结构的合理性与可靠性.在此
图6平台业务模块
Fig.6Work module in platform
（3）一体化应用
4结论
特向他们表示感谢.
参考文献：
平台业务模块如图6所示. 追溯等功能快速定位、准确分析故障与异常点.
合，通过整合将一堆杂乱的数据“拎”起来，然后 一体化是业务、数据、流程、指标的资源整再通过专业的模型，对其进行分析，根据分析结果为快堆的运行决策提供支持，这是个运行信息化向运行智能化转变的过程，也是我们提升核安全保障，提高管理效率，降低能耗的基础.
运维一体化平台通过消化吸收国内外发电验，形成了一个具有自主知识产权，符合快堆特 企业尤其是核电企业的运行管理经验和技术经色的信息平台，通过将监、控、管高度集成的运行管理思想与快堆运行管理现状的融合、落地并以实践来推动中国实验快堆的运行精细化和 规范化管理，同时也为快堆电站的运行信息化积累经验、提供参考和标准，为快堆的自主设计提供有力的数据处理及应用支撑技术.
[1]谢光善，张汝钢，快中子堆燃料元件[M].北京：化学工业出版社，2007.
