一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道的制作方法

本实用新型涉及压水堆领域，具体涉及一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道。

背景技术：

燃料元件功率跃增辐照试验一般在研究堆上采用专门的功率跃增辐照试验装置进行；通过在短时间内改变燃料元件的功率，进行燃料元件性能参数和安全余量的验证。为在研究堆内对压水堆燃料元件进行功率跃增辐照试验，国外的一些研究堆，如挪威的hbwr堆、比利时的br2堆、瑞典r2堆和日本jmtr堆，采用氦-3气体回路作为燃料元件的功率调节装置。通过改变研究堆内氦屏中气态中毒物(³he气体)的压力，有效地调节试验燃料元件的辐照功率。

氦-3气体回路位于研究堆堆芯活性区内的³he气体，吸收堆内的热中子，产生具有放射性危害的氚(³h)。氚是氢的同位素，气体状态的氚具有很强的渗透能力；较高温度的氚可以轻松渗透金属材料制成容器，进而泄露到环境中。氚的渗透能力随自身温度的升高而急剧增大。

在压水堆环境下，氦气管道外的冷却水温度达300～330℃；堆内活性区部分的氦气管道和³he气体因辐射释热与核反应释热，将使得含氚氦气的温度比冷却水温度更高。此温度水平下的氚具有极强的渗透能力，由于氚具有很大的放射性危害，将给试验人员的辐射防护与环境保护带来极大的压力。因此，为应用于压水堆环境，对含氚氦气管道的防氚渗透泄露能力提出了极高的要求。现有技术中的含氚氦气管道的防氚渗透能力都较为不足。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道，以解决现有技术中含氚氦气管道的防氚渗透能力较为不足的问题，实现减少氚对管道的渗透泄露，防止氦气管道中的氚大量地渗透泄露入冷却水中，从而有效减少氚泄露产生的放射性危害的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道，包括外管、位于外管内的内管，所述外管与内管之间充填钛基填充层。

针对现有技术中含氚氦气管道的防氚渗透能力较为不足的问题，本实用新型提出一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道，采用带填充层的双层管结构，双层管结构能够提供更多一层的保护，因此降低氚泄露风险。而填充层采用钛基填充层，利用金属钛对氚的有效吸收与稳定存储能力，减小泄露至管间区域的氚浓度，有效降低氚穿过外管的渗透泄漏率。本申请中，内管、钛基填充层和外管作为阻止氚渗透泄露的三层屏障，能够有效地减少氚向管外的渗透泄露率。

进一步的，所述钛基填充层为海绵状的金属钛。所述钛基填充层内充入惰性气体，惰性气体充填在海绵状的金属钛的缝隙中。海绵状的金属钛具有缝隙，充入在钛基填充层内的惰性气体处于海绵状金属钛的缝隙中，在惰性气体环境下，金属钛具有更好的吸氚能力，因此更进一步的减少氚向管外的渗透泄露率。

优选的，所述惰性气体为氦气。

优选的，所述海绵状的金属钛经过高温活化处理。海绵状金属钛经高温活化后，在350～400℃温度下可以有效地吸收氚气体；当温度不大于600℃时，经海绵钛吸收的氚可以稳定的储存而极少释放出来。因此，压水堆环境下渗透穿过内管的氚，将被管间夹层内的海绵钛有效吸收，从而减小管间夹层内的氚浓度，降低外管的防氚渗漏压力。其中，高温活化处理为现有的处理工艺，本领域技术人员均可实现。

优选的，所述海绵状的金属钛的孔隙度为20％～40％。孔隙度过大，金属钛含量过少能够吸收的氚较少，孔隙度过低，惰性环境不足，金属钛对氚的吸收能力无法充分体现，因此本方案优选的孔隙度范围内，能够取得最佳平衡，使得海绵状的金属钛最大程度的吸收氚。

进一步的，所述外管的内、外壁均涂覆防渗涂层。所述防渗涂层用于防止氚渗透，因此现有技术中的任意能够阻隔氚穿透的涂层均可用于本方案中作为防渗涂层使用。

优选的，所述防渗涂层为al2o3涂层。al2o3涂层具有很好的防氚渗透能力，外管内、外壁面的两层al2o3涂层可极大地降低外管的氚渗透泄露率。

优选的，所述外管由奥氏体不锈钢制作而成。奥氏体不锈钢作为外管材料，能够确保本实用新型的整体强度，使得本实用新型在有效防氚渗的同时，维持较高强度，避免外力轻易造成物理破坏。

优选的，所述内管由锆合金制作而成。内管采用锆合金材料制造，利用锆合金材料在压水堆环境下的良好防氚渗透能力，有效地降低氚穿过内管的渗透泄漏率。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道，采用带填充层的双层管结构，双层管结构能够提供更多一层的保护，因此降低氚泄露风险。而填充层采用钛基填充层，利用金属钛对氚的有效吸收与稳定存储能力，减小泄露至管间区域的氚浓度，有效降低氚穿过外管的渗透泄漏率。本申请中，内管、钛基填充层和外管作为阻止氚渗透泄露的三层屏障，能够有效地减少氚向管外的渗透泄露率。

2、本实用新型一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道，海绵状的金属钛具有缝隙，充入在钛基填充层内的惰性气体处于海绵状金属钛的缝隙中，在惰性气体环境下，金属钛具有更好的吸氚能力，更进一步的减少氚向管外的渗透泄露率。

3、本实用新型一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道，外管内、外壁面的两层al2o3涂层可极大地降低外管的氚渗透泄露率。奥氏体不锈钢作为外管材料，能够确保本实用新型的整体强度，使得本实用新型在有效防氚渗的同时，维持较高强度，避免外力轻易造成物理破坏。内管采用锆合金材料制造，利用锆合金材料在压水堆环境下的良好防氚渗透能力，有效地降低氚穿过内管的渗透泄漏率。

4、本实用新型一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道，通过有效地阻止氚对管道的渗透泄露，可防止氦气管道中的氚大量泄露入冷却水中，从而有效减少氚泄露产生的含氚冷却水的放射性危害。本实用新型可应用于氦-3气体回路堆内部分的氦气管道设计，也可用于研究堆内的压水堆燃料元件功率跃增辐照试验。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-外管，2-钛基填充层，3-内管，4-含氚氦气流动通道，5-防渗涂层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1所示的一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道，包括外管1、位于外管1内的内管3，所述外管1与内管3之间充填钛基填充层2。

其中，所述钛基填充层2为海绵状的金属钛。所述钛基填充层2内充入惰性气体，惰性气体充填在海绵状的金属钛的缝隙中。

优选的，所述惰性气体为氦气。

本实施例中，内管、钛基填充层和外管作为阻止氚渗透泄露的三层屏障，能够有效地减少氚向管外的渗透泄露率。而填充层采用钛基填充层，利用金属钛在惰性环境下对氚的有效吸收与稳定存储能力，减小泄露至管间区域的氚浓度，有效降低氚穿过外管的渗透泄漏率。

实施例2：

如图1所示的一种适用于压水堆环境的含氚氦气管道，在实施例1的基础上，所述海绵状的金属钛经过高温活化处理。所述海绵状的金属钛的孔隙度为30％。所述外管1的内、外壁均涂覆防渗涂层5。所述防渗涂层为al2o3涂层。所述外管1由奥氏体不锈钢制作而成。所述内管3由锆合金制作而成。

本实施例中，al2o3涂层具有很好的防氚渗透能力，外管内、外壁面的两层al2o3涂层可极大地降低外管的氚渗透泄露率。奥氏体不锈钢作为外管材料，能够确保本实用新型的整体强度，使得本实用新型在有效防氚渗的同时，维持较高强度，避免外力轻易造成物理破坏。内管采用锆合金材料制造，利用锆合金材料在压水堆环境下的良好防氚渗透能力，有效地降低氚穿过内管的渗透泄漏率。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。