本发明属于核电站核岛厂房辐射屏蔽设计技术领域，具体涉及一种多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构。
背景技术：
由于三代核电站提升了极限安全地震(不低于0.3g)，不同厂房的燃料转运通道屏蔽体之间需要留有一定距离的抗震伸缩缝，这是辐射防护和屏蔽设计的关注重点。
燃料转运通道是连接反应堆换料水池与燃料厂房乏燃料贮存水池的通道，主要由燃料转运管和燃料转通道屏蔽主体构成，燃料转运管两端分别与反应堆换料水池连接和乏燃料贮存水池连通。主要用于燃料装卸、运输、贮存系统的设备布置及操作。
经调研，国内在役的二代及二代加核电站燃料转运通道屏蔽设计未能起到有效的辐射防护与屏蔽作用，造成停堆换料期间在附近操作的工作人员会接受过量照射剂量。并且，其燃料转运通道抗震伸缩缝内设置的铅屏蔽设计不便于人员进入检修与操作。
目前，国际上正在建设的三代核电机组ap1000核电站燃料转运通道屏蔽设计采用在抗震伸缩缝中填充设置2英寸厚(约5cm)的空气囊(使用高分子聚乙烯纤维材料制作)，其中充满除盐水，形成一个“水囊”，布置在传输通道的上侧及左右两侧。其方案中特种材料“水囊”造价高，固定和安装方式复杂，不便于检修与更换，地震中存在一定潜在风险；而且，其方案还未经过工程实践检验，成熟性和可靠性有待考证。
而由法国设计的三代核电机组epr核电站燃料转运通道屏蔽设计采用在外层安全壳与燃料厂房之间的抗震伸缩缝外侧采用迷宫墙体与附加铅屏蔽的方式。其方案的迷宫墙体坐落在地面，易受自然及人为破坏损毁；内部附加的铅屏蔽体造价高，固定和安装方式复杂，不便于检修与维护，并且会一定程度上影响燃料转运通道屏蔽体抗震性能，地震中可能会威胁燃料转运通道屏蔽体完整性。
由于乏燃料组件的放射性极强，在转运过程中会对转运通道附近区域产生很大的影响，导致设备检修，维护与更换以及人流物流通行受到限制，工作人员因此也会受到较大的辐照剂量。考虑到在役二代核电站燃料转运通道屏蔽设计方案辐射防护与屏蔽能力不足的“软肋”和ap1000、epr三代核电站燃料转运通道屏蔽设计方案的高工程造价等因素。因此，必须重新对燃料转运通道进行辐射屏蔽设计。合理有效的燃料转运通道屏蔽设计方案可以在满足抗震要求的前提下节省投资，保障工作人员的辐射安全，提升核电站的经济性与安全性。
技术实现要素：
本发明的目的为基于三代压水堆核电站核岛厂房燃料转运通道辐射屏蔽设计的需求，解决目前二代核电站设计中存在的辐射屏蔽防护不足以及三代核电站设计方案的造价高和成熟度不确定等问题。在满足抗震要求的基础上，降低工程建造成本，保证工作人员辐射安全和控制工作人员辐照剂量，减少潜在风险发生的可能性。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构，用于对贯穿在安全壳和燃料厂房外墙之间的间隙中的燃料转运管进行辐射屏蔽，防止通过所述燃料转运管进行转运的乏燃料组件所产生的射线从所述间隙中发生外泄，包括设置在所述安全壳和所述燃料厂房外墙上并环绕在所述燃料转运管外围的若干屏蔽体，所述屏蔽体相互嵌套构成迷宫结构的抗震伸缩缝。
进一步，所述屏蔽体包括由内至外依次围绕在所述燃料转运管外围的第一级屏蔽体、第二级屏蔽体、第三级屏蔽体；所述第一级屏蔽体、第三级屏蔽体设置在所述安全壳上，并向所述燃料厂房外墙一侧凸起；所述第二级屏蔽体设置在所述燃料厂房外墙上，并向所述安全壳一侧凸起；所述第一级屏蔽体、第二级屏蔽体、第三级屏蔽体之间构成能够屏蔽所述燃料转运管中的所述乏燃料组件的所述射线的迷宫结构的抗震伸缩缝。
进一步，所述抗震伸缩缝的宽度能够满足地震加速度峰值达到0.3g的地震情况下所述安全壳和所述燃料厂房外墙之间的伸缩距离。
进一步，所述第一级屏蔽体、第二级屏蔽体、第三级屏蔽体均由生物屏蔽重混凝土构成。
进一步，所述第二级屏蔽体的凸起一端延伸到所述第一级屏蔽体和所述第三级屏蔽体之间的空间内，靠近所述安全壳，并形成缝隙，所述第二级屏蔽体的厚度能够将所述射线削减到辐射防护要求控制值范围内。
进一步，所述第一级屏蔽体能够完全覆盖所述第二级屏蔽体的凸起一端与所述安全壳之间的缝隙，所述第一级屏蔽体的厚度能够防止被所述射线直接贯穿，所述第一级屏蔽体的凸起的宽度范围能够削弱所述射线的辐射强度并防止对所述射线的屏蔽漏束。
进一步，所述第三级屏蔽体能够完全覆盖所述第二级屏蔽体的凸起一端与所述安全壳之间的缝隙，所述第三级屏蔽体的厚度能够防止被所述射线直接贯穿，保证所述第三级屏蔽体最外侧的辐照剂量率不超过所述第三级屏蔽体所在房间的辐射分区剂量率控制值；所述第三级屏蔽体的凸起的宽度范围能够削弱所述射线的辐射强度并防止对所述射线的屏蔽漏束。
进一步，所述第二级屏蔽体的厚度不低于1500mm时能够将所述射线削减到辐射防护要求控制值范围内。
进一步，所述第一级屏蔽体的厚度不低于300mm时能够防止被所述射线直接贯穿。
进一步，所述第三级屏蔽体的厚度不低于1200mm时能够防止被所述射线直接贯穿。
本发明的有益效果在于：
1.良好的固有安全性。多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构主要是利用其多级屏蔽体布置形成的迷道(即抗震伸缩缝)使得燃料转运通道(即燃料转运管4，下同)中的乏燃料所发射的高强度的射线经多次散射后降到设计可接受的范围内。无其他冗余屏蔽装置布设，降低了由这些装置故障、失效和损坏等因素带来的安全风险。
2.易于实施，施工简单，工程造价成本较低，能够缩短施工时间。不需要增设其他高成本的屏蔽材料(如铅、钢和某些化合物屏蔽体)，所有屏蔽体皆采用混凝土一体浇注，缩短建造工期，减少施工负担，成熟度确定。
3.减少运维负担，便于人员维护、检修和更换操作。本方案中无冗余装置和设备，减少核电厂寿期内的养护和维修检测等工作任务量，在工作过程中无其他多余障碍干扰。
4.更好的抗震性能性。本发明的多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构中未设置其他安装部件、固定结构和填充(屏蔽)物体，保证了抗震伸缩缝不受这些因素的影响，能够百分之百发挥其抗震作用，充分利用其抗震机制。
5.高水准的辐射安全与屏蔽防护效果。多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构达到了三代先进核电站辐射防护设计要求，解决了二代核电站辐射屏蔽不足问题，与二代核电站设计方案比较，辐射屏蔽效果呈量级提高(二代核电站燃料转运通道外的剂量率在10-1-100msv/h水平，本方案燃料转运通道外剂量率为10-3-10-2msv/h水平)，可以有效解决乏燃料转运期间燃料转运通道附近区域设备的运维需求和人员可达性，为工作人员和设备提供有效的辐射安全保障。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构的示意图；
图2是图1的a-a向剖视图；
图3是采用本发明所提供的多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构的安全壳和燃料厂房外墙之间的缝隙中的燃料转运管位置的剂量场分布示意图；
图中：1-第一级屏蔽体，2-第二级屏蔽体，3-第三级屏蔽体，4-燃料转运管，5-安全壳，6-燃料厂房外墙，7-抗震伸缩缝，8-乏燃料组件，9-间隙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1、图2所示，本发明提供的一种多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构，第一级屏蔽体1、第二级屏蔽体2、第三级屏蔽体3。该多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构设置在安全壳5和燃料厂房外墙6之间的间隙9中，用于对贯穿在安全壳5和燃料厂房外墙6之间的间隙9中的燃料转运管4进行辐射屏蔽，防止乏燃料组件8通过该段燃料转运管4进行转运时所产生的射线从间隙9中发生外泄。
其中，第一级屏蔽体1、第二级屏蔽体2、第三级屏蔽体3由内至外依次围绕在燃料转运管4外围；第一级屏蔽体1、第二级屏蔽体2、第三级屏蔽体3均为连续不间断的闭合环绕结构；第一级屏蔽体1、第三级屏蔽体3设置在安全壳5上，并向燃料厂房外墙6一侧凸起；第二级屏蔽体2设置在燃料厂房外墙6上，并向安全壳5一侧凸起；第一级屏蔽体1、第二级屏蔽体2、第三级屏蔽体3之间构成能够屏蔽燃料转运管4中的乏燃料组件8的射线的迷宫结构的抗震伸缩缝7(抗震伸缩缝7具有多个转折，构成迷宫结构)。
抗震伸缩缝7的宽度能够满足地震加速度峰值达到0.3g的地震情况下(极限安全地震情况)安全壳5和燃料厂房外墙6之间的伸缩距离。
第一级屏蔽体1、第二级屏蔽体2、第三级屏蔽体3均由生物屏蔽重混凝土构成，通过浇注设置在安全壳5和燃料厂房外墙6上。
第二级屏蔽体2的凸起一端延伸到第一级屏蔽体1和第三级屏蔽体3之间的空间内，靠近安全壳5，并形成缝隙，(也就是第一级屏蔽体1、第二级屏蔽体2、第三级屏蔽体3之间呈交错排列状态，第二级屏蔽体2与第一级屏蔽体1、第三级屏蔽体3之间留有适当的交叠长度)，第二级屏蔽体2的厚度能够将射线削减到辐射防护要求控制值范围内。具体的，第二级屏蔽体2的厚度不低于1500mm时能够将射线削减到辐射防护要求控制值范围内。“辐射防护要求控制值范围”是指燃料转运管4四周的房间的剂量率控制在nb/t20185-2012中绿区或黄1区控制值内。
第一级屏蔽体1能够完全覆盖第二级屏蔽体2的凸起一端与安全壳5之间的缝隙，第一级屏蔽体1的厚度能够防止被射线直接贯穿，第一级屏蔽体1的凸起的宽度范围能够削弱射线的辐射强度并防止对射线的屏蔽漏束。具体的，第一级屏蔽体1的厚度不低于300mm时能够防止被射线直接贯穿。
第三级屏蔽体3能够完全覆盖第二级屏蔽体2的凸起一端与安全壳5之间的缝隙，第三级屏蔽体3的厚度能够防止被射线直接贯穿，保证第三级屏蔽体3最外侧(以与燃料转运管4的距离为参考)的辐照剂量率不超过第三级屏蔽体3所在房间的辐射分区剂量率控制值；第三级屏蔽体3的凸起的宽度范围能够削弱射线的辐射强度并防止对射线的屏蔽漏束。具体的，第三级屏蔽体3的厚度不低于1200mm时能够防止被射线直接贯穿。“辐射分区剂量率控制值”是指燃料转运管4四周的房间的剂量率控制在nb/t20185-2012中绿区或黄1区控制值内。
第一级屏蔽体1、第二级屏蔽体2、第三级屏蔽体3上均避免穿设管道、设置固定构件或者其他能够削弱屏蔽效果的装置。
本发明所提供的多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构采用了多种计算分析方法和计算工具进行了对比验证，其屏蔽效果能够达到三代核电站辐射防护设计要求。
本发明所提供的多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构主要是利用多重迷宫式布置的屏蔽体形成迷道对γ射线多次散射以达到减弱其照射强度。多重迷宫式燃料转运通道屏蔽的理论估算可采用以下经验公式推导。
γ射线入射的流量微分反照率经验公式见公式(1)：
αi2为γ射线反照率；
ci和c'i为与γ能量和散射体有关的常数；
e0为γ射线入射能量；
θ0为γ射线初始入射角度；
φ为γ射线注量率；
k(θs)为康普顿散射微分截面。
γ射线反射剂量率由公式(2)可以推导出：
r1为散射面到测点距离；
δa是散射面积。
通过上述经验公式推导计算和专业的屏蔽计算程序分析，可以得出燃料转运通道内及屏蔽后的剂量率。采用本发明所提供的多重迷宫式燃料转运通道屏蔽结构进行屏蔽的安全壳和燃料厂房外墙之间的缝隙中的燃料转运管位置的剂量场分布示意图如图3所示。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。