一种游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置的制作方法

本申请涉及反应堆同位素生产设备，尤其涉及一种用于游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换的装置。

背景技术：

1、在反应堆的辐照孔道内对靶件进行中子辐照，是丰中子同位素生产的主要途径。许多重要的医用同位素比如mo-99和i-131，都是丰中子同位素，其主要生产途径都是在反应堆的辐照孔道内对靶件进行中子辐照。

2、靶件在反应堆内辐照一定时间后，需要将靶件取出，转运至专门的热室进行溶靶、同位素分离等后处理工作。同时，新的未经辐照的靶件将被置入堆芯辐照孔道进行下一轮的辐照生产。基于反应性扰动或其他方面的考虑，大多数研究堆在进行大尺寸靶件操作的时候都需要停堆。这一方面延长了换靶周期，降低了生产效率；另一方面，频繁的起、停堆操作也给反应堆的维护带来了不必要的麻烦，增加了安全事故发生的概率。

3、因此，亟需提出一种能够实现不停堆换靶的技术方案，以尽量缩短换靶周期、降低反应堆运行过程中的操作成本和安全风险。

技术实现思路

1、本申请提供一种游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，用以解决现有技术中反应堆堆内靶件辐照过程中更换靶件需要停堆，导致生产效率低且增加安全事故发生率的问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请提供一种游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，包括内部容置有反应堆的反应堆水池，所述反应堆水池中填充有冷却剂，所述反应堆水池的顶部边缘设置有反应堆操作桥，所述反应堆操作桥上设置有靶件驱动机构，所述靶件驱动机构与靶件吊装连杆相连，所述靶件吊装连杆与辐照靶件的一端可拆卸连接；

4、所述反应堆堆内的辐照孔道的正下方设置有补偿靶件，所述补偿靶件内填充有氦气，所述补偿靶件上设置有瓣状限位器及控制所述瓣状限位器动作的动作旋钮，所述动作旋钮与靶件吊装连杆的一端可拆卸连接；当辐照孔道内的待更换靶件被靶件吊装连杆带动的脱离辐照孔道时，所述补偿靶件在冷却剂的浮力作用下进入辐照孔道，且通过瓣状限位器与辐照孔道限位固定。

5、上述技术方案进一步的，所述靶件驱动机构的动力输出端与所述靶件吊装连杆的一端相连，所述靶件吊装连杆的另一端可拆卸连接有新靶件，所述新靶件位于辐照孔道的正上方，所述新靶件在所述靶件吊装连杆的带动下竖直向下进入所述辐照孔道；当所述新靶件插入所述辐照孔道内时，位于辐照孔道内的补偿靶件被新靶件顶出辐照孔道。

6、进一步的，所述补偿靶件的形状和尺寸分别与待更换靶件的形状和尺寸相同。

7、进一步的，所述补偿靶件具有外包壳，所述外包壳中形成上下相邻的第一容腔和第二容腔，所述第一容腔中沿其中心轴线的方向竖直设置有传动轨道，所述传动轨道内壁上形成有内螺纹。

8、进一步的，所述第一容腔内形成有燃料填充区，所述燃料填充区为沿第一容腔的径向绕设一圈的环状区域。

9、进一步的，所述第一容腔的内壁与所述传动轨道的外壁之间形成氦气填充区。

10、进一步的，所述传动轨道背离所述第二容腔的一端安装有所述动作旋钮，所述动作旋钮包括驱动连接端和连接柱筒，所述连接柱筒的外壁上设置有与传动轨道内壁适配啮合的外螺纹，所述驱动连接端与所述靶件吊装连杆的端部适配连接。

11、进一步的，所述第二容腔形成所述瓣状限位器的安装位；所述瓣状限位器包括传动杆、设置在所述传动杆一端的顶头、与所述顶头滑动连接的楔形滑块，以及用以将楔形滑块与所述第二容腔的内壁相连的弹性件。

12、进一步的，所述顶头设置在所述第二容腔中，所述传动杆的另一端安装在所述传动轨道中，且传动杆的端部与所述连接柱筒相连。

13、进一步的，所述顶头背离所述传动杆的一端形成锥状体，所述锥状体的中心轴线与传动杆的中心轴线重合。

14、进一步的，多个所述楔形滑块以所述锥状体的中心轴线为中心呈放射状均匀分布。

15、进一步的，所述楔形滑块具有第一滑动部和第二滑动部，所述第一滑动部沿传动杆的中心轴线竖直设置，所述第二滑动杆沿传动杆的径向水平设置，所述第一滑动部与所述第二容腔的内壁通过弹簧相连；所述第二滑动部与补偿靶件的端部滑动连接。

16、进一步的，所述第二滑动部与补偿靶件端部相接的表面上形成条状凸起，所述补偿靶件的端部设置有与所述条状凸起适配的滑槽，所述条状凸起的长度延伸线与传动杆的中心轴线垂直且相交。

17、进一步的，当所述补偿靶件在冷却剂的浮力作用下进入辐照孔道后，所述靶件吊装连杆与所述补偿靶件上的动作旋钮相连，通过所述靶件驱动机构顺时针转动所述靶件吊装连杆，使得所述传动杆在动作旋钮的带动下竖直向下运动，进而通过顶头将多个楔形滑块推开，楔形滑块的第二滑动部沿补偿靶件的外包壳的径向方向滑动，且与辐照孔道抵接。

18、进一步的，所述补偿靶件的外包壳为铝制包壳。

19、进一步的，所述燃料填充区中填充的燃料为u-235。

20、进一步的，所述补偿靶件的平均密度小于冷却剂的密度。

21、进一步的，所述补偿靶件朝向所述反应堆水池底部的一端设置有所述瓣状限位器，所述补偿靶件的另一端设置有所述动作旋钮。

22、进一步的，所述反应堆水池内的反应堆为具有开放式堆芯的游泳池式反应堆。

23、相比现有技术，本申请具有以下有益效果：

24、本申请提供一种游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，包括内部容置有反应堆的反应堆水池，反应堆水池中填充有冷却剂，反应堆水池的顶部边缘设置有反应堆操作桥，反应堆操作桥上设置有靶件驱动机构与靶件吊装连杆，靶件吊装连杆与辐照靶件的一端可拆卸连接；反应堆堆内的辐照孔道的正下方设置有补偿靶件，补偿靶件内填充有氦气，补偿靶件上设置有瓣状限位器及控制瓣状限位器动作的动作旋钮，动作旋钮与靶件吊装连杆的一端可拆卸连接；当辐照孔道内的待更换靶件被靶件吊装连杆带动的脱离辐照孔道时，补偿靶件在冷却剂的浮力作用下进入辐照孔道，且通过瓣状限位器与辐照孔道限位固定。本申请提供的游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置将靶件由靶件吊装连杆和靶件驱动机构从反应堆堆芯上方插入堆芯内的辐照孔道中，辐照孔道中设有带有瓣状限位器的补偿靶件，在新靶件下插过程中，补偿靶件自上而下被新靶件顶出辐照孔道，旧靶件(即待更换靶件)抽出过程中，补偿靶件借助冷却剂浮力上浮，并最终由于瓣状限位器的作用停留在辐照孔道中，补偿靶件上的瓣状限位器可通过调节上方的动作旋钮进行复位回缩，限位器回缩后的补偿靶件可按照与旧靶件同样的方式抽出堆芯，进而对其进行更换。整个靶件更换过程中，堆芯的整体反应性和慢化比例不发生明显扰动，故不需要为了更换靶件而进行停堆并重新启堆的操作。由此缩短了靶件更换的时间周期，提高了辐照效率，降低了靶件更换操作的复杂度，提高了操作的安全性。

技术特征：

1.一种游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，其特征在于，包括内部容置有反应堆的反应堆水池，所述反应堆水池中填充有冷却剂，所述反应堆水池的顶部边缘设置有反应堆操作桥，所述反应堆操作桥上设置有靶件驱动机构，所述靶件驱动机构与靶件吊装连杆相连，所述靶件吊装连杆与辐照靶件的一端可拆卸连接；

2.根据权利要求1所述的游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，其特征在于，所述靶件驱动机构的动力输出端与所述靶件吊装连杆的一端相连，所述靶件吊装连杆的另一端可拆卸连接有新靶件，所述新靶件位于辐照孔道的正上方，所述新靶件在所述靶件吊装连杆的带动下竖直向下进入所述辐照孔道；当所述新靶件插入所述辐照孔道内时，位于辐照孔道内的补偿靶件被新靶件顶出辐照孔道。

3.根据权利要求1所述的游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，其特征在于，所述补偿靶件的形状和尺寸分别与待更换靶件的形状和尺寸相同；

4.根据权利要求3所述的游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，其特征在于，所述传动轨道背离所述第二容腔的一端安装有所述动作旋钮，所述动作旋钮包括驱动连接端和连接柱筒，所述连接柱筒的外壁上设置有与传动轨道内壁适配啮合的外螺纹，所述驱动连接端与所述靶件吊装连杆的端部适配连接。

5.根据权利要求4所述的游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，其特征在于，所述第二容腔形成所述瓣状限位器的安装位；所述瓣状限位器包括传动杆、设置在所述传动杆一端的顶头、与所述顶头滑动连接的楔形滑块，以及用以将楔形滑块与所述第二容腔的内壁相连的弹性件；

6.根据权利要求5所述的游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，其特征在于，所述顶头背离所述传动杆的一端形成锥状体，所述锥状体的中心轴线与传动杆的中心轴线重合；

7.根据权利要求6所述的游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，其特征在于，所述第二滑动部与补偿靶件端部相接的表面上形成条状凸起，所述补偿靶件的端部设置有与所述条状凸起适配的滑槽，所述条状凸起的长度延伸线与传动杆的中心轴线垂直且相交。

8.根据权利要求6所述的游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，其特征在于，当所述补偿靶件在冷却剂的浮力作用下进入辐照孔道后，所述靶件吊装连杆与所述补偿靶件上的动作旋钮相连，通过所述靶件驱动机构顺时针转动所述靶件吊装连杆，使得所述传动杆在动作旋钮的带动下竖直向下运动，进而通过顶头将多个楔形滑块推开，楔形滑块的第二滑动部沿补偿靶件的外包壳的径向方向滑动，且与辐照孔道抵接。

9.根据权利要求3所述的游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，其特征在于，所述补偿靶件的外包壳为铝制包壳，

技术总结
本申请公开了一种游泳池式反应堆堆内辐照靶件在线更换装置，用以解决现有反应堆堆内靶件更换需要停堆的问题；本申请提供的在线更换装置通过靶件吊装连杆和靶件驱动机构将靶件插入或拔出辐照孔道，旧靶件抽出过程中，补偿靶件借助冷却剂浮力上浮，并最终由于瓣状限位器的作用停留在辐照孔道中，在新靶件下插过程中，补偿靶件被新靶件顶出辐照孔道，限位器回缩后的补偿靶件可按照与旧靶件同样的方式抽出堆芯，进而对其进行更换。整个靶件更换过程中，堆芯的整体反应性和慢化比例不发生明显扰动，故不需要为了更换靶件而进行停堆并重新启堆的操作，由此缩短靶件更换的时间周期，提高了辐照效率，降低了靶件更换操作的复杂度，提高了操作的安全性。

技术研发人员：张运荒,孙世妍,王子冠,郑刚阳,请求不公布姓名,付文,陈思娟,王吉浦,孙国鹏
受保护的技术使用者：北京中子探索科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12