一种高温气冷堆在线辐照装置与其布置及在线辐照方法与流程

本发明涉及一种高温气冷堆在线辐照装置与其布置及在线辐照方法，属于核能利用。

背景技术：

1、同位素在核能、环保、医疗、地质勘探、材料科学等众多领域都有重要应用。

2、与一些传统反应堆相比，高温气冷堆中子通量高出数倍，可使靶材料更有效地发生核反应，提高同位素的生产效率和产量。

3、然而，现有高温气冷堆的中子源孔道仅依靠堆芯固有的中子场进行辐照，同一反应堆内多个孔道的中子能谱和中子通量趋于一致，无法实现不同孔道间的差异化调控。由于钼-99、碘-123、锝-99m、钴-60等同位素具有不同的核反应阈值和最佳中子能谱需求，单一能谱的辐照环境限制了同一堆期内多品类同位素的并行协同生产，导致反应堆的辐照产能利用率偏低，难以适应日益增长的市场需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供了一种高温气冷堆在线辐照装置与其布置及在线辐照方法，实现了三个辐照位点中子通量分布的均匀稳定。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种高温气冷堆在线辐照装置，包括三个中子源孔道、在线辐照装置本体和集成组件，中子源孔道分别设置在高温气冷堆反应堆压力容器顶盖的30°、150°和270°角度处；每个所述中子源孔道内设有连接管道，在线辐照装置本体设置于反应堆检修大厅，且在线辐照装置本体连通连接管道，连接管道的另一端延伸至反应堆活性区，集成组件嵌套设置在连接管道内侧靠近反应堆活性区的辐照段，集成组件包括慢化模块、反射模块及轴向滑移机构；三个所述中子源孔道内的所述集成组件相互独立，通过所述轴向滑移机构调节慢化模块和反射模块的轴向覆盖高度，以独立调控各中子源孔道内部的中子能谱和中子通量。

4、其中，所述连接管道包括上弯导管和下直导管，所述上弯导管与压力容器顶盖角度适配，所述下直导管垂直延伸至反应堆活性区；所述在线辐照装置本体集成有靶件动态定位系统，所述靶件动态定位系统包括嵌入式同位素类型数据库与沿下直导管轴向间隔布置的红外定位传感器；所述嵌入式同位素类型数据库内预存钼-99、碘-123的辐照时长与温压阈值，红外定位传感器实时采集同位素靶件位置信号并反馈至控制系统，定位精度达±2mm，以确保同位素靶件处于中子通量峰值区域。

5、其中，所述在线辐照装置本体还集成有分布式泄漏预警系统，分布式泄漏预警系统包括布置于连接管道两端及中间节点的放射性泄漏监测传感器；当任一放射性泄漏监测传感器检测到辐射剂量率≥0.1μsv/h时，联动触发本地预警、暂停同位素靶件转运并锁定对应中子源孔道。

6、其中，所述在线辐照装置及连接管道沿轴线设置有分级辐射防护结构，分级辐射防护结构包括在靠近反应堆活性区的孔道出口段设置的铅合金屏蔽层和在远离反应堆活性区的反应堆检修大厅侧设置的铅合金与碳纤维复合屏蔽层。

7、其中，所述慢化模块采用石墨与氢化锆复合分层结构；所述反射模块采用铍合金与不锈钢反射层复合结构；所述集成组件内还设有中子能谱通量监测探头，用于实时采集各中子源孔道的中子参数并闭环反馈至所述轴向滑移机构。

8、其中，所述孔道轴线自适应调节机构设置于上弯导管与下直导管的连接处，孔道轴线自适应调节机构包括电动执行器与位移传感器，可补偿±3°的安装误差，使得修正后上弯导管与下直导管的轴线偏差≤0.3mm。

9、其中，各中子源孔道的集成组件配套内置中子通量监测探头及能谱监测探头，中子通量监测探头及能谱监测探头接入控制系统形成闭环调控，预设不同同位素靶件对应的组件位置配方。

10、一种基于高温气冷堆在线辐照装置的布置及在线辐照方法，其特征在于，包括以下步骤：

11、s1：基于反应堆几何对称性，选择压力容器顶盖30°、150°、270°角度的三个中子源孔道，在中子源孔道内安装连接管道和集成组件；

12、s2：将在线辐照装置固定于反应堆检修大厅，通过连接管道与三个中子源孔道连接，调试靶件动态定位系统、分级辐射防护结构与分布式泄漏预警系统；

13、s3：在各中子源孔道的下直导管活性区内侧同轴嵌套安装集成组件，进行堆内初始标定，固化热中子富集、共振中子适配、快中子提升三种工况的能谱基准；

14、s4：将同位素靶件经在线辐照装置本体入口装入，沿连接管道下行至反应堆活性区进行辐照，并由靶件动态定位系统修正位置，辐照完成后反向取出。

15、其中，调用嵌入式同位素类型数据库匹配当前同位素靶件的最优辐照时间、温度阈值和压力阈值；当同位素靶件辐照时长达到预设时间时，触发同位素靶件取出指令，驱动输送机构反向提升靶件至装置入口。

16、其中，第一个中子源孔道调至热中子能谱富集工况；第二个中子源孔道调至共振中子能谱工况；第三个中子源孔道调至快中子通量提升工况。

17、本发明具有如下有益效果：

18、本发明通过将三个中子源孔道分别设置在反应堆压力容器顶盖30°、150°和270°角度处，形成等间隔对称分布，实现了三个辐照位点中子通量分布的均匀稳定。

19、本发明通过在各中子源孔道的连接管道内侧设置包含慢化模块、反射模块及轴向滑移机构的集成组件，并使三个孔道的集成组件相互独立调节，实现了对各孔道内中子能谱和中子通量的独立调控。

20、本发明通过设置靶件动态定位系统，包括嵌入式同位素类型数据库与沿下直导管轴向间隔布置的红外定位传感器，实现了同位素靶件在中子通量峰值区域的精准定位，减少了因辐照位置偏移导致的产品活性损失。

21、本发明通过设置分布式泄漏预警系统，在连接管道两端及中间节点布置放射性泄漏监测传感器，当检测到辐射剂量率≥0.1μsv/h时联动触发预警、暂停转运并锁定对应孔道，实现了放射性泄漏的早期发现和快速隔离。

22、本发明通过设置分级辐射防护结构，在靠近活性区的孔道出口段采用铅合金屏蔽层，在远离活性区的检修大厅侧采用铅合金与碳纤维复合屏蔽层，实现了根据不同区域辐射水平差异化的防护配置，降低了材料成本和结构重量。

1.一种高温气冷堆在线辐照装置，其特征在于：包括三个中子源孔道、在线辐照装置本体和集成组件，中子源孔道分别设置在高温气冷堆反应堆压力容器顶盖的30°、150°和270°角度处；每个所述中子源孔道内设有连接管道，在线辐照装置本体设置于反应堆检修大厅，且在线辐照装置本体连通连接管道，连接管道的另一端延伸至反应堆活性区，集成组件嵌套设置在连接管道内侧靠近反应堆活性区的辐照段，集成组件包括慢化模块、反射模块及轴向滑移机构；三个所述中子源孔道内的所述集成组件相互独立，通过所述轴向滑移机构调节慢化模块和反射模块的轴向覆盖高度，以独立调控各中子源孔道内部的中子能谱和中子通量。

2.如权利要求1所述的一种高温气冷堆在线辐照装置，其特征在于：所述连接管道包括上弯导管和下直导管，所述上弯导管与压力容器顶盖角度适配，所述下直导管垂直延伸至反应堆活性区；所述在线辐照装置本体集成有靶件动态定位系统，所述靶件动态定位系统包括嵌入式同位素类型数据库与沿下直导管轴向间隔布置的红外定位传感器；所述嵌入式同位素类型数据库内预存钼-99、碘-123的辐照时长与温压阈值，红外定位传感器实时采集同位素靶件位置信号并反馈至控制系统，定位精度达±2mm，以确保同位素靶件处于中子通量峰值区域。

3.如权利要求1所述的一种高温气冷堆在线辐照装置，其特征在于：所述在线辐照装置本体还集成有分布式泄漏预警系统，分布式泄漏预警系统包括布置于连接管道两端及中间节点的放射性泄漏监测传感器；当任一放射性泄漏监测传感器检测到辐射剂量率≥0.1μsv/h时，联动触发本地预警、暂停同位素靶件转运并锁定对应中子源孔道。

4.如权利要求1所述的一种高温气冷堆在线辐照装置，其特征在于：所述在线辐照装置及连接管道沿轴线设置有分级辐射防护结构，分级辐射防护结构包括在靠近反应堆活性区的孔道出口段设置的铅合金屏蔽层和在远离反应堆活性区的反应堆检修大厅侧设置的铅合金与碳纤维复合屏蔽层。

5.如权利要求1所述的一种高温气冷堆在线辐照装置，其特征在于：所述慢化模块采用石墨与氢化锆复合分层结构；所述反射模块采用铍合金与不锈钢反射层复合结构；所述集成组件内还设有中子能谱通量监测探头，用于实时采集各中子源孔道的中子参数并闭环反馈至所述轴向滑移机构。

6.如权利要求2所述的一种高温气冷堆在线辐照装置，其特征在于：所述孔道轴线自适应调节机构设置于上弯导管与下直导管的连接处，孔道轴线自适应调节机构包括电动执行器与位移传感器，可补偿±3°的安装误差，使得修正后上弯导管与下直导管的轴线偏差≤0.3mm。

7.如权利要求1所述的一种高温气冷堆在线辐照装置，其特征在于：各中子源孔道的集成组件配套内置中子通量监测探头及能谱监测探头，中子通量监测探头及能谱监测探头接入控制系统形成闭环调控，预设不同同位素靶件对应的组件位置配方。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的高温气冷堆在线辐照装置的布置及在线辐照方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的布置及在线辐照方法， 其特征在于，在步骤s4中：调用嵌入式同位素类型数据库匹配当前同位素靶件的最优辐照时间、温度阈值和压力阈值；当同位素靶件辐照时长达到预设时间时，触发同位素靶件取出指令，驱动输送机构反向提升靶件至装置入口。

10.如权利要求8所述的布置及在线辐照方法， 其特征在于，步骤s3中：第一个中子源孔道调至热中子能谱富集工况；第二个中子源孔道调至共振中子能谱工况；第三个中子源孔道调至快中子通量提升工况。