一种辐照装置及反应堆的制作方法

1.本技术涉及反应堆工程技术领域，尤其涉及一种辐照装置及反应堆。


背景技术：

2.核材料在反应堆中中子场的辐射照射下的辐射损伤会导致材料微观结构变化，为评价该类变化对核材料在反应堆中的机械性能、热力学性能、辐照性能、使用寿命等参数影响，材料辐照考验工作是新型核材料在反应堆中应用的必经之路。
3.核反应堆根据使用目的的不同可分为生产堆、实验堆与动力堆，根据材料辐照考验所需的考验温度、中子注量率水平、中子能量水平及辐照考验时间需求，可将辐照考验材料放置在不同反应堆中进行测试。目前，材料的辐照性能测试耗时长、投资大，且标准不统一，有无法通过安审的风险。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例期望提供一种辐照装置及反应堆，能方便的对样品进行辐照测试。
5.为达到上述目的，本技术实施例的技术方案是这样实现的：
6.一种辐照装置，用于装载对样品置于反应堆中进行辐照，包括：
7.外管壳，具有第一容纳腔；
8.以及样品罐，置于所述第一容纳腔内；所述样品罐具有密封的第二容纳腔，多块所述样品能够沿轴向堆叠在所述第二容纳腔内；
9.所述第一容纳腔与所述样品罐沿轴向限位固定，所述第一容纳腔的内侧壁与所述样品罐的外壁间隙设置。
10.一实施例中，所述辐照装置包括至少一个样品架，置于所述第二容纳腔中，所述样品架具有能够容纳多块所述样品沿轴向堆叠的第三容纳腔；所述样品架轴向套设于所述第二容纳腔中；
11.所述样品架在所述第二容纳腔内沿轴向限位固定，所述第二容纳腔的内侧壁与所述样品罐的外壁间隙设置。
12.一实施例中，所述辐照装置包括置于所述第二容纳腔内的垫片，所述垫片设置在多块沿轴向堆叠的所述样品的端部。
13.一实施例中，所述第一容纳腔为密闭的腔室；
14.或者，所述外管壳的侧壁上形成有导流通道，所述导流通道连通所述第一容纳腔与外部环境。
15.一实施例中，所述辐照装置包括上接头以及下接头，所述上接头与所述下接头沿轴向分别设置在所述外管壳的两端；
16.所述样品罐包括本体、上端塞以及下端塞，所述上端塞以及下端塞分别设置在所述本体的两端；
17.所述上接头与所述上端塞沿径向定位，所述上接头与所述下端塞沿径向定位。
18.一实施例中，所述上接头形成有上流出孔，所述上流出孔连通所述第一容纳腔与外部环境；和/或，
19.所述下接头形成有下流出孔，所述下流出孔连通所述第一容纳腔与外部环境；和/或，
20.所述上接头远离所述外管壳的一端形成有上螺纹段；和/或，
21.所述下接头远离所述外管壳的一端形成有下螺纹段。
22.一实施例中，所述本体为沿轴向贯通的壳体，所述上端塞以及下端塞分别设置在所述本体的两端以围设形成所述第二容纳腔；或者，
23.所述第二容纳腔设置在所述本体并沿轴向延伸直至在所述本体的一端形成第一开口，所述上端塞以及所述下端塞的其中之一设置在所述第一开口上，其中另一设置在所述本体远离所述第一开口的一端上。
24.一实施例中，所述样品罐具有第四容纳腔；
25.所述第二容纳腔设置在所述本体上并沿轴向延伸直至在所述本体的一端形成第一开口；
26.所述第四容纳腔设置在所述本体上并沿轴向延伸直至在所述本体的远离所述第一开口的一端形成第二开口；
27.所述上端塞以及所述下端塞的其中之一设置在所述第一开口上，其中另一设置在所述第二开口上。
28.一实施例中，所述样品架包括具有所述第三容纳腔的筒体以及设置在所述筒体两端的支撑部，所述筒体的至少一端形成有向内延伸的沿径向的挡片。
29.一种反应堆，包括上述的辐照装置。
30.一实施例中，所述反应堆为压水堆、快堆、低温供热堆、空间堆、沸水堆、微堆、零功率堆、重水堆、动力堆或者船用动力堆堆型。
31.本技术实施例的一种辐照装置及反应堆通过设置外管壳，具有第一容纳腔；以及样品罐，置于所述第一容纳腔内；所述样品罐具有密封的第二容纳腔，多块所述样品能够沿轴向堆叠在所述第二容纳腔内；所述第一容纳腔与所述样品罐沿轴向限位固定，所述第一容纳腔的内侧壁与所述样品罐的外壁间隙设置；样品罐内装入的样品可以选择同种类型或者不同类型，通过控制样品的外径与样品罐的本体的侧壁之间的间隙来控制内部样品的温度，为样品提供不同温度台阶，从而可实现一次性完成多种样品的辐照测试测试，提高材料辐照考验工作效率，节省科研经费；且辐照装置设计简单，方便使用，无需对反应堆或其装载容器进行重复设计节省设计、研制时间。
附图说明
32.图1为本技术实施例的辐照装置的结构示意图；
33.图2为图1的辐照装置的另一视角下的结构示意图，其中，剖去了1/4的结构以展示内部结构；
34.图3为本技术一实施例的样品罐的结构示意图；
35.图4为图3中的样品罐的本体的结构示意图；
36.图5为本技术另一实施例的样品罐的结构示意图；
37.图6为本技术一实施例的样品架的结构示意图，其中，剖去了1/4的结构以展示内部结构；
38.图7为图6中的样品架另一视角下的结构示意图；
39.图8为本技术实施例的垫片的结构示意图。
具体实施方式
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本技术的解释说明，不应视为对本技术的不当限制。
41.在本技术实施例的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、轴向、径向等方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
42.一种反应堆，包括辐照装置以及堆芯。
43.如图1至8所示，辐照装置包括外管壳1以及样品罐2。外管壳1具有第一容纳腔11，样品罐2置于第一容纳腔11内。样品罐2具有密封的第二容纳腔21，多块样品9能够沿轴向堆叠在第二容纳腔21内；第一容纳腔11与样品罐2沿轴向限位固定，第一容纳腔11的内侧壁与样品罐2的外壁间隙设置。
44.具体地，辐照装置包括外管壳1以及样品罐2。外管壳1的材料根据需要可为锆合金，铁基材料、铝合金、铜合金，外管壳1具有第一容纳腔11，第一容纳腔11根据需要充入冷却剂，其中冷却剂可以是氦气(he)、氖气(ne)、氩气(ar)、氪气(kr)等惰性气体，也可以为液态的金属钠。冷却剂在外管壳1的外表面或者内部或者循环流动以带走辐照产生的热量。样品罐2置于第一容纳腔11内；样品罐2具有密封的第二容纳腔21，多块样品9能够沿轴向堆叠在第二容纳腔21内。第二容纳腔21内根据需要可以抽真空后充入气体改变第二容纳腔21的内部导热率，控制内部温度，从而实现控制样品9的温度，此处的气体可为氦气(he)、氖气(ne)、氩气(ar)、氪气(kr)等惰性气体。
45.由于在不同的高度范围内，堆芯辐射出的中子注量率及能谱是不一样的，因此需要严格控制样品罐2中的样品9的高度。第一容纳腔11与样品罐2沿轴向限位固定，限位方法可以是将样品罐2的两端分别与第一容纳腔11的沿轴向的顶端与底端抵接，从而实现轴向固定，防止样品罐2沿轴向窜动，确保不同高度的样品9所接受的辐照的不同温度台阶。第一容纳腔11的内侧壁与样品罐2的外壁间隙设置，方便冷却剂流过外管壳1的外表面或者第一容纳腔11内部，加强散热，确保样品罐2所处的温度即为外管壳1的外表面温度，确保样品9可以获得合适的辐照完成相应的测试。
46.可以理解的是，样品罐2内的样品9应当与样品罐2的内壁保持间隙设置。也即是留给样品罐2内的样品9由辐照引起的辐照生长留有足够的空间。样品罐2内装入的样品9可以选择同种类型或者不同类型，通过控制样品架3的外径与样品罐2的本体22(下文提及)的侧壁之间的间隙来控制样品架3内部样品9的温度，为样品9提供不同温度台阶，从而可实现一次性完成多种样品9的辐照测试测试，提高材料辐照考验工作效率，节省科研经费；且辐照
装置设计简单，方便使用，无需对反应堆或其装载容器进行重复设计节省设计、研制时间。
47.堆芯中会产生足够的中子，辐照装置可用于装载样品9，辐照装置可嵌入堆芯中专门的辐照孔道或部分替代堆型中燃料棒、屏蔽棒，用以接收中子，使得辐照装置与堆芯的兼容性好，为核材料辐照研究工作设计、研制、论证工作节省研究资源。中子对辐照装置中装入的样品9进行辐照，待辐照结束后可取出样品9进行解体及辐照后检查，从而得出材料的辐照性能。
48.一种可能的实施例，如图2、图3、图6以及图7所示，辐照装置包括至少一个样品架3，样品架3置于第二容纳腔21中，样品架3具有能够容纳多块样品9沿轴向堆叠的第三容纳腔31；样品架3轴向置于第二容纳腔21中。第二容纳腔21与样品架3沿轴向限位固定，第二容纳腔21的内侧壁与样品罐2的外壁间隙设置，留给样品罐2内的样品9由辐照引起的辐照生长留有足够的空间
49.样品架3的外径随辐照测试的需要可进行更改，通过控制样品架3的筒体33与样品罐2的本体22的尺寸，使得两者之间在装配后存在一定的间隙，该间隙直接影响散热性能，进而可以控制样品架3内部的样品9的温度。通常一个样品架3内装入的样品9的数量为1～10个，根据需要可以在第二容纳腔21布置一个、两个或者两个以上的样品架3。
50.此外，根据样品9的材料及数目可对样品架3进行编号标识分类，方便统计以设计对照。相邻样品架3沿轴向堆叠在第一容纳腔11内，以使得第一容纳腔11与样品罐2沿轴向限位固定，进而防止沿轴向窜动。当样品架3数量为多个，不一定全部的样品架3都要放样品9，只起到轴向的支撑作用。
51.需要注意的是，样品罐2的本体22的尺寸一定的情况下，通过设计不同尺寸的样品架3，可以保证样品9所受辐照的不同温度台阶。在图5所示意出的非限定性的实施例中，在无法通过改变样品架3的筒体33的外径来控制间隙从而控制温度时可取消样品架3，直接将样品9放置于第二容纳腔21中，通过改变第二容纳腔21的内径控制样品7的间隙，进而达到控制样品9所受辐照温度。
52.一种可能的实施例，如图1至图4以及图8所示，辐照装置包括置于第二容纳腔21内的垫片4，垫片4设置在多块沿轴向堆叠的样品9的端部。垫片4通常为圆盘、环形或者块状，第二容纳腔21内根据需要可以抽真空后充入气体，从而有效的控制第二容纳腔21内的温度，有利于样品9的辐照测试进行。
53.在图5所示意出的非限定性的实施例中，当辐照装置中取消样品架3，垫片4可置于第二容纳腔21中，多块样品9沿轴向堆叠在第二容纳腔21中，一块垫片4设置多块样品9的端部、或者两块样品9之间。垫片4的材料根据样品9的材料不同可以进行选择。当样品9与垫片4直接接触，可用于研究辐照材料与堆内其他材料的辐照相互作用。
54.一种可能的实施例，第一容纳腔11为密闭的腔室，第一容纳腔11根据需要充入氦气(he)、氖气(ne)、氩气(ar)、氪气(kr)等惰性气体，确保第一容纳腔11内部导热率一致，从而有效的控制第二容纳腔21内的温度，有利于样品9的辐照测试进行。
55.一种可能的实施例，如图1和图2所示，外管壳1的侧壁上形成有导流通道12，导流通道12连通第一容纳腔11与外部环境。通常，导流通道12为矩形且两端半圆形开孔，方便液态的金属钠从外部环境到第一容腔11中往复循环，确保第一容纳腔11内部导热率一致。且该形状与反应堆中其他的组件的结构一致，对冷却剂的流场、以及中子注量分布影响小，可
节省组件堆内、堆外验证性试验工作。
56.此外，导流通道12可以采用圆形孔、不规则的异形孔，具体根据设计为准。
57.一种可能的实施例，如图1和图2所示，辐照装置包括上接头5以及下接头6，上接头5以及下接头6的材料根据需要可为锆合金，铁基材料、铝合金或者铜合金。上接头5与下接头6沿轴向分别设置在外管壳1的两端；连接方式可以为焊接或者螺纹连接。具体地，上接头5远离外管壳1的一端形成有上螺纹段52；下接头6远离外管壳1的一端形成有下螺纹段62，反应堆的堆芯内的辐照棒(未标出)设计有与上螺纹段52、下螺纹段62相配合的内螺纹，由此，辐照装置整体通过上接头5、下接头6与反应堆组件内部的辐照棒连接，固定于堆芯内部，从而实现样品9的辐照测试。
58.样品罐2包括本体22、上端塞23以及下端塞24，上端塞23以及下端塞24分别设置在本体21的两端，上端塞23以及下端塞24与本体21的连接方式可以是卡接、螺纹连接或者焊接，具体以设计为准。本体22、上端塞23以及下端塞24的材料根据需要可为锆合金，铁基材料、铝合金或者铜合金。
59.上接头5与上端塞23可沿径向定位，下接头6与下端塞24可沿径向定位，具体地，上端塞23与下端塞24分别沿轴向凸出有定位柱(未标出)，上接头5以及下接头6可形成有相应的定位孔(未标出)，定位孔的尺寸稍大于定位柱，两者孔轴配合从而实现径向定位。此外，通过下接头6沿轴向向上抵触在样品罐2的底端，依靠样品罐2自身重力稳定，由此实现样品罐2的轴向固定。
60.一种可能的实施例，如图1和图2所示，上接头5形成有上流出孔51，上流出孔51连通第一容纳腔11与外部环境；下接头6形成有下流出孔(未标出)，下流出孔连通第一容纳腔11与外部环境；使冷却剂能够在第一容纳腔11内部流动；当辐照装置取出堆芯时，残余的冷却剂可从上流出孔51或者下流出孔流出，确保辐照装置内部没有残存的冷却剂，确保冷却剂不会影响到操作人员。
61.一种可能的实施例，如图5所示，本体22为沿轴向贯通的壳体，上端塞23以及下端塞24分别设置在本体21的两端以围设形成第二容纳腔21。样品9沿轴向堆叠在第二容纳腔21中，通过改变第二容纳腔21的内径控制样品7的间隙，进而达到控制样品9所受辐照温度。
62.一种可能的实施例，如图3和图4所示，第二容纳腔21设置在本体22并沿轴向延伸直至在本体22的一端形成第一开口211，上端塞23以及下端塞24的其中之一设置在第一开口211上，其中另一设置在本体22远离第一开口211的一端上。即第二容纳腔21可为一个盲孔，通过改变第二容纳腔21的内径控制样品7的间隙，进而达到控制样品9所受辐照温度。
63.一种可能的实施例，如图2至图4所示，样品罐2具有第四容纳腔25。具体地，本体22具有第一分段(未标出)和第二分段(未标出)，其中，第二容纳腔21在第一分区、第四容纳腔25在第二分区，第二容纳腔21与第四容纳腔25不连通。第二容纳腔21设置在本体22上并沿轴向延伸直至在本体22的一端形成第一开口211；第四容纳腔25设置在本体22上并沿轴向延伸直至在本体22的远离第一开口211的一端形成第二开口251；上端塞23以及下端塞24的其中之一设置在第一开口211上，其中另一设置在第二开口251上。
64.由此，第二容纳腔21与第四容纳腔25可分别填充不同气体，从而获得不同的导热率，进而可以对不同温度台阶的样品9进行分离放置，通过气体导热率控制样品9所受辐照温度台阶，辐照测试的设计更灵活。
65.一种可能的实施例，如图1和图2所示，上端塞23形成有常闭的上出气孔231，上出气孔231连接第一容纳腔11与第二容纳腔21。下端塞24形成有常闭的下出气孔241，下出气孔241连接第一容纳腔11与第四容纳腔25。当打开上出气孔231或者下出气孔241，可方便对第二容纳腔21与第四容纳腔25进行抽真空，抽真空完毕再从上出气孔231或者下出气孔241向其中充入不同的气体，以便得到不同的导热率，方便对样品9进行多种温度台阶的辐照测试。
66.一种可能的实施例，如图2至图7所示，样品架3包括具有第三容纳腔31的筒体33以及设置在筒体33两端的支撑部32，支撑部32可为圆环或者支杆。支撑部32支撑在第二容纳腔21、第四容纳腔25的内壁上以使得筒体33与第二容纳腔21、第四容纳腔25保持间隙。筒体33的至少一端形成有向内延伸的沿径向的挡片34，以方便放置样品9和垫片4，防止其跌落。挡片34通常可为环形或者凸块。筒体33以及支撑部32的材料根据需要可为锆合金，铁基材料、铝合金或者铜合金。
67.一种可能的实施例，本技术应用辐照装置的反应堆可为压水堆、快堆、低温供热堆、空间堆、沸水堆、微堆、零功率堆、重水堆、动力堆或者船用动力堆堆型的一种。
68.本技术提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。
69.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。