二次中子源棒的制作方法

1.本发明涉及核电技术领域，尤其是涉及一种二次中子源棒。


背景技术：

2.大部分压水堆(pressurized water reactor；采用高压水来冷却核燃料的一种核反应堆)通常包括燃料组件、慢化剂、控制棒组件、可燃毒物组件、中子源棒、堆芯吊篮和压力壳等，是属于核电站中应用数量较多、容量较大的堆型。
3.中子源棒为反应堆装料和启动提供起始中子水平，以满足监督要求。中子源棒包括一次中子源棒(primary neutron source assembly)和二次中子源棒(secondary neutron source assembly)。
4.二次中子源组件装有若干二次中子源棒，其余为阻力塞棒。二次中子源棒内通常设置的二次中子源材料为锑-铍(sb-be)芯块。
5.反应堆首次装料时，二次中子源处于未活化状态，经过一定时间的堆内辐照后，被激发的锑(sb)将进行γ衰变，能量足够高的γ射线轰击铍(be)原子核释放出中子。二次中子源棒会在后续多个循环中连续使用，直到接近使用寿命进行更换。锑-铍(sb-be)材料在堆内经辐照活化后会产生氚。
6.氚也称超重氢，是氢的同位素之一，原子量3.016，它的原子核由一颗质子和两颗中子所组成，并带有放射性，会发生β衰变，放出电子变成氦-3，其半衰期为12.43年。天然产生的氚很少，可以忽略不计，环境中的氚主要来自于各种核试验和核动力活动。
7.氚的危害：
8.(一)对环境的危害
9.氚水可进入初级生产者体内与有机物结合，形成稳定的有机氚。由于有机氚在生物体内的代谢速率低，且随着食物链营养的迁移而逐渐富集，会对生物体产生持续的内照射危害。
10.(二)对人体的危害
11.氚在放射性衰变中释出的贝他辐射，未有足够能量穿越皮肤死皮细胞的外层，因此氚在人体外只会构成有限的放射性危害。但是，当身体通过吸入、皮肤吸收、食入和注射而摄进氚时，就会出现较严重的内照射危害。在非常接近氚释出的位置，或在一个密闭或空气不流通的地点，吸入氚气会影响健康。
12.人体通过吸入和皮肤吸收，几乎会100％吸收氚水中的氚，这较暴露于气态元素形式的氚之下，对健康构成更大危害。如在处理装备时，触碰被氚污染的装备表面后没有洗手便吃喝、使用化妆品或触摸嘴巴或嘴唇，人体会有可能食入氚。如在处理含有氚的破损装备时，装备内的成分不幸地穿刺皮肤后，氚便有可能注射入人体内。氚水会在人体内均匀分布，而氚发出的贝他辐射会继续照射周围的组织，直至氚原子衰变或通过人体自然排泄而消失。摄入氚的分量越多，对健康的潜在危害会越大。
13.氚在目前使用的二次中子源棒的包壳管中容易渗透，所以放射性氚易穿透包壳管
进入冷却剂从而造成污染，极大影响了核电站工作人员的健康。


技术实现要素：

14.本发明要解决的技术问题在于，针对相关技术中的上述缺陷，提供一种能减少氚排放的二次中子源棒。
15.本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种二次中子源棒，包括外包壳以及设在所述外包壳中的内管段，所述内管段包括内包壳、用于提供中子的中子源芯块和用于吸附氚的内衬管，所述中子源芯块和所述内衬管设在所述内包壳中，所述中子源芯块中心开设有孔，内衬管轴向穿设在孔中，以吸附中子源芯块产生的氚。
16.优选地，内包壳为表面经预氧化处理的锆合金材质，表面形成氧化膜。
17.优选地，所述内包壳的外径为6～9mm。
18.优选地，所述内包壳的壁厚为0.2～2mm。
19.优选地，所述内包壳的氧化膜厚度为5～30μm。
20.优选地，所述中子源芯块包括轴向堆叠的多块所述中子源芯块。
21.优选地，所述中子源芯块的所述孔轴向开设，所述内衬管轴向贯穿于各个所述中子源芯块的所述孔。
22.优选地，所述中子源芯块的所述孔的孔径为0.5～2mm。
23.优选地，所述内衬管表面镀镍。
24.优选地，所述内衬管的镀镍层的厚度为3～25μm。
25.实施本发明的技术方案，至少具有以下的有益效果：该二次中子源棒采用双层包壳——外包壳和内包壳设计，能够减少氚的向外渗透；同时中子源芯块采用中心开孔设计，一方面能够让中子源芯块向外散热，能提升传热性能，降低中子源芯块熔化风险，另一方面，孔中设有用于吸附氚的内衬管，能够吸附中子源芯块产生的氚，降低了氚向外渗透到冷却剂的风险。该二次中子源棒能减少氚排放，保护核电站工作人员的健康，同时降低中子源材料熔化风险。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明的一种实施方式的二次中子源棒轴向剖切的剖视图。
28.图2是图1中的内管段轴向剖切的剖视图。
29.图3是图2中a部位的局部放大图。
30.图4是图2中的一块中子源芯块轴向剖切的剖视图。
31.图中的标号表示：外包壳11，第一外端塞12，第二外端塞13，内管段2，内包壳21，第一内端塞22，第二内端塞23，中子源芯块24，孔241，内衬管25。
具体实施方式
32.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，如果文中出现“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。如果文中出现术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
34.参见图1-4，本发明的一种实施方式中的二次中子源棒，包括外包壳11以及设在外包壳11中的内管段2，内管段2包括内包壳21、用于提供中子的中子源芯块24和用于吸附氚的内衬管25，中子源芯块24和内衬管25设在内包壳21中，中子源芯块24开设有轴向的孔241，内衬管25轴向穿设在孔241中，以吸附中子源芯块24产生的氚。其中，中子源芯块24优选为锑-铍芯块。
35.该二次中子源棒采用双层包壳——外包壳11和内包壳21设计，能够减少氚的向外渗透；同时中子源芯块24采用中心开孔241设计，一方面能够让中子源芯块24向外散热，能提升传热性能，降低中子源芯块24熔化风险，另一方面，孔241中设有用于吸附氚的内衬管25，能够吸附中子源芯块24产生的氚，降低了氚向外渗透到冷却剂的风险。所以该二次中子源棒能减少氚排放，保护核电站工作人员的健康，同时降低中子源材料熔化风险，尤其适合作为二次中子源棒。
36.二次中子源棒的主要作用是通过装载在棒中的二次中子源在后续循环的燃料装载、停堆以及临界等堆芯中子通量较小的过程中，为堆外测量仪表提供一个初始中子水平。在首堆芯启动时，初始中子水平由一次中子源提供，在堆芯首次装料时，同时装入一次和二次中子源组件，换料堆芯则只装入二次中子源组件。
37.二次中子源棒可单独插入燃料组件中使用，也可装入二次中子源组件中使用。二次中子源组件通常由压紧部件下方悬挂二次中子源棒和阻力塞棒或其他相关组件棒组成。反应堆运行时，二次中子源棒插在燃料组件中固定不动，通常二次源棒插在燃料组件导向管中。
38.优选地，二次中子源棒还包括第一外端塞12和第二外端塞13，外包壳11呈两端开口的管状，外包壳11和端塞均采用不锈钢材料，第一外端塞12和第二外端塞13分别塞住外包壳11的两端开口。
39.优选地，内管段2还包括第一内端塞22和第二内端塞23，内包壳21呈两端开口的管状，第一内端塞22和第二内端塞23分别塞住内包壳21的两端开口。
40.优选地，内包壳21为内外表面经预氧化处理的锆合金材质，内外表面形成致密的氧化膜，氧化膜不易脱落从而降低氚的渗透率，即使有微量的氚穿透氧化膜也能被内包壳21的锆合金基体吸附。这样极大地提升了二次中子源棒的阻氚性能，能保证反应堆内长期使用时的阻氚性能。
41.优选地，内包壳21的外径为6～9mm，内包壳21的壁厚(含表面氧化膜厚度)为0.2～2mm，内包壳21的氧化膜厚度为5～30μm。
42.优选地，中子源芯块24包括轴向堆叠的多块中子源芯块24，中子源芯块24的孔241轴向开设，各块中子源芯块24的孔241对正，内衬管25轴向贯穿于各个中子源芯块24的孔241，中子源芯块24的孔241的孔径为0.5～2mm。
43.优选地，内衬管25内外表面镀镍，内衬管25的镀镍层的厚度为3～25μm，内衬管25的基体锆合金用于吸附中子源芯块24产生的氚，表面镀镍是为了防止锆合金表面被氧化而降低吸附能力。
44.内衬管25可以只有一根，也可以包括轴向分布的至少两根内衬管25，也可以理解为内衬管25是分段的。至于内衬管25与中子源芯块24的配合，可以是一根内衬管25穿过多个中子源芯块24中；也可以是轴向排布的至少两根内衬管25依次穿入至少两块中子源芯块24的孔241中，其中，内衬管25与中子源芯块24优选地一一对应，一根内衬管25穿设在一个中子源芯块24中，但不限于此，内衬管25也可以与中子源芯块24轴向错位。
45.综上所述，该二次中子源棒采用双层包壳——外包壳11和内包壳21设计，能够减少氚的向外渗透；
46.同时中子源芯块24采用中心开孔241设计，一方面能够让中子源芯块24向外散热，能提升传热性能，降低中子源芯块24熔化风险，另一方面，孔241中设有用于吸附氚的内衬管25，能够吸附中子源芯块24产生的氚，降低了氚向外渗透到冷却剂的风险，所以该二次中子源棒能减少氚排放，保护核电站工作人员的健康，同时降低中子源材料熔化风险，尤其适合作为二次中子源棒；
47.内包壳21为内外表面经预氧化处理的锆合金材质，内外表面形成致密的氧化膜，氧化膜不易脱落从而降低氚的渗透率，即使有微量的氚穿透氧化膜也能被内包壳21的锆合金基体吸附，这样极大地提升了二次中子源棒的阻氚性能，能保证反应堆内长期使用时的阻氚性能；
48.内衬管25内外表面镀镍，内衬管25的镀镍层的厚度为3～25μm，内衬管25的基体锆合金用于吸附中子源芯块24产生的氚，表面镀镍是为了防止锆合金表面被氧化而降低吸附能力。
49.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。