用于对放射性样品进行树脂浇注的样品支架

技术领域

本发明涉及核技术领域，特别涉及一种用于对放射性样品进行树脂浇注的样品支架。

背景技术

在一些情况下，需要对放射性材料如乏燃料棒等进行切割和磨抛光等操作以进行性能测试或其他检验。为防止放射性材料在切割和磨抛光过程中出现碎渣掉落现象，需利用树脂浇注技术对放射性材料四周填充环氧树脂，以对放射性材料进行固定。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于对放射性样品进行树脂浇注的样品支架，包括：第一托板，第二托板以及连接件。第一托板的表面向下凹陷形成沿周向分布的多个托板凹槽。第二托板设置于第一托板上方，第二托板上设置有多个第二托板通孔，每个第二托板通孔与一个托板凹槽同轴且尺寸相同。连接件将第一托板和第二托板连接。样品的底端穿过第二托板通孔后插入托板凹槽，由第二托板和第一托板对样品进行定位支撑。

本申请通过在第一托板上形成多个托板凹槽，在第二托板上设置与托板凹槽同轴且尺寸相同的多个第二托板通孔，利用同轴设置的第二托板通孔和托板凹槽承载放射性样品(如乏燃料棒样品)，在浇注树脂之前，便于操作人员在热室外操作机械手将放射性样品放入第二托板通孔，在浇注树脂时，便于操作人员在操作机械手向放射性样品中倒入浇注用树脂的过程中，通过两个托板之间的间隔观察放射性样品中的树脂浇注程度。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一个实施例的放射性样品的示意性透视图；

图2是图1所示的放射性样品的示意性分解图；

图3是根据本发明一个实施例的样品支架的示意性结构图，图中承载4个样品；

图4是图3所示的样品支架的示意性分解图；

图5是图4所示的样品支架中省略4个样品后的示意性分解图；

图6是根据本发明另一个实施例的样品支架的示意性结构图，图中承载4个样品；

图7和图8分别示出了根据本发明一个实施例的样品支架与真空室不同角度的示意性结构图；

图9是图8所示样品支架的局部放大图；

图10是图7所示样品支架与真空室的俯视图；

图11是图10所示样品支架的局部放大图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

11、真空室；111、锁紧件；12、盖板；121、滑台；122、锁紧配合件；13、底板；

20、样品；201、第一样品；202、第二样品；203、第三样品；21、上层树脂支撑架；211、镂空孔；22、放射性棒状材料；23、下层树脂支撑架；231、镂空孔；24、树脂管；25、端片；

30、样品支架；31、第一托板；311、第一凹槽；312、第二凹槽；313、中空管状结构；3131、第一台阶面；314、连接杆；315、定位件；32、第二托板；321、第一通孔；322、第二通孔；323、第二中心通孔；33、第三托板；331、第三托板通孔；332、第三中心通孔；34、底座；35、转盘；36、立柱；37、漏斗架；38、漏斗；391、第一传动件；392、第一水平转杆；393、第一操作部；

40、加料部；41、容器支撑部；42、容器夹持部；43、第三操作部；431、第三水平转杆；44、第二水平转杆；45、第二操作部；46、容器；47、第一连接杆；48、第二连接杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在本发明实施例的描述中“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在相关技术中，在制备乏燃料棒样品时，需要将乏燃料棒放置于树脂管24中，再向树脂管24中浇注树脂。如图1和图2所示，样品20包括：树脂管24和设置于树脂管24内的放射性棒状材料22。树脂管24的一端开口，另一端粘设有端片25，以防止放射性棒状材料22从树脂管24中脱落。样品20还可以包括：至少一个树脂支撑骨架。样品20例如可以包括上层树脂支撑架21和下层树脂支撑架23。可以在树脂管24接近上下两端的径向内侧表面分别形成止口，将上层树脂支撑架21和下层树脂支撑架23分别在止口处粘接于树脂管24。树脂支撑骨架中心具有用于供放射性棒状材料通过的通孔，有助于内部放射性棒状材料22在浇注环氧树脂的过程中处于树脂管24的中间位置，提高样品20的浇注质量。通孔的外围镂空设置，以允许树脂通过，便于环氧树脂浇注更加充分，而且树脂支撑骨架可随环氧树脂一同固化，使整体浇注简单、有效、可靠。上层树脂支撑架21可以开有腰形镂空孔211。下层树脂支撑架23可以开有腰形镂空孔231。将乏燃料棒依次插入两个树脂支撑骨架的通孔进入树脂管24中组成样品20。

在相关技术中，需要进行树脂浇注的乏燃料棒样品具有两种基本规格，分别为直径30mm、长度100mm的样品(即第二样品202)和直径18mm、长度100mm的样品(即第三样品203)。对于直径30mm的样品，在其浇注后，沿径向将其切割成直径30mm、长度25mm的小段样品进行检测。对于直径18mm的样品，在其浇注后，沿径向将其切割成直径18mm、长度15mm的小段样品，之后将每个小段样品沿纵向剖开，再装入直径30mm、长度25mm的树脂管24中形成第一样品201后再次进行浇注。

在相关技术中，真空浇注过程通常采用在真空状态下向真空容器46内以管道的形式通入环氧树脂，这样很容易造成剩余的环氧树脂在管道中凝固并堵塞管道，此时便需要及时更换管道，然而在热室内由机械手执行这样的操作难度较高，且对操作者的远程控制水平要求较高。

针对上述技术问题，本申请实施例提供一种适用于人工操作机械手进行树脂浇注的样品支架30。

参见图3至图5，本申请实施例的样品支架30包括第一托板31，第二托板32以及连接件。第一托板31的表面向下凹陷形成沿周向分布的多个托板凹槽。第二托板32设置于第一托板31上方，第二托板32上设置有多个第二托板通孔，每个第二托板通孔与一个托板凹槽同轴且尺寸相同。连接件将第一托板31和第二托板32连接，形成整体的样品托架。其中，样品20的底端穿过第二托板通孔后插入托板凹槽，由第二托板32和第一托板31对样品20进行定位支撑。

本申请通过在第一托板31上形成多个托板凹槽，在第二托板32上设置与托板凹槽同轴且尺寸相同的多个第二托板通孔，利用同轴设置的第二托板通孔和托板凹槽承载放射性样品20(如乏燃料棒样品)，在浇注树脂之前，便于操作人员在热室外操作机械手将放射性样品20放入第二托板通孔，在浇注树脂时，便于操作人员在操作机械手向放射性样品20中倒入浇注用树脂的过程中，通过两个托板之间的间隔观察放射性样品20中的树脂浇注程度。

在一些实施例中，多个托板凹槽包括至少一个第一凹槽311和至少一个第二凹槽312，第一凹槽311的直径大于第二凹槽312的直径。相应地，多个第二托板通孔包括至少一个第一通孔321和至少一个第二通孔322，第一通孔321的直径大于第二通孔322的直径。在这样的实施例中，由第一托板31和第二托板32的配合，可实现样品支架30支撑两种直径的样品20。

在一些实施例中，第一凹槽311和第二凹槽312沿周向交替布置。相应地，第一通孔321和第二通孔322沿周向交替布置。

在一些实施例中，样品支架30还包括：第三托板33，与连接件连接，第三托板33位于第二托板32的上方。第三托板33、第二托板32以及第一托板31通过连接件连为整体的样品托架。

第三托板33上设置有多个第三托板通孔331，每个第三托板通孔331与一个第二托板通孔同轴，第三托板通孔331的直径与第一凹槽311的直径基本相同。样品20的底端穿过第三托板通孔331后，由第二托板32或第一托板31支撑。

在这样的实施例中，通过三个托板的配合，样品支架30能够实现对两种长度和两种直径的样品20进行支撑。

具体地，第三托板通孔331的内径略大于第一样品201的外径(例如大于1.5-2mm)，从而既便于第一样品201顺利插入第三托板通孔331，又能够保持第一样品201基本沿竖向延伸，以便于向其中浇注树脂。第二通孔322的内径略大于第二样品202和第三样品203的外径(例如大于1.5-2mm)，且小于第一样品201的外径。从而，第一样品201可以由第二托板32和第三托板33支撑，第二样品202和第三样品203均由三个托板共同支撑。

容易理解，第一托板31的一个托板凹槽和其上方的一个或多个托板对应的托板通孔共同形成用于装载样品20的样品槽。

在其他实施例中，还可通过设置不同直径的第三凹槽或增设托板等，实现对更多直径以及更多长度的样品20进行支撑，以能够适合多种规格的放射性样品20进行树脂浇注。

参见图6，在一些实施例中，样品支架30还包括：底座34和自底座34向上延伸的立柱36。第一托板31可转动地设置于底座34上(即，样品托架可转动地设置于底座34上)，连接件包括贯穿第一托板31向上延伸的中空管状结构313，立柱36在中空管状结构313内向上延伸。在这样的实施例中，由于第一托板31可转动地设置于底座34上，操作人员可以通过铅玻璃窥视窗操作机械手转动托板，将托板通孔转到自己能够看清的方向，再利用机械手将放射性样品20插入通孔内。

在一些实施例中，样品支架30还包括：漏斗架37，在中空管状结构313的上方与立柱36连接，以放置用于接收浇注用树脂的漏斗38，当第一托板31相对于底座34转动时，放置于漏斗架37上的漏斗38能够依次与一个托板凹槽对准。

在这样的实施例中，可以利用机械手先将放射性样品20插入相应的通孔内，并在漏斗架37上插入漏斗38，再转动托板，使一个通孔与放置于漏斗架37内的漏斗38对准，然后利用机械手向漏斗38中注入树脂(例如可以利用机械手倾倒容纳有树脂的烧杯)，漏斗38内的树脂在重力作用下流入其下方的样品20中，对样品20进行树脂浇注。由于样品支架30设有漏斗38，使得操作人员在利用机械手浇注树脂时，降低了机械手与样品20对准的难度。容易理解，为了防止树脂外溢，漏斗38的出口的内径需要小于样品20的内径(即漏斗38的出口的内径小于树脂管24的内径)，如前所述，样品20的外径可以为18mm，相应地，漏斗38出口的内径更小，在树脂浇注结束后，漏斗38出口内会有树脂残留，导致漏斗38出口发生堵塞。因此，在本申请实施例中，漏斗38与漏斗架37活动连接，使得漏斗38可更换；漏斗38可沿竖向插接于漏斗架37上，以便于操作机械手更换漏斗38。

在一些实施例中，样品支架30还包括：第一水平转杆392，第一操作部393，以及第一传动件391。第一水平转杆392用于带动第一托板31转动。第一操作部393与第一水平转杆392连接，用于供机械手操作，以带动第一水平转杆392绕水平轴线转动。第一传动件391连接在第一水平转杆392与第一托板31之间，用于将第一水平转杆392的水平转动转化为第一托板31的竖直转动。第一传动件391可以利用端面齿将第一水平转杆392的水平转动转化为第一托板31的竖直转动。第一操作部393可以为手柄。

在一些实施例中，样品支架30还包括转盘35，转盘35可转动地设置于底座34上。第一托板31设置于转盘35上。第一传动件391连接在第一水平转杆392与转盘35之间。

多个托板凹槽的圆心可以在同一圆周上，中空管状结构313可以位于圆周的圆心处。从而，在转动第一托板31时，保证每个托板凹槽均能够位于漏斗38的正下方。

第三托板33与第二托板32之间的间距可以小于第二托板32与第一托板31之间的间距，从而，较短的样品20可以由第三托板33与第二托板32支撑，较长的样品20可以由三个托板共同支撑。

在一些实施例中，中空管状结构313上形成有第一台阶面3131，第二托板32的中心设有第二中心通孔323，第二托板32的第二中心通孔323向下套设于中空管状结构313上，并由第一台阶面3131限位。在一些实施例中，中空管状结构313上形成有第二台阶面，第二台阶面位于第一台阶面3131的上方。第三托板33的中心设有第三中心通孔332，第三托板33的第三中心通孔332向下套设于中空管状结构313上，并由第二台阶面限位。

在一些实施例中，连接件包括：自第一托板31向上延伸的至少一个连接杆314，每个连接杆314穿过第二托板32，并利用定位件315将第二托板32与每个连接杆314进行定位。在具有第三托板33的实施例中，连接杆314穿过第二托板32后向上穿过第三托板33，并利用定位件315将第三托板33与连接杆314进行定位。连接杆314可以为螺杆，定位件315可以为螺母。

在一些实施例中，样品托板可以按照如下方式组装。依次将第二托板32、第三托板33套入第一托板31的中空管状结构313，使相应的通孔与凹槽对齐；将四根螺杆穿入第三托板33、第二托板32、以及第一托板31对应四个孔位并拧紧固定，转动第一托板31，第二托板32和第三托板33可随之一起同步转动。在将样品托板组装好后，可以将树脂支撑骨架依次装入树脂管24中，然后再将待浇注的乏燃料棒插入树脂支撑骨架中心圆孔内。按照这样的方式分别准备好第一样品201、第二样品202、第三样品203。依次将三个样品20分别插入第三托板33对应的通孔中；可以将样品托架整体移至真空浇注容器46内进行环氧树脂浇注，或者由机械手手动浇注后放入真空室11内进行真空固化。

参见图7至图11，在一些实施例中，样品支架30还包括滑台121和与滑台121连接的盖板12。真空室11具有侧向开口；滑台121配置成可朝接近或远离真空室11的方向滑动，以进入真空室11或从真空室11中出来；当滑台121朝接近或远离真空室11的方向滑动时，盖板12将侧向开口封闭或打开。

可以使滑台121的滑动方向与热室内的铅玻璃窥视窗平行，从而盖板12不会遮挡热室外的操作人员观察样品20。位于盖板12上的操作部或手柄等在竖向位于不同的高度，以便于操作人员操作机械手选择转动不同的操作部或手柄。

在这样的实施例中，可以在真空室11外对样品20进行浇注后，利用滑台121和盖板12使浇注后的样品20进入真空室11内进行真空保压处理。在真空保压处理后，还便于将真空保压后的样品20移出真空室11内在常压下静置。

第一水平转杆392可以穿过盖板12设置，以便于操作人员操作机械手转动。

在一些实施例中，真空室11的侧向开口一侧设有底板13，滑台121和盖板12可以在底板13上滑动。

在一些实施例中，样品支架30还包括加料部40。加料部40包括：容器支撑部41，容器夹持部42，以及容器翻转部。

容器支撑部41设置于滑台121上，用于为容纳有浇注用树脂的容器46提供支撑。容器夹持部42设置于容器支撑部41的上方，用于夹持容器46。容器翻转部与容器夹持部42连接，用于带动容器46朝漏斗架37的方向翻转，以使容器46中的浇注用树脂能够倒入漏斗架37中的漏斗38。容器46例如可以为烧杯。容器支撑部41可以相对于底座34更远离热室的铅玻璃窥视窗，以便于操作人员观察容器46与漏斗38之间的相对位置和树脂的浇注情况。漏斗架37可以位于靠近盖板12的一侧，以便于操作人员观察样品20的浇注情况。

容器翻转部包括：第二水平转杆44，第二操作部45，第一连接杆47，以及第二连接杆48。第二水平转杆44穿过盖板12设置，第二水平转杆44的轴线位于容器夹持部42与漏斗架37之间，且容器夹持部42在水平面内的投影与第二水平转杆44的轴线在水平面内的投影相互隔开。第二操作部45与第二水平转杆44连接，用于供机械手操作，以带动第二水平转杆44绕水平轴线转动。第一连接杆47与容器夹持部42连接。第一连接杆47与第二水平转杆44同轴且相比第二水平转杆44更远离漏斗架37。第二连接杆48连接第二水平转杆44和第一连接杆47。由于第二水平转杆44的轴线位于容器夹持部42与漏斗架37之间，且容器夹持部42在水平面内的投影与第二水平转杆44的轴线在水平面内的投影相互隔开，使得容器46的转动轴心(即第二水平转杆44)位于容器46外侧，从而在朝漏斗架37翻转容器46时，容器46整体相对于容器支撑部41向上移动，不会与容器支撑部41抵紧，从而避免造成容器46破损或容器46难以翻转到位。第二操作部45可以为手柄。本申请实施例将容器46的翻转操作改进成手柄控制方式，使机械手操作更加简单、高效。

在一些实施例中，容器夹持部42包括：具有开口的夹环和用于调节开口大小的调节件。具体地，当未放入容器46时，将夹环的开口调大，以便于机械手将容器46向下穿过夹环放置于容器支撑部41上，之后将夹环的开口调小，以将容器46夹紧，从而便于对容器46进行翻转操作。

调节件可以包括：第三水平转杆431和第三操作部43。第三操作部43与第三水平转杆431连接，用于供机械手操作，以带动第三水平转杆431绕水平轴线转动，从而调节夹环开口大小。第三水平转杆431可以为螺杆。

在一些实施例中，真空室11的侧向开口周围设置多个锁紧件111；盖板12设有与多个锁紧件111配合的多个锁紧配合件122，以在盖板12将所述侧向开口封闭时，与多个锁紧件111锁紧配合。锁紧件111与锁紧配合件122之间螺纹配合，以便于机械手操作。

在一些实施例中，也可以采用气动、电动或其他控制形式控制第一托盘转动和/或控制容器46翻转。

真空室11可以包括抽真空装置、真空测量装置、真空泄压装置等。真空室11的部分室壁可以由透明材料制成，便于操作人员多角度观看真空室11内部样品20的环氧树脂排气状况。真空室11主要材料为铝合金材质，减轻了整体质量。在图示的实施例中，真空室11的上部可以为柱面，该柱面由透明材料制成。

下面以乏燃料棒为例，详细说明利用本申请实施例的样品支架30进行树脂浇注以及真空固化的方法。

(1)将需要浇注的乏燃料棒依次固定在内部附有支撑骨架的树脂管24中，形成乏燃料棒浇注样品20。

(2)机械手拉开盖板12，将盖板12和滑台121沿底部导轨拉出。

(3)机械手将浇注样品20放入样品托架中。

(4)机械手将漏斗38插入到漏斗架37上相应圆孔内。

(5)机械手旋转盖板12下部的手柄393，转动样品托架，将乏燃料棒样品20旋转至漏斗38正下方，使二者上下中心对齐。

(6)机械手将注满环氧树脂的烧杯放入容器夹持部42的夹环(烧杯夹)内，并旋转锁紧螺杆将烧杯固定平稳。

(7)机械手缓慢旋转第二操作部45，让烧杯内的环氧树脂经漏斗38缓慢流入树脂管24中，直至注满样品20，完成在大气状态下乏燃料棒样品20的浇注。

(8)机械手反方向旋转第二操作部45，将烧杯恢复竖直位置。

(9)重复步骤(5)～(8)，完成其余乏燃料棒样品20的浇注。

(10)机械手取出烧杯，并将其放置在指定位置留作下次浇注使用。

(11)机械手推动盖板12关闭真空室11，将盖板12锁紧，完成真空室11的密封(可以通过锁紧门栓压紧氟橡胶圈实现真空室11的密封)。

(12)机械手开启抽真空装置的挡板阀，关闭真空泄压装置的放气阀，之后开启干式真空泵。

(13)观察真空表的数值，待真空室11内部压力降至0.1bar时，机械手依次关闭抽真空装置的挡板阀及干式真空泵。

(14)将样品20在真空室11内保压30分钟。

(15)机械手开启真空泄压装置的放气阀，将真空室11内部压力恢复至常压；

(16)待样品托架上的全部乏燃料棒样品20内部环氧树脂固化12小时后，机械手取出全部乏燃料棒浇注样品20。

当样品20在真空室11内时，可以利用机械手旋转手柄393，转动样品托架，以便于操作人员通过真空室11的透明室壁观察各样品20的固化情况。

本申请实施例的浇注样品20经抽真空至指定压力值后能够有效地将环氧树脂中的气泡排出，在抽真空的过程中，随着环氧树脂内部气泡的排出，环氧树脂可以逐渐渗透至中间乏燃料棒孔隙中，能够充分有效包裹住乏燃料棒。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。