一种临界安全贮槽

技术领域

本发明属于核临界安全领域，具体涉及一种临界安全贮槽。

背景技术

在核工业领域后处理厂中存在大量含有易裂变核素料液的设备，例如贮存高浓度铀钚溶液的贮槽，此类料液(通常为高浓度钚、低浓度铀的溶液)反应性较高，临界安全控制难度较大，为此会采用体积控制、浓度控制、中子毒物控制等方法控制设备的有效增殖系数，并设置临界安全限值，以确保设备一定临界安全。

在实际工程中，一般使用环形贮槽贮存此类溶液，如图1所示。即中间布置中子毒物3，中子毒物包壳5与最外侧的容器外壁

(贮槽本体1外壁)形成环形贮存区域，料液2贮存于环形区域中。但从图1中可以看出，现有贮槽的环形贮存区域容纳的料液2较少，料液2与中子毒物3的接触边界较短，对中子毒物3的利用不够充分，降低了贮存效率。

发明内容

本发明人发现，现有环形贮槽结构中子毒物利用率较低的原因在于，中子毒物的内部部分既不能省去，也难以与料液接触，若减小贮槽直径又会出现降低贮存效率以及缩小接触边界等问题。

故，本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种临界安全贮槽，该贮槽延长了料液与中子毒物的接触边界，提高中子毒物的利用效率，同时还提高了料液的贮存效率。

本发明提供一种临界安全贮槽，包括贮槽本体和中子毒物包壳，所述中子毒物包壳设置在贮槽本体的内部，用于贮存中子毒物，中子毒物包壳和贮槽本体的外廓线为形状一致的异型外廓线，从而使二者之间形成环形的贮存带，用于贮存料液，所述异型外廓线包括多个外凸弧线和多个内凹弧线，各外凸弧线和各内凹弧线交替排列且端点相互连接，从而形成波浪状的异型外廓线。

优选的，以相连接的一个外凸弧线和一个内凹弧线作为一组弧线组，所述一个异型外廓线由五组至七组弧线组围合连接得到。

优选的，在同一个异型外廓线中，所述外凸弧线的曲率和内凹弧线的曲率一致。

优选的，所述外凸弧线和内凹弧线在连接位置处平滑相接。

优选的，在同一个异型外廓线中，各所述外凸弧线的曲率中心和各所述内凹弧线的曲率中心都均匀分布在同一圆周线上，所述圆周线的中心为该异型外廓线的形心。

优选的，所述贮槽本体上设有料液进口和料液出口，贮槽本体的底面为斜面，所述料液进口开设于贮槽本体外壁的顶部，料液出口开设于贮槽本体底面的最低位置处。

优选的，所述中子毒物包壳的材质为钛合金、锆合金、铝合金、铜合金或不锈钢。

优选的，所述贮槽本体的材质为钛合金、锆合金、铝合金、铜合金或不锈钢。

优选的，所述中子毒物的中部设有空腔，以减少中子毒物的用量。

优选的，所述中子毒物包括碳化硼、单质硼、含硼硅酸盐、含硼钛酸盐、钆氧化物、钐氧化物、铪氧化物、铕氧化物、碳化铪、铪酸钐、铪酸铕、钛酸镝、钛酸钐、钛酸铪、钛酸铕、铁酸镝、钛酸铽、铝酸镝、铝酸钆、铝酸铽中的任一种或几种的组合。

本发明提供一种临界安全贮槽，将传统的同心圆环形贮槽的外廓线进行改进，使其形成带有内凹和外凸的波浪状异型结构，从而相当于将一部分中子毒物从内部区域拉出，又将另一部分料液推入内部区域，使得位于贮槽各个位置、甚至是内部的中子毒物也能够充分与料液接触，进而提升了中子毒物的利用率。同时，这种波浪状的异型外廓线所形成的贮存带，相比于传统的圆环形贮存区域来说，其贮存容量也进一步提高，即提高了料液的贮存效率，且其内缘线长度更长，即延长了料液与中子毒物的接触边界，进一步提高中子毒物的利用效率。

附图说明

图1是现有技术中传统环形贮槽的结构示意图；

图2是本发明实施例中临界安全贮槽的结构示意图。

图中：1、贮槽本体；2、料液；3、中子毒物；4、空腔；5、中子毒物包壳；6、贮存带；61、外凸弧线；62、内凹弧线；63、圆周线。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明人发现，如图1所示，现有环形贮槽结构中子毒物利用率较低的原因在于，中子毒物3的内部部分既不能省去，也难以与料液2接触，若减小贮槽直径又会出现降低贮存效率以及缩小接触边界等问题。故提供以下实施例用于解决该问题：

实施例

如图2所示，本实施例的临界安全贮槽，包括贮槽本体1和中子毒物包壳5，中子毒物包壳5设置在贮槽本体1的内部，用于贮存中子毒物3，中子毒物包壳5和贮槽本体1的外廓线为形状一致的异型外廓线，从而使二者之间形成环形的贮存带6，用于贮存料液2，异型外廓线包括多个外凸弧线61和多个内凹弧线62，各外凸弧线61和各内凹弧线62交替排列且端点相互连接，从而形成波浪状的异型外廓线。

本实施例中，临界安全贮槽将传统的同心圆环形贮槽的外廓线进行改进，使其形成带有内凹和外凸的波浪状异型结构，从而相当于将一部分中子毒物3从内部区域拉出，又将另一部分料液2推入内部区域，使得位于贮槽各个位置、甚至是内部的中子毒物3也能够充分与料液2接触，进而提升了中子毒物3的利用率。

同时，这种波浪状的异型外廓线所形成的贮存带6，相比于传统的圆环形贮存区域来说，其贮存容量也进一步提高，即提高了料液2的贮存效率，且其内缘线长度更长，即延长了料液2与中子毒物3的接触边界，进一步提高中子毒物3的利用效率。

本实施例中，以相连接的一个外凸弧线61和一个内凹弧线62作为一组弧线组，即一组弧线组呈S型结构，一个异型外廓线由五组至七组弧线组围合连接得到。本实施例中，贮槽本体1和中子毒物包壳5的外壁外廓线均由六组弧线组围合连接得到，即，贮槽本体1为六个S型结构首尾相连形成波浪形，有6处圆形凸出和6处圆形凹陷，同时中子毒物含硼混凝土外壁(即中子毒物包壳5)同样也为6个S型结构首尾相连形成波浪形，在贮槽本体1与中子毒物包壳5围成的间隙贮存带6中贮存料液，实现贮槽的临界控制。

其他实施方式中，组数也可以适当增减，六组仅为示例。弧线组组数太多会使异型外廓线的结构接近传统环形贮槽，并造成结构复杂化，不仅无法起到延长利用率以及接触边界的效果，还给生产制造增加繁琐程度。而弧线组组数过少，会使得内凹的弧线尺寸(如内凹圆弧半径)较大，为了实现临界安全控制内凹处需要足够厚的中子毒物，因此反而增加了中子毒物的使用量，降低了经济性。采用弧线结构取代直线相交结构，是为了避免料液之间的相互作用增强，保证安全性和可靠性。

本实施例中，在同一个异型外廓线中，外凸弧线61的曲率和内凹弧线62的曲率一致，外凸弧线61和内凹弧线62在连接位置处平滑相接。各外凸弧线61的曲率中心和各内凹弧线62的曲率中心都均匀分布在同一圆周线63上，圆周线63的中心为该异型外廓线的形心。

即，相当于将多个较小圆形在一个圆周线63上均匀排布，从而形成波浪状的异型外廓线。这种设置结构破除了中子吸收体设计的固有思路，相比于原有环形贮槽结构，并未大幅提高加工难度，却能显著提升贮存效果，既增加了料液2与中子毒物3的接触边长，同时还保留环形贮槽的优点，泄漏率高安全性高。

本实施例中，每个外凸弧线61/内凹弧线62占据圆周线63圆心的圆心角角度为360°/12＝30°，本实施例中该圆周线63为同规格的传统环形贮槽的贮存带中心所在曲线。位于形成贮槽本体1外壁的异型外廓线与形成中子毒物包壳5外壁的异型外廓线之间的中心线之中(即波浪状贮存带6的中心线之中)，外凸部分/内凹部分的半径＝传统环形贮槽中环形贮存区域中心线半径*tan(15°)，然后用波浪状贮存带6的中心线半径±贮存带6宽度的一半就形成贮槽本体1外壁的异型外廓线与形成中子毒物包壳5外壁的异型外廓线，小圆环的圆心在原传统环形贮槽的贮存带中心的圆周上。

本实施例中，贮槽本体1上设有料液进口和料液出口，贮槽本体1的底面为斜面，料液进口开设于贮槽本体1外壁的顶部，料液出口开设于贮槽本体1底面的最低位置处，方便料液2顺利排出。

本实施例中，中子毒物包壳5的材质包括但不限于钛合金、锆合金、铝合金、铜合金以及不锈钢。

本实施例中，贮槽本体1的材质包括但不限于钛合金、锆合金、铝合金、铜合金或不锈钢。

本实施例中，在满足临界安全要求的情况下，可以在中子毒物3的中部设有空腔4，以减少中子毒物3的用量。

本实施例中，中子毒物3包括碳化硼、单质硼、含硼硅酸盐、含硼钛酸盐、钆氧化物、钐氧化物、铪氧化物、铕氧化物、碳化铪、铪酸钐、铪酸铕、钛酸镝、钛酸钐、钛酸铪、钛酸铕、铁酸镝、钛酸铽、铝酸镝、铝酸钆、铝酸铽中的任一种或几种的组合。

本实施例的贮槽，如图2所示，贮存带6中外凸弧线61和内凹弧线62内径为340mm，外径为440mm(即贮存带6宽度、或者说环隙为50mm)，圆周线63的直径为1500mm，贮槽本体1的高度为1800mm，贮存料液2为某一高浓铀钚溶液时，系统中子有效增殖因子keff为0.7622，此时容器横截面积中料液的面积占比约为19.5％。

对于图1的传统环形贮槽，当贮槽本体1外径为1550mm、中子毒物包壳5外径为1450mm(即环隙同样为50mm、且贮存带中心线圆周直径为1500mm)，中子毒物3厚400mm，高度为1800mm，贮存料液2为与前述相同的高浓铀钚溶液时，系统中子有效增殖因子keff为0.7544，此时容器横截面积中料液面积占比约为12.5％。

由此可见，本实施例的临界安全贮槽相比于传统环形贮槽，在保持了同等临界安全控制水平和中子毒物使用量下，贮存效率提高56％。即，能够在保持同等临界安全控制水平的前提下，增加料液2与中子毒物3的接触边的长度，提高毒物的利用效率，提高贮存效率，通过临界安全设计，使得贮槽能够满足临界安全的要求。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。