阅读说明：本技术 一种压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置 (Pressurized water reactor cavity radiation beam leakage shielding device ) 是由 肖锋 唐松乾 李兰 谭怡 景福庭 应栋川 邓理邻 吕焕文 刘嘉嘉 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置,包括呈堆腔底部构架,还包括辐射屏蔽组件,所述辐射屏蔽组件包括第三包壳,第三包壳的管状空隙内还填充有第二屏蔽填充层；所述堆腔底部构架包括混凝土部分及填充层部分；所述混凝土部分包括呈圆环状的第一包壳,第一包壳的管状空隙内还填充有混凝土填充层；所述填充层部分包括呈圆环状的第二包壳,第二包壳的管状空隙内还填充有第一屏蔽填充层；所述第二包壳的外侧与第一包壳的内侧相接；第二屏蔽填充层、第一屏蔽填充层、混凝土填充层三者均呈圆环状；第二包壳的内径小于第三包壳的内径。本屏蔽装置的结构设计可有效避免混凝土温度超标,同时具有良好的辐射漏束屏蔽效果。(The invention discloses a pressurized water reactor cavity radiation beam leakage shielding device, which comprises a reactor cavity bottom framework and a radiation shielding assembly, wherein the radiation shielding assembly comprises a third cladding, and a second shielding filling layer is filled in a tubular gap of the third cladding; the pile cavity bottom framework comprises a concrete part and a filling layer part; the concrete part comprises a first annular cladding, and a concrete filling layer is filled in a tubular gap of the first cladding; the filling layer part comprises a second annular cladding, and a first shielding filling layer is filled in a tubular gap of the second cladding; the outer side of the second cladding is connected with the inner side of the first cladding; the second shielding filling layer, the first shielding filling layer and the concrete filling layer are all in a circular ring shape; the second cladding has an inner diameter less than the inner diameter of the third cladding. The shielding device has the advantages that the structural design can effectively avoid the concrete temperature exceeding, and meanwhile, the shielding device has a good radiation beam leakage shielding effect.)

一种压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置

技术领域

本发明涉及核反应堆结构设计技术领域，特别是涉及一种压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置。

背景技术

核电厂反应堆本体与堆腔混凝土间留有环形缝隙，环形缝隙为反应堆保温层、支承等设备的布置以及安装提供空间，同时为环腔冷却通风提供流道，但环形缝隙的存在同时形成了从堆芯泄露的中子向外输运的通道，直接导致从反应堆堆顶结构到反应堆厂房操作平台辐射水平的升高，运行期间堆顶结构材料的活化水平和操作平台的辐射剂量上升。国内外核电厂普遍使用一种堆腔底部构架的结构对环形缝隙进行屏蔽。由于反应堆压力容器保温层的存在，堆腔底部构架不足以有效遮挡辐射漏束。如果进一步压缩堆腔底部构架与压力容器之间的间隙，会导致保温层的破坏，压力容器向堆腔底部构架的导热增加，直接导致堆腔底部构架和与之相连的一次屏蔽混凝土温度上升，可能超过材料的耐受温度。

传统堆腔底部构架结构使用不锈钢槽，并在槽内浇筑含硼重混凝土。整个结构通过钢悬臂固定在堆腔混凝土内表面。该结构的主要缺点是：1)堆腔底部构架与压力容器间留有较大的缝隙，不利于堆腔底部构架发挥屏蔽作用，2)堆腔底部构架所使用材料耐受温度低，继续缩小间隙会导致屏蔽材料温度超标。

发明内容

针对上述提出的现有技术中堆腔底部构架结构设计中采用含硼重混凝土，所带来的在屏蔽作用与温度耐受能力之间矛盾的问题，本发明提供了一种压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置，本屏蔽装置的结构设计可有效避免混凝土温度超标，同时具有良好的辐射漏束屏蔽效果。

为解决上述问题，本发明提供的一种压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置通过以下技术要点来解决问题：一种压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置，包括呈圆环状的堆腔底部构架，还包括辐射屏蔽组件，所述辐射屏蔽组件包括第三包壳，所述第三包壳呈圆环状，且第三包壳为中空的管状结构，第三包壳的管状空隙内还填充有第二屏蔽填充层；

所述堆腔底部构架包括混凝土部分及填充层部分；

所述混凝土部分包括呈圆环状的第一包壳，所述第一包壳为中空的管状结构，第一包壳的管状空隙内还填充有混凝土填充层；

所述填充层部分包括呈圆环状的第二包壳，所述第二包壳为中空的管状结构，第二包壳的管状空隙内还填充有第一屏蔽填充层；

所述第二包壳的外侧与第一包壳的内侧相接；

第二屏蔽填充层、第一屏蔽填充层、混凝土填充层三者均呈圆环状；

第二包壳的内径小于第三包壳的内径。

本方案提供的压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置用于安装在堆腔混凝土与压力容器之间的环形缝隙中。以上第三包壳、第二包壳及第一包壳外形均呈圆环状，在使用时，第三包壳、第二包壳及第一包壳均绕压力容器的周向方向，同时，第二包壳的内径小于第三包壳的内径、所述第二包壳的外侧与第一包壳的内侧相接，这样，沿着压力容器的径向方向由内到外，分别为：第三包壳、第二包壳、第一包壳。

在使用时，所述辐射屏蔽组件用于内嵌在压力容器保温层中，堆腔底部构架用于固定于堆腔混凝土上，作为本领域技术人员，由于本装置用于屏蔽作用，故优选设置为辐射屏蔽组件与堆腔底部构架位于压力容器轴线上的同一点，由于第二包壳的内径小于第三包壳的内径，这样，在本装置完成装配后，辐射屏蔽组件与堆腔底部构架之间具有位于第三包壳与第二包壳之间的间隙，即本装置包括两部分，其中一部分内嵌于压力容器保温层中，另一部分固定于堆腔混凝土上，这样，内嵌于压力容器保温层中辐射屏蔽组件可用于压力容器轴向方向上压力容器保温层所处区域的辐射漏束屏蔽，固定于堆腔混凝土上的堆腔底部构架可用于压力容器保温层与堆腔混凝土之间空隙的辐射漏束屏蔽。相较于现有技术中压力容器保温层几乎没有任何辐射漏束屏蔽能力，以上设置的辐射屏蔽组件可有效强化辐射漏束屏蔽效果。同时，由于辐射屏蔽组件为内嵌屏蔽填充层，现有技术中，屏蔽填充层可采用如碳化硼、硼钢、耐高温含硼树脂、耐高温含硼塑料、耐高温含含硼混凝土等材料，在本身密度相较于混凝土更小的情况下，保持良好的屏蔽能力和耐高温能力，同时使得压力容器保温层承重小，利于保证良好的形状保持能力以利于保温效果。

沿着压力容器的径向方向由内至外，辐射屏蔽组件外侧依次为由第二包壳包裹的第一屏蔽填充层、由第一包壳包裹的混凝土填充层，即第一屏蔽填充层较混凝土填充层距离压力容器更近，这样，可利用屏蔽填充层材料较混凝土更轻、温度耐受能力更强的特点，在不减小堆腔混凝土与压力容器之间空隙的情况下，实现混凝土填充层与第二屏蔽填充层之间的辐射漏束屏蔽，同时，在第一屏蔽填充层的外侧采用混凝土填充层作为辐射漏束屏蔽材料，这样，可以有效减小堆腔混凝土与压力容器之间屏蔽材料的使用成本。

同时本方案中，设置为本装置为分为两部分的分体式设计，其中包括混凝土填充层的一部分固定于堆腔混凝土上，另一部分固定于压力容器保温层上，且两部分之间具有间隙，这样，包括混凝土填充层的一部分不会对固定于压力容器保温层上的部分造成影响，同时以上间隙可作为伸缩缝，以在本装置或与本装置相连的部件热胀冷缩过程中，避免两部分相互作用而影响本装置或与本装置相连的部件，特别是可有效避免热胀冷缩过程中压力容器保温层的保温能力或结构形式遭到破坏。

综上，本方案提供了一种可避免起屏蔽作用的混凝土所处环境温度超标，能够发挥理想屏蔽作用的屏蔽装置。

更进一步的技术方案为：

作为第二包壳和第三包壳的具体设置形式，所述第二包壳的内侧壁面为锥形面，第三包壳的外侧壁面为锥形面，且第二包壳的内侧壁面与第三包壳的外侧壁面具有相同的倾斜角度。采用本方案，在第二包壳与第三包壳同轴安装后，可实现沿着压力容器的轴线方向，第二包壳内侧与第三包壳外侧两者之间在任意两点均具有一致的间隙宽度。同时，由于锥形面与对应第二包壳或第三包壳的轴线之间具有夹角，以使得以上间隙由下至上或由上至下为具有特定倾斜角度，针对辐射漏束屏蔽，可形成迷宫密封结构，这样，以上间隙在起到断开辐射屏蔽组件与腔底部构架连接、发挥热胀冷缩收缩缝作用的同时，可增大辐射漏束穿过本装置的阻力或减小辐射漏束穿过间隙的量，以使得本装置具有更好的辐射漏束屏蔽能力。

为减小压力容器向本屏蔽装置的传热量，以优化本装置所处温度环境以及减少压力容器的热损失，所述第三包壳的管状空隙内还设置有第二保温层，所述第二保温层贴合于靠近第三包壳内侧的壁面上。采用本方案，第二保温层设置于第三包壳与第二屏蔽填充层两者之间用于两者之间的隔热，这样还可有效避免第二屏蔽填充层靠近压力容器的一侧局部高温。

为减小本屏蔽装置上的热传递、降低混凝土填充层的工作温度、减少压力容器的热损失，还包括设置于混凝土部分与填充层部分之间的第一保温层，所述第一保温层用于减少混凝土部分与填充层部分之间的热传递。

作为包壳的具体实现方式，所述第一包壳、第二包壳、第三包壳均由不锈钢材料制成。

作为屏蔽填充层的具体实现方式，所述第二屏蔽填充层、第一屏蔽填充层两者的材质为以下材料中的任意一种或几种：碳化硼、硼钢、耐高温含硼树脂、耐高温含硼塑料。

作为一种可限制间隙造成辐射漏束的具体实现方式，所述第二包壳的内径与第三包壳的内径差值为Amm，所述A的数值介于20-50之间，所述第二包壳内侧长度的Bmm，第三包壳内侧长度的Cmm，所述B和C的数值介于20-50之间。进一步的，针对第三包壳外壁面和第二包壳内壁面为锥形面的方案，设置为以上外壁面和内壁面与对应包壳的轴线夹角为a，优选设置为a小于或等于15°，以使得对应锥形面不影响对应包壳的结构强度。

本发明具有以下有益效果：

本方案在使用时，所述辐射屏蔽组件用于内嵌在压力容器保温层中，堆腔底部构架用于固定于堆腔混凝土上，作为本领域技术人员，由于本装置用于屏蔽作用，故优选设置为辐射屏蔽组件与堆腔底部构架位于压力容器轴线上的同一点，由于第二包壳的内径小于第三包壳的内径，这样，在本装置完成装配后，辐射屏蔽组件与堆腔底部构架之间具有位于第三包壳与第二包壳之间的间隙，即本装置包括两部分，其中一部分内嵌于压力容器保温层中，另一部分固定于堆腔混凝土上，这样，内嵌于压力容器保温层中辐射屏蔽组件可用于压力容器轴向方向上压力容器保温层所处区域的辐射漏束屏蔽，固定于堆腔混凝土上的堆腔底部构架可用于压力容器保温层与堆腔混凝土之间空隙的辐射漏束屏蔽。相较于现有技术中压力容器保温层几乎没有任何辐射漏束屏蔽能力，以上设置的辐射屏蔽组件可有效强化辐射漏束屏蔽效果。同时，由于辐射屏蔽组件为内嵌屏蔽填充层，现有技术中，屏蔽填充层可采用如碳化硼、硼钢、耐高温含硼树脂、耐高温含硼塑料等材料，在本身密度相较于混凝土更小的情况下，保持良好的屏蔽能力和耐高温能力，同时使得压力容器保温层承重小，利于保证良好的形状保持能力以利于保温效果。

沿着压力容器的径向方向由内至外，辐射屏蔽组件外侧依次为由第二包壳包裹的第一屏蔽填充层、由第一包壳包裹的混凝土填充层，即第一屏蔽填充层较混凝土填充层距离压力容器更近，这样，可利用屏蔽填充层材料较混凝土更轻、温度耐受能力更强的特点，在不减小堆腔混凝土与压力容器之间间隙的情况下，实现混凝土填充层与第二屏蔽填充层之间的辐射漏束屏蔽，同时，在第一屏蔽填充层的外侧采用混凝土填充层作为辐射漏束屏蔽材料，这样，可以有效减小堆腔混凝土与压力容器之间屏蔽材料的使用成本。

同时本方案中，设置为本装置为分为两部分的分体式设计，其中包括混凝土填充层的一部分固定于堆腔混凝土上，另一部分固定于压力容器保温层上，且两部分之间具有间隙，这样，包括混凝土填充层的一部分不会对固定于压力容器保温层上的部分造成影响，同时以上间隙可作为伸缩缝，以在本装置或与本装置相连的部件热胀冷缩过程中，避免两部分相互作用而影响本装置或与本装置相连的部件，特别是可有效避免热胀冷缩过程中压力容器保温层的保温能力或结构形式遭到破坏。

综上，本方案提供了一种可避免起屏蔽作用的混凝土所处环境温度超标，能够发挥理想屏蔽作用的屏蔽装置。

附图说明

图1为本发明所述的一种压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置一个具体实施例的结构示意图，该示意图为局部剖视图。

图中标记分别为：1、堆腔混凝土，2、混凝土填充层，3、第一包壳，4、第一保温层，5、第二包壳，6、第一屏蔽填充层，7、间隙，8、压力容器保温层，9、第二保温层，10、第三包壳，11、第二屏蔽填充层，12、环形缝隙。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置的具体实现方式，包括呈圆环状的堆腔底部构架，还包括辐射屏蔽组件，所述辐射屏蔽组件包括第三包壳10，所述第三包壳10呈圆环状，且第三包壳10为中空的管状结构，第三包壳10的管状空隙内还填充有第二屏蔽填充层11；

所述堆腔底部构架包括混凝土部分及填充层部分；

所述混凝土部分包括呈圆环状的第一包壳3，所述第一包壳3为中空的管状结构，第一包壳3的管状空隙内还填充有混凝土填充层2；

所述填充层部分包括呈圆环状的第二包壳5，所述第二包壳5为中空的管状结构，第二包壳5的管状空隙内还填充有第一屏蔽填充层6；

所述第二包壳5的外侧与第一包壳3的内侧相接；

第二屏蔽填充层11、第一屏蔽填充层6、混凝土填充层2三者均呈圆环状；

第二包壳5的内径小于第三包壳10的内径。

本方案提供的压水堆堆腔辐射漏束屏蔽装置用于安装在堆腔混凝土1与压力容器之间的环形缝隙12中。以上第三包壳10、第二包壳5及第一包壳3外形均呈圆环状，在使用时，第三包壳10、第二包壳5及第一包壳3均绕压力容器的周向方向，同时，第二包壳5的内径小于第三包壳10的内径、所述第二包壳5的外侧与第一包壳3的内侧相接，这样，沿着压力容器的径向方向由内到外，分别为：第三包壳10、第二包壳5、第一包壳3。

在使用时，所述辐射屏蔽组件用于内嵌在压力容器保温层8中，堆腔底部构架用于固定于堆腔混凝土1上，作为本领域技术人员，由于本装置用于屏蔽作用，故优选设置为辐射屏蔽组件与堆腔底部构架位于压力容器轴线上的同一点，由于第二包壳5的内径小于第三包壳10的内径，这样，在本装置完成装配后，辐射屏蔽组件与堆腔底部构架之间具有位于第三包壳10与第二包壳5之间的间隙7，即本装置包括两部分，其中一部分内嵌于压力容器保温层8中，另一部分固定于堆腔混凝土1上，这样，内嵌于压力容器保温层8中辐射屏蔽组件可用于压力容器轴向方向上压力容器保温层8所处区域的辐射漏束屏蔽，固定于堆腔混凝土1上的堆腔底部构架可用于压力容器保温层8与堆腔混凝土1之间空隙的辐射漏束屏蔽。相较于现有技术中压力容器保温层8几乎没有任何辐射漏束屏蔽能力，以上设置的辐射屏蔽组件可有效强化辐射漏束屏蔽效果。同时，由于辐射屏蔽组件为内嵌屏蔽填充层，现有技术中，屏蔽填充层可采用如碳化硼、硼钢、耐高温含硼树脂、耐高温含硼塑料等材料，在本身密度相较于混凝土更小的情况下，保持良好的屏蔽能力和耐高温能力，同时使得压力容器保温层8承重小，利于保证良好的形状保持能力以利于保温效果。

沿着压力容器的径向方向由内至外，辐射屏蔽组件外侧依次为由第二包壳5包裹的第一屏蔽填充层6、由第一包壳3包裹的混凝土填充层2，即第一屏蔽填充层6较混凝土填充层2距离压力容器更近，这样，可利用屏蔽填充层材料较混凝土更轻、温度耐受能力更强的特点，在不减小堆腔混凝土1与压力容器之间空隙的情况下，实现混凝土填充层2与第二屏蔽填充层11之间的辐射漏束屏蔽，同时，在第一屏蔽填充层6的外侧采用混凝土填充层2作为辐射漏束屏蔽材料，这样，可以有效减小堆腔混凝土1与压力容器之间屏蔽材料的使用成本。

同时本方案中，设置为本装置为分为两部分的分体式设计，其中包括混凝土填充层2的一部分固定于堆腔混凝土1上，另一部分固定于压力容器保温层8上，且两部分之间具有间隙7，这样，包括混凝土填充层2的一部分不会对固定于压力容器保温层8上的部分造成影响，同时以上间隙7可作为伸缩缝，以在本装置或与本装置相连的部件热胀冷缩过程中，避免两部分相互作用而影响本装置或与本装置相连的部件，特别是可有效避免热胀冷缩过程中压力容器保温层8的保温能力或结构形式遭到破坏。

综上，本方案提供了一种可避免起屏蔽作用的混凝土所处环境温度超标，能够发挥理想屏蔽作用的屏蔽装置。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1所示，作为第二包壳5和第三包壳10的具体设置形式，所述第二包壳5的内侧壁面为锥形面，第三包壳10的外侧壁面为锥形面，且第二包壳5的内侧壁面与第三包壳10的外侧壁面具有相同的倾斜角度。采用本方案，在第二包壳5与第三包壳10同轴安装后，可实现沿着压力容器的轴线方向，第二包壳5内侧与第三包壳10外侧两者之间在任意两点均具有一致的间隙7宽度。同时，由于锥形面与对应第二包壳5或第三包壳10的轴线之间具有夹角，以使得以上间隙7由下至上或由上至下为具有特定倾斜角度，针对辐射漏束屏蔽，可形成迷宫密封结构，这样，以上间隙7在起到断开辐射屏蔽组件与腔底部构架连接、发挥热胀冷缩收缩缝作用的同时，可增大辐射漏束穿过本装置的阻力或减小辐射漏束穿过间隙7的量，以使得本装置具有更好的辐射漏束屏蔽能力。

为减小压力容器向本屏蔽装置的传热量，以优化本装置所处温度环境以及减少压力容器的热损失，所述第三包壳10的管状空隙内还设置有第二保温层9，所述第二保温层9贴合于靠近第三包壳10内侧的壁面上。采用本方案，第二保温层9设置于第三包壳10与第二屏蔽填充层11两者之间用于两者之间的隔热，这样还可有效避免第二屏蔽填充层11靠近压力容器的一侧局部高温。

为减小本屏蔽装置上的热传递、降低混凝土填充层2的工作温度、减少压力容器的热损失，还包括设置于混凝土部分与填充层部分之间的第一保温层4，所述第一保温层4用于减少混凝土部分与填充层部分之间的热传递。

作为包壳的具体实现方式，所述第一包壳3、第二包壳5、第三包壳10均由不锈钢材料制成。

作为屏蔽填充层的具体实现方式，所述第二屏蔽填充层11、第一屏蔽填充层6两者的材质为以下材料中的任意一种或几种：碳化硼、硼钢、耐高温含硼树脂、耐高温含硼塑料。

作为一种可限制间隙7造成辐射漏束的具体实现方式，所述第二包壳5的内径与第三包壳10的内径差值为Amm，所述A的数值介于20-50之间，所述第二包壳5内侧长度的Bmm，第三包壳10内侧长度的Cmm，所述B和C的数值介于20-50之间。进一步的，针对第三包壳10外壁面和第二包壳5内壁面为锥形面的方案，设置为以上外壁面和内壁面与对应包壳的轴线夹角为a，优选设置为a小于或等于15°，以使得对应锥形面不影响对应包壳的结构强度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。