一种核电站用生物屏蔽结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种核电站用生物屏蔽结构，该设计可以满足各种类型核电站电气贯穿件部位的生物屏蔽。本实用新型的生物屏蔽层硼屏蔽层与铅屏蔽层组合式设计，既可以吸收中子，也可以屏蔽γ射线，以达到良好的防护效果。该屏蔽层厚度按照等效安全壳混凝土厚度计算，以使贯穿件安装位置的屏蔽效果不低于混凝土墙的屏蔽效果。考虑到安装方便，铅板屏蔽层采用多层设计，以减轻每一层铅板重量(根据实际情况在贯穿件内部也可以设置屏蔽层)，但总的屏蔽效果参考混凝土墙厚度满足生物屏蔽厚度要求。
【背景技术】
[0002]新一代的核电站的设计中采用纵深防御的保护，从设备和措施上提供多层次的保护，确保反应堆的功率能得到有效的控制，燃料组件能得到充分冷却，发射性物质能有效地包容起来不发生泄露。核电站反应堆的安全壳能承受地震、飓风、飞机坠落等各种冲击，是核电站的保护神，并确保核反应堆的放射性物质不逸入周边环境。
[0003]尽管说核电站建设设计上会考虑安全问题，但所有的操作都是人去操作的，这就有一定的隐患。考虑到核电站安全壳设置有很多联通安全壳内外的各种机械贯穿件、电气贯穿件等设备，为保护在核电站周围工作人员的安全，核电站生物屏蔽层一般需要考虑屏蔽γ射线和中子两部分。
[0004]用以屏蔽γ射线的材料种类很多。常用的屏蔽材料有铅、铁、混凝土、水等。在建筑上广泛使用的砖、砂石、泥土，一般也可以起到屏蔽一部分射线的作用。这些材料通常可用来吸收部分从核心逃出来的γ射线及中子产生能量的屏蔽。辐射屏蔽计算中通常使用半减弱厚度Λ 1/2和十倍减弱厚度Λ 1/10来定义将入射γ射线(注量率或照射量率等)减弱一半或十分之一所需的屏蔽层厚度。虽然给定辐射在屏蔽介质中的Λ 1/2和Λ 1/10值并不是一个常数，而是随着减弱倍数的增加而略有变化。但当辐射穿过一定厚度的物质层后，存在一个平衡的Λ 1/2和Λ 1/10值。通常可用该值来对已经有一定程度衰减的辐射束的屏蔽能力和屏蔽厚度的近似估算。
[0005]对中子屏蔽而言，重要的是考虑中子与组成人体组织元素间的相互作用。在人体组织中，按重量百分比计算，氢、碳、氮、氧四种元素占整个人体重量的95%以上；按原子数计，氢原子数占人体原子总数的60%以上。
[0006]从中子屏蔽角度看，中子在屏蔽物质中的减弱可分成两个过程:首先是快中子通过与物质的非弹性散射与弹性散射，使中子慢化变成热中子；第二步是热中子被屏蔽物质俘获吸收。非弹性散射时，中子的一部分能量在激发原子核后散射，被激发的原子核放出γ射线后又回到基态。所以，发生非弹性散射核反应的中子部分能量变成了 γ辐射能。
[0007]热中子可以被各种物质吸收，但是许多物质吸收热中子后，常伴有高能的γ俘获射线。所以，热中子吸收材料应选择热中子吸收截面大、且俘获γ射线能量低的那些材料。锂(6Li)和硼(1B)的热中子吸收截面分别为940b和3837b左右，而且产生的是(n，α )反应，锂俘获中子后放出的γ辐射很少，可以忽略不计；硼虽在95%的俘获事件中放出0.47MeV的γ辐射，但此类γ射线能量较低，比较容易屏蔽。
[0008]在快中子的非弹性散射和热中子被吸收过程中，都会产生次级γ辐射，因为慢化快中子已使用了不少中等重量以上的材料，这些材料对次级γ辐射往往也足以减弱和屏蔽。
[0009]从理论上来说，铀和铅的对γ射线屏蔽效果好，但铀材料价格高，经济性不好，而且还有一定的毒性。铅由于熔点较低，不能用于温度较高的场合。而且铅硬度低，延伸性很强，铅板容易随时间变化发生蠕变变形。铅的中子减弱性能较差，俘获中子后会发出能量为7.4兆电子伏的γ射线。而硼的中子吸收性能好，材料可获得性也好。钢铁的γ射线减弱能力处于中等水平，钢铁的中子减弱性能也处于中等水平，而且钢铁材料容易获得、成本低廉。
【实用新型内容】
[0010]针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种具有良好的生物防护效果的核电站生物屏蔽结构。
[0011]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0012]一种核电站用生物屏蔽结构，其特征在于，包括至少一组生物屏蔽单元，所述的生物屏蔽单元包括至少一层生物屏蔽层和用于固定生物屏蔽层的防止固定生物屏蔽层轴向移动的生物屏蔽层固定装置，所述的生物屏蔽层为硼屏蔽层、铅屏蔽层中的任意一种或者两种的组合。
[0013]优选地，所述的生物屏蔽单元设于核电站安全壳预埋管内或设于电气贯穿件内，硼屏蔽层和/或铅屏蔽层与核电站安全壳预埋管或电气贯穿件的筒体固定连接，生物屏蔽层固定装置焊接在核电站安全壳预埋管内或电气贯穿件内，生物屏蔽层固定装置与硼屏蔽层或铅屏蔽层固定连接。
[0014]优选地，所述的硼屏蔽层与铅屏蔽层在辐射来源方向上依次排列或间隔布置。
[0015]优选地，所述的硼屏蔽层采用包覆式结构，包括外层金属材料层以及包覆于外层金属材料内的硼材料层；所述的铅屏蔽层采用包覆式结构，包括外层金属材料层以及包覆于外层金属材料内的铅材料层。
[0016]优选地，所述的铅屏蔽层和硼屏蔽层设有电缆孔。所述的铅屏蔽层和硼屏蔽层设置有屏蔽层单元组装孔。
[0017]本实用新型采用多层屏蔽结构设计，在屏蔽层靠近辐射源即核电站岛内侧采用硼材料屏蔽层吸收中子，再用铅板来屏蔽γ射线，这样既可以吸收中子也可以屏蔽γ射线，以达到良好的生物防护效果。考虑到实际安装方便，铅板屏蔽层采用多层设计，以减轻每一层铅板重量。该屏蔽层既可以安装在预埋管靠近岛内端位置，也可以安装在贯穿件内部。该实用新型特别适合对生物屏蔽要求高的核电站使用。
[0018]本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
【附图说明】
[0019]图1为生物屏蔽层单元正面视图。
[0020]图2为生物屏蔽层单元结构剖面图。
[0021]图3是安装在安全壳预埋管内的核电站用生物屏蔽结构图。
[0022]图4是安装在电气贯穿件内的核电站用生物屏蔽结构图。
[0023]其中，5—生物屏蔽单元；12—第一电缆孔；13—第二电缆孔；14—屏蔽层单元组装孔；10—外层金属材料层；11一硼/铅材料层；14-屏蔽层单元组装孔；20—安全壳预埋管；21—硼屏蔽层；22—铅屏蔽层；25—生物屏蔽层固定装置；30 —电气贯穿件。
【具体实施方式】
[0024]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。
[0025]参见图1，一种核电站用生物屏蔽结构，包括至少一组生物屏蔽单元5，所述的生物屏蔽单元5包括至少一层生物屏蔽层和用于固定生物屏蔽层的防止固定生物屏蔽层轴向移动的生物屏蔽层固定装置，所述的生物屏蔽层为硼屏蔽层、铅屏蔽层中的任意一种或者两种的组合。铅屏蔽层和硼屏蔽层设有第一电缆孔12、第二电缆孔13。所述的铅屏蔽层和硼屏蔽层设置有屏蔽层单元组装孔14。
[0026]参见图2，硼(铅)屏蔽层采用包覆式结构，包括外层金属材料层10以及包覆于外层金属材料内的硼(铅)材料层11。
[0027]参见图3，生物屏蔽单元设于核电站安全壳预埋管内，生物屏蔽单元包括一层硼屏蔽层21和三层铅屏蔽层22。硼屏蔽层21和铅屏蔽层22与核电站安全壳预埋管筒体固定连接，生物屏蔽层固定装置25焊接在核电站安全壳预埋管内，生物屏蔽层固定装置25与铅屏蔽层22固定连接。
[0028]参见图4，生物屏蔽单元设于核电站电气贯穿件内，生物屏蔽单元共有两组，分别设置在电气贯穿件的两边。右边一组生物屏蔽单元包括两层硼屏蔽层21和一层铅屏蔽层22。左边一组生物屏蔽单元包括三层铅屏蔽层22。生物屏蔽层固定装置25焊接在核电站电气贯穿件内，生物屏蔽层固定装置25与铅屏蔽层22固定连接。
[0029]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种核电站用生物屏蔽结构，其特征在于，包括至少一组生物屏蔽单元，所述的生物屏蔽单元包括至少一层生物屏蔽层和用于固定生物屏蔽层的防止固定生物屏蔽层轴向移动的生物屏蔽层固定装置，所述的生物屏蔽层为硼屏蔽层、铅屏蔽层中的任意一种或者两种的组合。
2.根据权利要求1所述的核电站用生物屏蔽结构，其特征在于，所述的生物屏蔽单元设于核电站安全壳预埋管内或设于电气贯穿件内，硼屏蔽层和/或铅屏蔽层与核电站安全壳预埋管或电气贯穿件的筒体固定连接，生物屏蔽层固定装置焊接在核电站安全壳预埋管内或电气贯穿件内，生物屏蔽层固定装置与硼屏蔽层或铅屏蔽层固定连接。
3.根据权利要求1所述的核电站用生物屏蔽结构，其特征在于，所述的硼屏蔽层与铅屏蔽层在辐射来源方向上依次排列或间隔布置。
4.根据权利要求1所述的核电站用生物屏蔽结构，其特征在于，所述的硼屏蔽层采用包覆式结构，包括外层金属材料层以及包覆于外层金属材料内的硼材料层；所述的铅屏蔽层采用包覆式结构，包括外层金属材料层以及包覆于外层金属材料内的铅材料层。
5.根据权利要求1所述的核电站用生物屏蔽结构，其特征在于，所述的铅屏蔽层和硼屏蔽层设有电缆孔；所述的铅屏蔽层和硼屏蔽层设置有屏蔽层单元组装孔。
【专利摘要】本实用新型公开了一种核电站用生物屏蔽结构，包括至少一组生物屏蔽单元，所述的生物屏蔽单元包括至少一层生物屏蔽层和用于固定生物屏蔽层的防止固定生物屏蔽层轴向移动的生物屏蔽层固定装置，所述的生物屏蔽层为硼屏蔽层、铅屏蔽层中的任意一种或者两种的组合。本实用新型采用多层屏蔽结构设计，在屏蔽层靠近辐射源即核电站岛内侧采用硼材料屏蔽层吸收中子，再用铅板来屏蔽γ射线，这样既可以吸收中子也可以屏蔽γ射线，以达到良好的生物防护效果。考虑到实际安装方便，铅板屏蔽层采用多层设计，以减轻每一层铅板重量。该实用新型特别适合对生物屏蔽要求高的核电站使用。
【IPC分类】G21F1-02, G21C11-02, G21F1-12, G21F1-08
【公开号】CN204596429
【申请号】CN201520312369
【发明人】方文治, 景东明, 黄冬艳, 潘聪, 翟继军, 池豪, 刘刚, 陆佩芳, 马涛
【申请人】上海核工程研究设计院, 上海发电设备成套设计研究院
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月14日