医院中子照射器堆芯冷却系统的制作方法

技术领域

本发明涉及一种医院中子照射器堆芯冷却系统。

背景技术：

硼中子俘获疗法（BNCT）是一种新型二元靶向恶性肿瘤放射治疗技术，国际上均使用大功率实验研究堆的一条中子束流孔道作为中子源，因为这种中子源都是建造在核技术研究中心或大学内，远离居民区和医院，而且建造成本高，运行维护复杂，非BNCT专用，对病人的施治造成很大的不便和困难。因此，亟需提供一种新型的医院中子照射器以及配套设施。

反应堆的堆芯装在一个密封的反应堆容器之中，需要为堆芯提供足够的冷却能力，保障反应堆在额定功率和加强功率运行工况下能够安全地载出堆芯释热，使燃料元件不损坏，同时为事故工况留出适当的裕量，确保安全。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种医院中子照射器堆芯冷却系统，为医院的中子照射器装备的安全运行提供保障。

本发明的技术方案如下：

一种医院中子照射器堆芯冷却系统，包括堆容器、堆容器内的冷却水和堆容器外的冷却水；堆容器内的冷却水采用自然对流的方式循环，并将热量传递给堆容器壁；堆容器内装设有燃料组件、侧铍反射层、顶铍反射层、底铍反射层、铝瓦、石墨瓦；铝瓦和石墨瓦对称布置在侧铍反射层外侧，铝瓦和石墨瓦之间的间隙构成冷却水的下降流道；在顶铍反射层的铍片托盘的凸缘上沿圆周均匀设置出口孔，使得流过燃料组件的冷却水能够通过该出口孔上升流动。

进一步的，在侧铍反射层下方，围绕底铍反射层设置导流筒，使得冷却水沿导流筒上升，流向燃料组件。

进一步的，侧铍反射层与底铍反射层之间具有间隙，沿导流筒上升的冷却水通过该间隙流向燃料组件。

进一步的，侧铍反射层与顶铍反射层的铍片托盘之间具有间隙，流过燃料组件的冷却水通过该间隙流向该铍片托盘的所述出口孔。

进一步的，侧铍反射层与顶铍反射层的铍片托盘之间的间隙与所述下降流道连通，从而构成与所述出口孔并列存在的另一流路，使得从燃料组件流出的部分冷却水直接由此进入下降流道。

采用上述技术方案，可以简单有效地冷却堆芯，为医院的中子照射治疗装备的安全运行提供保障。

附图说明

附图1是本发明堆芯冷却系统纵向剖面示意图；

附图2是本发明堆芯冷却系统俯视示意图；

附图3是本发明堆芯冷却系统堆容器内冷却水流动路径示意图。

图中附图标记：1-燃料组件，2-侧铍反射层，3-顶铍反射层，4-底铍反射层，5-铝瓦，6-石墨瓦，7-堆容器，8-导流筒，9-出口孔，10-下降流道。

具体实施方式

如图1、图2所示，堆容器7内装设有燃料组件1、侧铍反射层2、顶铍反射层3、底铍反射层4、铝瓦5、石墨瓦6。铝瓦5和石墨瓦6对称布置在侧铍反射层2外侧，铝瓦5和石墨瓦6之间的间隙构成冷却水的下降流道10；在顶铍反射层3的铍片托盘的圆周凸缘上设置出口孔9，使得流过燃料组件1的冷却水能够通过该出口孔9上升流动。在侧铍反射层2下方，围绕底铍反射层4设置导流筒8，使得冷却水沿导流筒8上升，流向燃料组件1。侧铍反射层2与底铍反射层4之间具有间隙，沿导流筒8上升的冷却水通过该间隙流向燃料组件1。侧铍反射层2与顶铍反射层3的铍片托盘之间具有间隙，流过燃料组件的冷却水通过该间隙流向该铍片托盘的所述出口孔9。

反应堆采用自然循环冷却方式，属非能动性输热系统。借助导热和自然对流换热把燃料元件释放的热量传递给堆芯内的冷却水。冷却水在堆内受热后，依靠浮升力向上流动。冷却水自堆芯出口流出后，逐渐浮升至堆容器7上部空间。与此同时，借助自然对流换热方式通过堆容器7把热量传递给池水。堆容器7内壁附近较冷的水沿着内壁下沉，通过下降流道10进入导流筒8，然后返回堆芯进口。由于导流筒8的作用，使堆芯进口处的流量均匀化，然后流进堆芯内部元件束构成的流动通道。总之，在堆容器7内部形成自然循环。

如图3所示，侧铍反射层2与顶铍反射层3的铍片托盘之间的间隙与所述下降流道10连通，从而构成与所述出口孔9并列存在的另一流路。冷却水由堆芯上部出口流出之后，由于虹吸作用，下降流道10的冷却水把部分的堆芯上部出口冷却水带入下行，这种部分热水的直接再循环，提高了堆芯入口冷却水的温度。这种现象在3.6mK反应性引入表现明显，从控制棒全提出到入口温度开始上升，只需要80秒，此时堆功率只有2kW左右，光靠堆芯加热而没有入口冷却水与出口冷却水的混合作用，不可能在如此短的时间内使入口冷却水温度上升。这种不充分的自然循环作用加速提高堆芯冷却水的温升，缩短温度效应作用时间，对安全有利，在动态实验中发现，这种混合作用（虹吸作用）随引入反应性的增大而加快，对抑制功率瞬变有利。

采用上述技术方案，可以为堆芯提供足够的冷却能力，保障反应堆在额定功率和加强功率工况下安全运行。

以上所述实施例仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。