反應(yīng)堆器件輻射損傷的熱處理恢復(fù)技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反應(yīng)堆堆芯內(nèi)器件材料輻射損傷的恢復(fù)技術(shù)，尤其是高燃耗反應(yīng)堆堆芯內(nèi)器件的輻射損傷原位或現(xiàn)場(chǎng)用熱處理方法恢復(fù)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]反應(yīng)堆是一個(gè)復(fù)雜的多技術(shù)、多系統(tǒng)集成的大系統(tǒng)?？梢圆捎霉腆w核燃料或液體核燃料，也可以用熱中子或快中子能譜。因此，不同類(lèi)型的反應(yīng)堆涉及的技術(shù)差異極大。但也存在共性部分。
[0003]反應(yīng)堆堆芯內(nèi)，尤其是快中子反應(yīng)堆堆芯內(nèi)，的工作條件，多是高溫、高腐蝕、高壓和高輻射強(qiáng)度，這對(duì)所用材料性能的要求很高，也增加研發(fā)、生產(chǎn)所需材料的難度和使用、更新這些材料的成本。
[0004]快中子會(huì)把合金結(jié)構(gòu)材料等中的原子撞離原晶格(如Fe原子的離位閾能約325eV)而留下一個(gè)空位，并停留在晶格間隙中形成間隙原子，產(chǎn)生點(diǎn)缺陷。更高能量中子的撞擊會(huì)產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)形成微貧原子區(qū)或無(wú)序非晶態(tài)相。達(dá)到一定劑量后，過(guò)飽和點(diǎn)缺陷會(huì)擴(kuò)散遷移、聚集演化成貧原子區(qū)、微空洞、層錯(cuò)四面體和位錯(cuò)環(huán)等缺陷團(tuán)，稱(chēng)為輻照缺陷，使合金材料變硬變脆延展性下降，即由晶格損傷造成的脆化。另外快中子與包殼等材料組成元素發(fā)生(η，α)反應(yīng)生成氦He原子逐漸聚集成的He氣泡也使基體晶格畸變?cè)黾?，包殼等腫脹，脆性增大，成為氦脆。這些是縮短包殼等使用壽命甚至功能失效的主要因素。
[0005]熔鹽堆主容器、核燃料包殼等合金材料，如快堆用的316不銹鋼，在中子輻照下會(huì)產(chǎn)生晶體缺陷使材料性能變差并最終失效。包殼使用壽命，成為快堆換料周期長(zhǎng)短、甚至先進(jìn)反應(yīng)堆研發(fā)成敗的決定因素。
[0006]目前，公知的反應(yīng)堆堆芯內(nèi)金屬材料提高抗輻射性能的加固技術(shù)，主要是通過(guò)改進(jìn)材料組成元素、成份及結(jié)晶過(guò)程等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0007]也有實(shí)驗(yàn)室研究,福照的金屬銅、金、銀材料產(chǎn)生空位、間隙原子、Frankel缺陷對(duì)等缺陷引起性能變化后，通過(guò)退火減少或消除缺陷使其性能得到恢復(fù)的研究報(bào)導(dǎo)，退火溫度在600K以下。
[0008]耐高溫、耐腐蝕、耐高壓和耐輻射的適用的長(zhǎng)工作壽命材料的研發(fā)，延長(zhǎng)反應(yīng)堆堆芯內(nèi)結(jié)構(gòu)材料的使用壽命，是當(dāng)前世界反應(yīng)堆應(yīng)用，尤其是高燃耗先進(jìn)反應(yīng)堆研發(fā)面臨的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服現(xiàn)有反應(yīng)堆堆芯內(nèi)，尤其是快中子反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的結(jié)構(gòu)材料等使用壽命短，達(dá)不到先進(jìn)反應(yīng)堆研發(fā)要求的不足，本發(fā)明提供一種材料輻射損傷的恢復(fù)技術(shù)，尤其是包殼、熔鹽堆主容器和部件等材料的輻射損傷原位或現(xiàn)場(chǎng)用熱處理方法恢復(fù)的技術(shù)，該技術(shù)不僅能修復(fù)堆芯內(nèi)材料的輻射損傷，而且能原位或現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)堆芯內(nèi)材料的輻射損傷，大幅度延長(zhǎng)器件在堆芯內(nèi)的使用壽命，降低反應(yīng)堆運(yùn)行成本和器件更新成本，實(shí)現(xiàn)高效益、高效率和高燃耗。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:在堆芯內(nèi)輻射損傷材料所處的原位或現(xiàn)場(chǎng)，用熱處理的方法和裝置，減少或消除受輻照材料的輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能。
[0011]具體方法是:
[0012](1)當(dāng)被修復(fù)器件容易從堆芯內(nèi)取出或拆除時(shí)，則將這些器件放入現(xiàn)場(chǎng)或附近的熱處理裝置的容器內(nèi)進(jìn)行熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能。
[0013]例如，修復(fù)固體核燃料元件的包殼輻射損傷的方法是:先從堆芯內(nèi)取出核燃料組件，分拆成燃料元件后，把每個(gè)完整的燃料元件分別放入現(xiàn)場(chǎng)或附近的熱處理裝置內(nèi)的專(zhuān)用槽內(nèi)，該專(zhuān)用槽可保持元件的形狀和準(zhǔn)直度等在熱處理過(guò)程中不變或其改變量在允許的范圍內(nèi)，進(jìn)行熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能，再把元件組裝成組件，放回堆芯內(nèi)。至此，整個(gè)修復(fù)過(guò)程就全部完成。這個(gè)過(guò)程中處理的元件是高放射性的，需要遙控操作。對(duì)堆芯內(nèi)的全部核燃料組件，可分批輪換進(jìn)行修復(fù)處理。
[0014]其它容易從堆芯內(nèi)取出和拆除器件的輻射損傷修復(fù)過(guò)程，視具體器件的材料和要求而有所差別，但與上述修復(fù)過(guò)程類(lèi)似或基本相同。主要差異是加熱溫度的高低、保持該溫度時(shí)間的長(zhǎng)短和冷卻過(guò)程。
[0015]熱處理裝置有可保溫和加壓力的箱體，內(nèi)置耐高溫合金板架，板架用定位桿定位并帶有加熱和測(cè)控溫器件，板架兩面都開(kāi)有可放置整根燃料元件的半圓專(zhuān)用槽，板架的專(zhuān)用槽內(nèi)放置燃料元件后板架疊放加壓，緊固住所有燃料元件，以保持其形狀和準(zhǔn)直度等在熱處理恢復(fù)過(guò)程中不變或其改變量在允許的范圍內(nèi)。機(jī)械手及其系統(tǒng)的遙控操作，熱處理裝置箱體內(nèi)溫度及其變化模式、壓力及其變化模式、持續(xù)時(shí)間，都由該裝置的控制系統(tǒng)遙控實(shí)施執(zhí)行。
[0016](2)當(dāng)被修復(fù)器件不容易或無(wú)法從堆芯內(nèi)取出和拆除時(shí)，則將用專(zhuān)用的熱處理裝置，在非工作狀態(tài)，對(duì)這些器件進(jìn)行原位熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能。
[0017]例如，修復(fù)液體核燃料熔鹽堆的主容器或主容器內(nèi)大型部件輻射損傷的方法是:當(dāng)主容器等的材料受輻射到選定的劑量后，開(kāi)始修復(fù)其輻射損傷，先排空主容器內(nèi)的熔鹽，使被修復(fù)器件不承受載荷，以減少其在修復(fù)過(guò)程中變形和受損的可能，打開(kāi)并通過(guò)主容器壁上的專(zhuān)用通道，把專(zhuān)用熱處理裝置放入主容器內(nèi)，進(jìn)行熱處理，升高需要修復(fù)主容器等的溫度，直到適合對(duì)這些受輻照產(chǎn)生損傷器件的材料的可修復(fù)的溫度，并保持一段適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，使這些材料的輻照損傷恢復(fù)到滿(mǎn)意的程度。部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能。再降低其溫度到適當(dāng)?shù)臏囟然蛘９ぷ鳒囟?。然后，把?zhuān)用熱處理裝置退回原位置，關(guān)閉主容器壁上的專(zhuān)用通道，整個(gè)修復(fù)過(guò)程就全部完成。這個(gè)過(guò)程中處理的主容器內(nèi)是高放射性的，需要遙控操作。
[0018]這樣的修復(fù)過(guò)程可進(jìn)行多次。以延長(zhǎng)主容器和其它部件的使用壽命到預(yù)期或需要的值。
[0019]其它不容易從堆芯內(nèi)取出和拆除器件的輻射損傷修復(fù)過(guò)程，視具體器件的材料和要求而有所差別，但與上述修復(fù)過(guò)程類(lèi)似或基本相同。主要差異是加熱溫度的高低、保持該溫度時(shí)間的長(zhǎng)短和冷卻過(guò)程。
[0020]用類(lèi)似的方法，也可在非工作狀態(tài)，原位整體修復(fù)堆芯內(nèi)全部的固體核燃料組件、元件包殼和結(jié)構(gòu)材料的福射損傷。
[0021](3)工作態(tài)原位整體修復(fù)固體核燃料組件元件包殼的輻射損傷。方法是:先使其堆芯從工作或其它狀態(tài)轉(zhuǎn)換到原位修復(fù)包殼輻射損傷的狀態(tài)，用堆芯產(chǎn)生的熱能或衰變余熱，通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻劑流量，調(diào)整堆芯內(nèi)溫度到預(yù)先選定的值，按修復(fù)需要保持設(shè)定的時(shí)間，進(jìn)行熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復(fù)受輻照材料的損傷，部分或全部恢復(fù)其物理和力學(xué)性能，再按要求降低溫度到正常狀態(tài)。至此，整個(gè)修復(fù)過(guò)程就全部完成。
[0022]采用這種原位修復(fù)方法，需要在反應(yīng)堆設(shè)計(jì)建造時(shí)，預(yù)先調(diào)整堆芯內(nèi)設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足該方法的特殊要求。例如，為了保持元件的形狀和準(zhǔn)直度等在熱處理過(guò)程中不變或其改變量在允許的范圍內(nèi)，需要增加組件中間格架的數(shù)量到設(shè)定值。堆芯內(nèi)其它材料，應(yīng)能設(shè)計(jì)成為可承受這種原位修復(fù)方法引起的溫度變化，即產(chǎn)生的變化不大或能自然復(fù)原。做到，引起的變形可接受且損傷修復(fù)的程度可接受。
[0023]這種修復(fù)方法的停堆時(shí)間短，效率高。也可不用堆芯自身產(chǎn)生的熱量，排出冷卻劑，再原位整體修復(fù)，但需要另外加熱和相應(yīng)的加熱裝置。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)一并考慮。