反應堆器件輻射損傷的熱處理恢復技術的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種反應堆堆芯內器件材料輻射損傷的恢復技術，尤其是高燃耗反應堆堆芯內器件的輻射損傷原位或現場用熱處理方法恢復的技術。
【背景技術】
[0002]反應堆是一個復雜的多技術、多系統集成的大系統。可以采用固體核燃料或液體核燃料，也可以用熱中子或快中子能譜。因此，不同類型的反應堆涉及的技術差異極大。但也存在共性部分。
[0003]反應堆堆芯內，尤其是快中子反應堆堆芯內，的工作條件，多是高溫、高腐蝕、高壓和高輻射強度，這對所用材料性能的要求很高，也增加研發、生產所需材料的難度和使用、更新這些材料的成本。
[0004]快中子會把合金結構材料等中的原子撞離原晶格(如Fe原子的離位閾能約325eV)而留下一個空位，并停留在晶格間隙中形成間隙原子，產生點缺陷。更高能量中子的撞擊會產生級聯效應形成微貧原子區或無序非晶態相。達到一定劑量后，過飽和點缺陷會擴散遷移、聚集演化成貧原子區、微空洞、層錯四面體和位錯環等缺陷團，稱為輻照缺陷，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生(η，α)反應生成氦He原子逐漸聚集成的He氣泡也使基體晶格畸變增加，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，在中子輻照下會產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短、甚至先進反應堆研發成敗的決定因素。
[0006]目前，公知的反應堆堆芯內金屬材料提高抗輻射性能的加固技術，主要是通過改進材料組成元素、成份及結晶過程等技術實現。
[0007]也有實驗室研究,福照的金屬銅、金、銀材料產生空位、間隙原子、Frankel缺陷對等缺陷引起性能變化后，通過退火減少或消除缺陷使其性能得到恢復的研究報導，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工作壽命材料的研發，延長反應堆堆芯內結構材料的使用壽命，是當前世界反應堆應用，尤其是高燃耗先進反應堆研發面臨的難題。

【發明內容】

[0009]為了克服現有反應堆堆芯內，尤其是快中子反應堆堆芯內的結構材料等使用壽命短，達不到先進反應堆研發要求的不足，本發明提供一種材料輻射損傷的恢復技術，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場用熱處理方法恢復的技術，該技術不僅能修復堆芯內材料的輻射損傷，而且能原位或現場修復堆芯內材料的輻射損傷，大幅度延長器件在堆芯內的使用壽命，降低反應堆運行成本和器件更新成本，實現高效益、高效率和高燃耗。
[0010]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:在堆芯內輻射損傷材料所處的原位或現場，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，修復受輻照材料的損傷，部分或全部恢復其物理和力學性能。
[0011]具體方法是:
[0012](1)當被修復器件容易從堆芯內取出或拆除時，則將這些器件放入現場或附近的熱處理裝置的容器內進行熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復受輻照材料的損傷，部分或全部恢復其物理和力學性能。
[0013]例如，修復固體核燃料元件的包殼輻射損傷的方法是:先從堆芯內取出核燃料組件，分拆成燃料元件后，把每個完整的燃料元件分別放入現場或附近的熱處理裝置內的專用槽內，該專用槽可保持元件的形狀和準直度等在熱處理過程中不變或其改變量在允許的范圍內，進行熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復受輻照材料的損傷，部分或全部恢復其物理和力學性能，再把元件組裝成組件，放回堆芯內。至此，整個修復過程就全部完成。這個過程中處理的元件是高放射性的，需要遙控操作。對堆芯內的全部核燃料組件，可分批輪換進行修復處理。
[0014]其它容易從堆芯內取出和拆除器件的輻射損傷修復過程，視具體器件的材料和要求而有所差別，但與上述修復過程類似或基本相同。主要差異是加熱溫度的高低、保持該溫度時間的長短和冷卻過程。
[0015]熱處理裝置有可保溫和加壓力的箱體，內置耐高溫合金板架，板架用定位桿定位并帶有加熱和測控溫器件，板架兩面都開有可放置整根燃料元件的半圓專用槽，板架的專用槽內放置燃料元件后板架疊放加壓，緊固住所有燃料元件，以保持其形狀和準直度等在熱處理恢復過程中不變或其改變量在允許的范圍內。機械手及其系統的遙控操作，熱處理裝置箱體內溫度及其變化模式、壓力及其變化模式、持續時間，都由該裝置的控制系統遙控實施執行。
[0016](2)當被修復器件不容易或無法從堆芯內取出和拆除時，則將用專用的熱處理裝置，在非工作狀態，對這些器件進行原位熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復受輻照材料的損傷，部分或全部恢復其物理和力學性能。
[0017]例如，修復液體核燃料熔鹽堆的主容器或主容器內大型部件輻射損傷的方法是:當主容器等的材料受輻射到選定的劑量后，開始修復其輻射損傷，先排空主容器內的熔鹽，使被修復器件不承受載荷，以減少其在修復過程中變形和受損的可能，打開并通過主容器壁上的專用通道，把專用熱處理裝置放入主容器內，進行熱處理，升高需要修復主容器等的溫度，直到適合對這些受輻照產生損傷器件的材料的可修復的溫度，并保持一段適當的時間，減少或消除其輻照缺陷，修復受輻照材料的損傷，使這些材料的輻照損傷恢復到滿意的程度。部分或全部恢復其物理和力學性能。再降低其溫度到適當的溫度或正常工作溫度。然后，把專用熱處理裝置退回原位置，關閉主容器壁上的專用通道，整個修復過程就全部完成。這個過程中處理的主容器內是高放射性的，需要遙控操作。
[0018]這樣的修復過程可進行多次。以延長主容器和其它部件的使用壽命到預期或需要的值。
[0019]其它不容易從堆芯內取出和拆除器件的輻射損傷修復過程，視具體器件的材料和要求而有所差別，但與上述修復過程類似或基本相同。主要差異是加熱溫度的高低、保持該溫度時間的長短和冷卻過程。
[0020]用類似的方法，也可在非工作狀態，原位整體修復堆芯內全部的固體核燃料組件、元件包殼和結構材料的福射損傷。
[0021](3)工作態原位整體修復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轉換到原位修復包殼輻射損傷的狀態，用堆芯產生的熱能或衰變余熱，通過調節冷卻劑流量，調整堆芯內溫度到預先選定的值，按修復需要保持設定的時間，進行熱處理，減少或消除其輻照缺陷，修復受輻照材料的損傷，部分或全部恢復其物理和力學性能，再按要求降低溫度到正常狀態。至此，整個修復過程就全部完成。
[0022]采用這種原位修復方法，需要在反應堆設計建造時，預先調整堆芯內設計，以滿足該方法的特殊要求。例如，為了保持元件的形狀和準直度等在熱處理過程中不變或其改變量在允許的范圍內，需要增加組件中間格架的數量到設定值。堆芯內其它材料，應能設計成為可承受這種原位修復方法引起的溫度變化，即產生的變化不大或能自然復原。做到，引起的變形可接受且損傷修復的程度可接受。
[0023]這種修復方法的停堆時間短，效率高。也可不用堆芯自身產生的熱量，排出冷卻劑，再原位整體修復，但需要另外加熱和相應的加熱裝置。在設計時應一并考慮。