技术摘要：
本发明涉及一种磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置及方法。该方法通过主体容器顶盖的分布式顶吸磁体选择中子毒物棒的数量和排列方式，通过主体容器侧面的吊篮控制模块带动吊篮沿轨道移动，将选定的中子毒物棒垂直放入装置的下部空间，待开展完带中子毒物棒的临  全部
背景技术：
核临界安全是核工业的生命线。我国采取了对乏燃料进行后处理的闭式燃料循环 方式，即对核电站卸出的乏燃料元件进行处理，分离和回收未烧尽的铀和新生成的钚，同时 对放射性废物进行处理，满足处置要求，并将后处理回收的铀和钚可再制成燃料元件返回 核电站使用。 在乏燃料后处理过程中，易裂变材料的形式主要以溶液形态存在，且大多为含钚 的易裂变材料溶液。考虑后处理工程的处理量要求，钚溶液的操作、贮存设备大多体积较 大，中子毒物是进行临界安全控制的主要手段。而为验证中子毒物临界安全控制方式的可 靠性和临界安全分析程序的计算偏差及其不确定度，一般采用相似的临界基准实验进行验 证。为此，国外开展过大量的临界基准实验，其中就有多种形式的含中子毒物棒的钚溶液临 界基准实验。这些实验开展的年代较早，中子毒物棒的布置多采用了手套箱的形式。 随着我国开始规划临界实验室的建设项目和相关的科研项目，含中子毒物棒的钚 溶液临界实验装置设计正开展初步的方案设计。其中，由于钚溶液易产生气溶胶放射性污 染，中子毒物棒的布置设计遇到了较大的挑战。 如果采用手套箱从装置顶部开盖后人工或机械远程操作的方式，需要在装置下部 位置预先布置至少两层高度方向上有一定间距的栅格板，并且为保证中子毒物棒插入栅格 板后的位置精度，栅格板开孔与中子毒物棒直径需较为接近，鉴于装置总高度较高，连续两 次准确插入栅格板的难度很大，如果采用机械手的方式难度更大。且装置顶部开盖后，装置 内的残留易裂变溶液会产生较多的放射性气溶胶，给空气过滤净化和人员辐射防护也带来 了很大困难。 如果在临界实验装置中预先布置足够数量的中子毒物棒套管，不开展中子毒物棒 的临界实验时，中子毒物棒移至套管的上部空间，在需要开展中子毒物棒的临界实验时，采 用类似控制棒驱动机构的驱动装置将其放下。该种方式的稳定性较高，但需要较多的驱动 装置，而且预先设置的中子毒物棒套管占用了很多的空间，会造成装置体积增大，且装置无 法开展不含中子毒物棒套管的临界实验。 如果能在完全密封且无接触的情况下，实现有棒、无棒、不同数量、不同材质、不同 排列、不同高度的中子毒物棒布置方案，将能很好的解决上述含中子毒物棒的钚溶液临界 实验装置初步方案设计中遇到的难题。 从工程应用的角度来看，由于乏燃料后处理厂的工艺流程复杂、放射性强、临界安 全要求高，开展充分的临界实验验证是非常有必要的，随着大型乏燃料后处理厂设计、建设 和运行，对开展含中子毒物棒钚溶液临界实验的需求也非常强烈，为此，开发一种完全密封 条件下无接触的布置中子毒物棒的方案是非常有必要的。 4 CN 111613348 A 说　明　书 2/6 页
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置及方 法，满足含钚易裂变材料溶液临界装置中密封情况下布置不同数量和不同排列的中子毒物 棒的实验需求。 本发明的技术方案如下：一种磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置，包 括主体容器，主体容器外壁面纵向布置若干强磁控制轨道，由强磁控制体和强磁控制协同 连接件组成的吊篮控制模块能够沿所述强磁控制轨道移动；在主体容器内壁面布置吊篮轨 道，主体容器内的吊篮可在吊篮控制模块磁吸控制下沿吊篮轨道上下移动；若干中子毒物 棒贯穿搭载于吊篮上，中子毒物棒顶部通过相应的分布式顶吸磁体吸附固定在主体容器顶 盖下面，并可根据需要移除不同数量、不同排列的分布式顶吸磁体的磁力，以使得选定部分 中子毒物棒随吊篮移入主体容器下部空间。 进一步，所述的主体容器采用无磁性或弱磁性、耐蚀性、抗氧化性、力学性能良好 的材料；主体容器壁面厚度在保证强度的情况下应不影响磁吸效果；主体容器顶盖焊接密 封防止放射性物质泄漏。 进一步，所述的吊篮控制模块包括若干永磁体材料的强磁控制体，为保证不同轨 道内强磁控制体对吊篮位置控制的同步性和稳定性，所述强磁控制体通过所述强磁控制协 同连接件横向或纵向相连，形成笼状结构。 可选地，在吊篮控制模块或强磁控制轨道上可设置锁定装置，以在设定的多个位 置上锁定吊篮控制模块。吊篮控制模块的操作仅限于垂直移动和位置锁定，可以通过手动 操作或远程控制实现。 进一步，所述的吊篮采用无磁性或弱磁性、耐蚀性、抗氧化性、力学性能良好的材 料；吊篮外缘设置吊篮可磁吸部件，吊篮可磁吸部件采用软磁材料。 进一步，所述的吊篮包括至少两层栅格板，栅格板开孔的直径略大于中子毒物棒 下部直径，并根据中子毒物棒的准直精度要求确定相邻栅格板的间距，确保选定的中子毒 物棒落入主体容器下部空间时，能保持预期的排列位置精度。 进一步，所述的中子毒物棒下部直径略小于吊篮栅格板开孔直径、上部直径大于 吊篮栅格板开孔直径，顶端设有软磁材料的毒物棒可磁吸部件，当移除分布式顶吸磁体的 磁吸力时，中子毒物棒依靠重力作用落在吊篮上；中子毒物棒各段长度经过合理设计，当吊 篮控制模块移动至最高位置时，对应中子毒物棒顶部刚好接触主体容器顶盖下表面；当吊 篮控制模块移动至最低位置时，对应的中子毒物棒底部刚好接触主体容器底面，而其他未 落下的中子毒物棒底部仍贯穿于吊篮的各层栅格板，即中子毒物棒始终贯穿于吊篮的各层 栅格板，避免了在吊篮控制模块控制吊篮提升时出现其他未落下的中子毒物棒不能准确进 入吊篮各层栅格板的情况。 进一步，所述的分布式顶吸磁体采用永磁体或电磁体，通过距离控制或电流控制 实现磁吸力的移除和引入。 进一步，所述的主体容器顶盖上按照与吊篮各层栅格板开孔对应的位置设置顶盖 环形标志，并设置编号，满足分布式顶吸磁体的准确定位需求。 进一步，所述的吊篮可磁吸部件采用耐腐蚀、不生锈的材料；为促进吊篮在吊篮轨 道中的通畅移动，可以在吊篮可磁吸部件上设置小尺寸的滑轮或设置其他持久润滑材料。 5 CN 111613348 A 说　明　书 3/6 页 一种采用上述磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置的实验方法，基于磁 吸控制原理，通过主体容器顶盖的分布式顶吸磁体选择中子毒物棒的数量和排列方式，移 除不同数量、不同排列的分布式顶吸磁体的磁力，使选定的部分中子毒物棒能够随吊篮移 动；通过主体容器侧面的吊篮控制模块由磁力带动主体容器内的吊篮沿吊篮轨道移动，将 选定的中子毒物棒垂直放入主体容器的下部空间，待开展完带中子毒物棒的临界实验后， 再控制吊篮返回主体容器上部空间，中子毒物棒重新被主体容器顶盖的分布式顶吸磁体吸 附固定在主体容器上部空间。 本发明的有益效果如下：本发明在完全密封、无接触的条件下，实现了有棒、无棒、 不同数量、不同材质、不同排列、不同高度的中子毒物棒布置方案，避免了放射性物质泄漏 出临界实验装置，造成气溶胶污染等放射性危害，有效解决了开展钚溶液带中子毒物棒的 临界实验时的放射性气溶胶密封问题、变更中子毒物棒布置的精度不足等问题，相对于热 室手套箱操作、机械手远程操作、中子毒物棒套管等方法都具有很大优势，是一种先进的、 具有工程可行性的含钚易裂变材料溶液系统临界实验技术。 附图说明 以下附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。 图1为磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置应用示例的侧视图； 图2为磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置应用示例的垂直剖面图； 图3为磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置应用示例的顶面俯视图； 图4为磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置应用示例吊篮处的水平剖面 图； 图5为磁吸式无接触布置中子毒物棒的临界实验装置应用示例部分中子毒物棒随 吊篮落下时的垂直剖面图。