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核電設(shè)備制造過程中應用的真空技術(shù)

核電站是個龐大、復雜的系統(tǒng)，有上萬件設(shè)備，品種繁多，它們共同的特點是必須在強輻射環(huán)境中長期可靠地工作。核電設(shè)備制造過程中應用真空技術(shù)的主要有:燃料元件和控制棒的制造，設(shè)備制造過程中的真空檢漏，核電設(shè)備中一些特殊材料的制造。

1.燃料元件制造

燃料元件是由鈾芯塊和包殼管組成的。不同堆型對燃料元件有不同的要求，但在制造過程中，都采用了真空工藝。

(1)金屬鈾精煉

粗鈾精煉，現(xiàn)在都是在專用的真空感應爐中進行，使之進一步純化后，再加人合金元素，鑄成便于加工的形狀。精煉溫度一般控制在1400℃左右，真空度控制在1.3*10-2Pa。

(2)氧化鈾制備

水冷堆采用二氧化鈾陶瓷燃料，方法是把六氟化鈾溶于水，使之水解，再經(jīng)過真空過濾和洗滌，制成二氧化鈾。國外真空過濾工藝真空度已提高到1.3*10-1Pa。水冷堆燃料棒組裝時，鈾芯塊和包殼管都必須先經(jīng)過高溫真空除氣處理，然后在真空室里將芯塊裝人包殼管內(nèi)。經(jīng)真空焊接，抽真空1.3*10-1Pa，最后充氦并焊上密封端蓋，對密封部位進行檢漏。

(3)彌散型燃料元件制備

高溫氣冷堆采用彌散型燃料元件，方法是將二氧化鈾、二氧化牡和石墨粉按一定比例加人粘結(jié)劑制成塊，在真空環(huán)境中加熱到2000℃左右，燒結(jié)成直徑為幾百微米的密集球芯粒。

(4)快中子堆燃料元件制備

快中子堆采用鈾和懷混合氧化物燃料元件，必須先燒結(jié)成形后在真空條件下裝人不銹鋼包殼管內(nèi)。懷有劇毒，一切操作都必須在1.3*10-1Pa的真空手套箱中進行，手套箱所在的房間也要抽成真空，作為防止放射性物質(zhì)逸出的第二道屏障。美國實驗堆II號(EBR- II)的鈾杯燃料采用另一種真空工序制做，全部設(shè)備都置于1.3x 10 -1Pa真空室內(nèi)，為此，安裝了抽速極大的真空泵。

2.控制棒制造

控制棒用于吸收反應堆中多余的中子，控制鏈式反應，保持一定的功率。控制棒芯塊常用碳化翻，它在空氣中會氧化而失效，因此碳化翻芯塊制備要嚴格進行真空除氣，而后裝人特制的玻璃管內(nèi)抽真空保存。在制造控制棒時，先將包殼管抽真空、再放進芯塊并抽真空到1.3*10-1Pa，最后充氮封存。

3.核電專用檢翻設(shè)備制造

防止放射性泄漏是核電站設(shè)備最起碼的要求，一回路設(shè)備和二回路設(shè)備都要有良好的密封性能，在制造時必須進行嚴格的真空檢漏。需要檢漏的主要有一回路的各種容器、連接管道、蒸發(fā)器、換熱器、冷凝器等。自20世紀70年代以來，核電設(shè)備檢漏標準已提高到1.3*10-6Pa*L/s，即不允許1.3*10-6Pa*L/s的單個漏孔存在。現(xiàn)代大型核電站需要檢漏的大容器，其容積都在數(shù)十立方米以上，自世界上第一座核電站建立以來，核電大容器檢漏始終是人們關(guān)心的研究課題。目前，國外已有核電設(shè)備專用的氮檢漏儀，并配有專門用于大容器檢漏的吸嘴。

4.核電設(shè)備中一些特殊材料的制造

核電設(shè)備需要許多特殊的材料，它們共同的特點是純度高、核性能好、耐磨蝕、耐輻射、耐高溫。為了達到這些性能，在材料的生產(chǎn)工藝中都采用真空技術(shù)。活性炭廣泛用于核電站三廢處理，近年來利用真空法制取活性炭的方法得到很大發(fā)展。方法要點是將化合物樹脂在高真空中炭化，制取致密性良好又有很大微孔容積的炭，真空法制取的活性炭，活化性能優(yōu)異。

石墨廣泛用作反應堆慢化劑。為了提高石墨的密度和改善核性能，必須將石墨置于真空環(huán)境用瀝青浸漬后再烘燒。高溫氣冷堆燃料元件包殼用的是不透氣石墨，必須將石墨在真空中加熱到1000℃左右，通人丙烷后熱解出炭素，真空加熱的目的是使石墨表面形成致密的涂層，得到透氣率極低的石墨。錯合金作為包殼管和結(jié)構(gòu)材料廣泛用于水冷堆中。由于錯在不太高的溫度下就會和空氣中的氧、氮、氫起反應，所以錯及其合金的熔化、冷熱加工和焊接都必須在真空中進行。