[發明專利]陶瓷坩堝

有效

• 申請號: 201410229719.2
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN105276980B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 張金龍
• 申請（專利權）人: 國核華清（北京）核電技術研發中心有限公司
• 主分類號: F27B14/10
• 分類號: F27B14/10;F27B14/14;F27D9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 姚李英,譚祐祥

技術領域

本發明涉及一種坩堝，具體而言涉及一種陶瓷坩堝。

背景技術

核反應堆在嚴重事故工況下，堆芯熔融物（堆芯熔熔融物的主要成分為含鈾、鋯的氧化物混合物）移位至壓力容器下封頭，并重新混合重組，形成穩定熔池。如能對堆芯熔融物熔池進行有效的冷卻，將其滯留在壓力容器內，就可避免壓力容器失效，從而為限制核反應堆裂變產物向安全殼內大規模釋放提供了實體屏障，同時防止了多數可能威脅安全殼完整性的核反應堆堆外現象，進而保證安全殼的完整性。堆芯熔融物熔池直接接觸壓力容器下封頭，壓力容器下封頭傳熱熱流大小直接關系到熔融物堆內滯留過程的有效性，所以需要對堆芯熔融物熔池的傳熱現象進行研究。

基于上述原因，需要設計一種陶瓷坩堝，其能夠實現具有內熱源等壁溫的自然對流傳熱的半球形熔池，以對堆芯熔融物氧化物熔池（主要成分為含鈾、鋯的氧化物混合物）的傳熱現象進行研究。為此陶瓷坩堝需要滿足：1）耐高溫(例如大約1000度)；2）熔池呈半球形；3）可準確測量出半球形熔池在半球形邊界上的不同極角處的熱流密度值；4）具有比較均勻的坩堝內熱源；5）熔池被殼層包裹，殼層的主要組分為熔池組分；以及6）熔池具有等溫邊界，這是因為殼層組分（熔池組分）的凝固溫度為恒定溫度。半球形熔池邊界上的熱流密度分布曲線是研究熔池傳熱的關鍵參數，是準確評估堆芯熔融物在壓力容器內滯留過程的重要因素，因而需要準確測量出半球形熔池在半球形邊界上的不同極角處的熱流密度值。

冷坩堝感應加熱技術可用于熔化堆芯熔熔融物模擬物。授權公告號CN 201983623 U（授權公告日 2011.09.21）公開了一種具有高懸浮能力的感應熔煉技術的冷坩堝。該冷坩堝采用分瓣結構，為增強懸浮能力坩堝底部區域采用收縮的結構，可以采取球面形狀。該冷坩堝在應用于研究芯熔融物熔池傳熱現象中會產生以下問題：1.未指明可以熔化含鈾鋯氧化物混合物；2.無法測量出熔池在半球形邊界上不同極角處的熱流密度；3.坩堝內壁面沒有特殊處理，會造成坩堝底部區域的殼層厚度過厚，使熔池形狀偏離半球形，而形成半橢球形狀。不能解決芯熔融物熔池技術特征1、特征2和特征3。

申請公布號CN 102072649 A（申請公布日 2011.05.25）公開了一種冷坩堝感應加熱懸浮爐。該懸浮爐的冷坩堝上部為內錐小于3°的圓柱體，底部為半球體。該冷坩堝在應用于研究芯熔融物熔池傳熱現象中會產生以下問題：1.未指明可以熔化含鈾鋯氧化物混合物；2. 無法測量出熔池在半球形邊界上不同極角處的熱流密度；3.因為產生懸浮現象而在底部區域不形成殼層；4.懸浮后熔池的形狀近球形，而非半球形。不滿能解決芯熔融物熔池技術特征1、特征2、特征3和特征5。

文章《Application of cold crucible for melting of UO₂/ZrO₂ mixture》（期刊《Materials Science and Engineering》 A357(2003)297-303）提及了一種冷坩堝結構，用于熔化UO₂/ZrO₂的混合物。該冷坩堝在應用于研究堆芯熔融物熔池傳熱現象中會產生以下問題：1. 無法測量出熔池在半球形邊界上不同極角處的熱流密度；2.坩堝為圓柱形狀不能形成半球形熔池。不滿能解決芯熔融物熔池技術特征2和特征3。