[發(fā)明專利]模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評估的實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610089338.8
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105575446B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王榮山;柏廣海;張晏瑋;耿建橋;劉二偉;郭立江;杜晨曦
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州熱工研究院有限公司;中國廣核集團(tuán)有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司32103
• 代理人: 孫仿衛(wèi),汪青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評估的實驗裝置，特別涉及一種模擬LOCA工況發(fā)生時在高溫水蒸氣氧化及淬火中用于評估核燃料包殼性能的實驗裝置。

背景技術(shù)

核燃料包殼管為核燃料芯塊外面的一層保護(hù)層，它保護(hù)燃料芯塊不受冷卻劑的侵蝕，避免燃料中裂變產(chǎn)物外泄，使冷卻劑免受污染，同時還能保持燃料元件的幾何形狀并使之有足夠的剛度和機(jī)械強(qiáng)度。包殼是反應(yīng)堆中工況最苛刻的重要部件。其工況條件為其包容核燃料，承受高溫高壓和強(qiáng)烈的中子輻射，受裂變氣體壓力、腐蝕、燃料腫脹、吸氫致脆等危害，受冷卻劑壓力、沖刷、振動和腐蝕以及氫脆等威脅。因此核燃料包殼管的性能十分重要，關(guān)系到核電站的安全。

LOCA為反應(yīng)堆運(yùn)行過程中非常嚴(yán)重的事故，該事故發(fā)生主要由以下原因引起的：一回路一根管道或輔助系統(tǒng)的管道破裂；一回路或輔助系統(tǒng)管道的閥門意外打開或不能關(guān)閉；輸送一回路介質(zhì)的泵的軸封或閥桿泄露。LOCA事故發(fā)生時反應(yīng)堆失去一回路冷卻劑，堆芯冷卻不良導(dǎo)致包殼溫度快速升高，使其氧化速率加快，造成包殼材料氧化膜厚度快速增加。在LOCA的后期，大量的水注入反應(yīng)堆活性區(qū)，使包殼材料溫度快速下降，可以認(rèn)為該過程是對包殼材料的淬火，如果包殼材料沒有足夠的抗沖擊能力便會發(fā)生破裂，導(dǎo)致放射性裂變產(chǎn)物釋放，對反應(yīng)堆的安全構(gòu)成威脅。

如果用堆內(nèi)實驗獲得燃料包殼材料在LOCA工況下的行為，不僅技術(shù)復(fù)雜，而且耗費(fèi)較大。因此，基本上采用反應(yīng)堆外模擬技術(shù)及裝置來評估燃料核燃料包殼管的性能。目前，進(jìn)行模擬LOCA工況下包殼行為的裝置較少，大部分為了利于控溫采取外部加熱的方式，該方式與LOCA真實工況不相符合，不能夠更加真實的反應(yīng)工況下材料的性能。同時，一部分實驗裝置在加熱過程中核燃料包殼管不能自由膨脹，因此燃料核燃料包殼管在整個試驗過程中承受了一定的外力，這將對試驗結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，不能準(zhǔn)確的反應(yīng)材料的真實性能，還有一部分實驗裝置在加熱過程中核燃料包殼管能夠自由膨脹，但其存在了膨脹后變彎的問題，無法使得包殼管能夠自由伸縮，更準(zhǔn)確的測試材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評估的實驗裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評估的實驗裝置，其包括：

用于容納核燃料包殼管的型腔，該型腔包括通過密封件分隔形成的位于上下兩端的真空腔和位于中部的淬火腔，在密封件上設(shè)有通孔，核燃料包殼管至少有兩節(jié)，每兩節(jié)之間通過連接件相密封連接，且多節(jié)核燃料包殼管中有一節(jié)為尺寸滿足實驗需求的實驗管，在相連接后的多節(jié)核燃料包殼管的上下兩端部分別穿過相對應(yīng)端部的通孔、并分別位于上下兩端的真空腔內(nèi)，其中連接件的兩端部分別能夠滑動地設(shè)置在核燃料包殼管內(nèi)，且在連接件上開設(shè)有連接孔，實驗管在受熱膨脹后能夠自由伸縮；

用于密封相連接后的多節(jié)核燃料包殼管兩端部的上封頭和下封頭，且分別在上封頭和下封頭上開設(shè)有上孔和下孔；

加熱裝置，其包括兩端部分別穿入上孔和下孔中、且位于連接孔中的發(fā)熱體，上封頭和下封頭、以及連接件將發(fā)熱體與核燃料包殼管的內(nèi)壁絕緣隔開。

優(yōu)選地，連接件、上封頭和下封頭的材質(zhì)相同，均為石英、陶瓷或碳化硼中的一種。其中材質(zhì)碳化硼最佳，便于連接件的加工成型。

優(yōu)選地，發(fā)熱體的兩端部分別伸出上封頭和下封頭，加熱裝置還包括分別連接在發(fā)熱體兩端部的電極。

進(jìn)一步的，電極的材質(zhì)為銅。

進(jìn)一步的，加熱裝置還包括分別設(shè)置在真空腔內(nèi)、用于將電極與真空腔相絕緣的絕緣層。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施和優(yōu)選方面，相連接后的多節(jié)核燃料包殼管豎直位于型腔的中部，且在下封頭的底部還設(shè)有用于支撐所述發(fā)熱體的支撐塊，該支撐塊為絕緣體。

優(yōu)選地，上孔、下孔、連接孔的中心位于同一條直線上，所述的發(fā)熱體位于相連接后的多節(jié)所述核燃料包殼管的中部。

優(yōu)選地，核燃料包殼管有兩節(jié)，實驗管位于下方，當(dāng)對實驗管進(jìn)行淬火處理時，位于淬火腔內(nèi)的淬火液的液位處于連接件的下方。防止淬火液滲進(jìn)實驗管的內(nèi)部。

根據(jù)本發(fā)明的又一個具體實施和優(yōu)選方面，實驗裝置還包括氣體保護(hù)裝置，該氣體保護(hù)裝置包括保護(hù)氣體存儲器；分別向真空腔、淬火腔、以及核燃料包殼管內(nèi)通入保護(hù)氣體的管道；以及控制閥。

此外， 密封件為水冷密封件，相連接后的多節(jié)核燃料包殼管的上下兩端部分別與通孔由石墨密封圈進(jìn)行密封。