[發明專利]鈉冷快堆嚴重事故時堆芯熔融物碎化行為的可視化實驗系統

有效

• 申請號: 201810834168.0
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109087718B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 成松柏;何利觀;王健源;朱芳萌
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明涉及一種鈉冷快堆嚴重事故時堆芯熔融物碎化行為的可視化實驗系統，包括支架、設置在支架上的溫度可控型環形電阻絲加熱爐、頂部與溫度可控型環形電阻絲加熱爐底部連接的第一高溫熔體氣動閥、頂部與第一高溫熔體氣動閥底部連接的增壓補熱管、頂部與增壓補熱管底部連接的第二高溫熔體氣動閥、設置在第二高溫熔體氣動閥下方的可視化實驗容器及設置在可視化實驗容器內的碎化產物收集器，所述可視化實驗容器采用透明材料制成。

技術領域

本發明涉及核能技術領域，更具體地，涉及一種鈉冷快堆嚴重事故時堆芯熔融物碎化行為的可視化實驗系統。

背景技術

相對于第二、三代反應堆，第四代核能系統是一種安全性更高、經濟競爭力更強、核廢物量更少以及可有效防止核擴散的先進核能系統。2001年成立的“第四代核能系統國際論壇（GIF）”共選定了六種最具發展前景的第四代反應堆堆型，其中鈉冷快堆因具有良好的增殖特性以及最為豐富的建造和運行經驗，已成為國際上第四代核能系統中的“一號種子選手”。雖然核反應堆發生嚴重事故的概率極低，但是一旦發生便可能是一場致命的、后果十分嚴重的大災難。因此，對鈉冷快堆發生堆芯解體嚴重事故的機理進行系統性研究對于預防該事故發生、減輕和減緩事故后果進而保障該堆型的長期健康發展具有至關重要的意義。國際上既往研究認為，當鈉冷快堆發生堆芯解體嚴重事故時，隨著事故的發展，堆芯熔融物可能從堆芯區域釋放出來，在冷卻劑液鈉的作用（FCI）下發生碎化（Fragmentation）從而形成固體顆粒或碎片，并最終在反應堆壓力容器底部沉降和堆積成碎片床。影響碎片床冷卻能力的因素很多，包括碎片床孔隙率、碎片大小、碎片形狀等諸多因素。通過對鈉冷快堆嚴重事故時堆芯熔融物碎化行為進行研究，闡明熔融物碎化過程和碎化機理，并獲得碎片的尺寸和形狀分布、碎片床孔隙率和滲透率等諸多物理數據，對于改進鈉冷快堆安全性評價、堆內相關安全設施的設計以及大型嚴重事故分析程序中相關物理模型的分析和驗證具有重要的意義。

REF01：發明專利《一種鈉冷快堆碎片床形成特性的實驗系統》（CN201610871371.6）公開了一種鈉冷快堆碎片床形成特性的實驗系統，包括實驗支架、顆粒容器、顆粒導管、可視化實驗容器、顆粒釋放控制器、可視化數據采集模塊、環境參數檢測模塊和衰變熱模擬發生器。該發明可用于模擬和分析鈉冷快堆堆芯解體事故過程中堆芯熔融物碎化過程完成后燃料粒子碎片床的堆積過程，但是其實驗顆粒組成是預先設定的，同時由于缺乏加熱爐、加壓和溫控等關鍵設備，因此無法對堆芯熔融物的碎化過程進行研究。

REF02：發明專利《一種熔融物與液態金屬相互作用研究的試驗系統及方法》（CN201710553099.1）公開了一種熔融物與液態金屬相互作用研究的試驗系統及方法，該系統包括儲鈉罐、回鈉罐、氬氣緩沖罐、反應容器、電磁感應加熱熔爐、油冷回路、真空泵、油冷壓縮機、油泵、液態金屬鈉過濾裝置以及管道閥門等。該發明可用于開展熔融物與液態金屬相互作用的試驗，也能用于研究熔融物在冷卻劑中的碎裂行為特性，但是由于該裝置無法對實驗過程進行可視化觀察，導致提供的實驗數據和支撐信息相對有限。同時，因液鈉化學性質活潑，使得實驗操作復雜且存在一定的安全隱患。此外，該裝置也無法對包括液柱直徑、液柱釋放形狀和釋放高度等眾多實驗參數進行研究。

REF03：發明專利《高溫熔融物釋放裝置》（CN201510012196.0）公開了一種核工業領域的熔融物釋放裝置，包括依次設置于熔融物加熱裝置下的氣動支撐機構和撞擊機構，其中撞擊機構包括與氣動支撐機構相連的管道以及固定設置于管道內部的石墨錐。該發明可以實現公斤量級高溫熔融物的釋放，但是無法對熔融物釋放速率、釋放液柱直徑和形狀等參數進行控制。此外，該發明也不涉及熔融物與冷卻劑反應容器、碎化產物收集和分析等內容。