[實用新型]控氧液態鉛鉍腐蝕和離子輻照協作研究實驗裝置

有效

• 申請號: 201820837310.2
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN208847634U
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 姚存峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李坤

本公開提供了一種控氧液態鉛鉍腐蝕和離子輻照協作研究實驗裝置，包括離子束傳輸系統、樣品腔和液態鉛鉍回路系統，樣品腔分別與離子束傳輸系統和液態鉛鉍回路系統連接；液態鉛鉍回路系統包括液態鉛鉍熔化罐、Ar系統、真空系統和經過第一液態鉛鉍閥門后構成的三條支路回路管道。本公開能夠在不同氧濃度的條件下進行液態鉛鉍腐蝕和離子輻照相結合的研究實驗，有利于進行不同氧濃度的條件下液態鉛鉍腐蝕材料及金屬流體流動性實驗研究。

技術領域

本公開涉及液態鉛鉍腐蝕和離子輻照環境中的材料性能測試實驗設備技術領域，尤其涉及一種控氧液態鉛鉍腐蝕和離子輻照協作研究實驗裝置。

背景技術

液態鉛鉍共晶(LBE)具有良好的中子學、物理及化學性能，是目前公認的鉛基冷卻反應堆(LFR)和加速器驅動次臨界系統(ADS)首選冷卻劑材料，同時也是一種重要的ADS散裂靶材料。服役于LBE作為冷卻劑或散裂靶的先進核能系統中的結構材料面臨的工況條件非常惡劣，不僅由高溫、強輻照，而且還有液態鉛鉍引起的強腐蝕。液態鉛鉍對金屬基結構材料的腐蝕行為主要分為氧化腐蝕和溶解腐蝕，均與液態鉛鉍中溶解的氧濃度有關。在高氧(＞10^-6wt％)環境中，金屬基結構材料內部的金屬原子向外擴散、O離子向內擴散，在材料的表面會形成金屬氧化層，氧化層長到一定的厚度容易發生脫落，進而增加管道堵塞上風險。在低氧 (＜10^-8wt％)環境中，金屬材料Fe、Ni及Cr元素會大量溶解于腐蝕介質，造成結構元件質量損失，從而降低材料的機械負荷能力。基于控氧技術的發展，通過精確控制液態鉛鉍中溶解氧濃度，使之在材料表面形成一層致密、厚度適中金屬氧化物層，可以有效防止或延緩液態鉛鉍腐蝕。在中子輻射環境中，結構材料和表面氧化層內部會產生的輻照缺陷(間隙子和空位)，由于輻照增強擴散效應，過飽和的缺陷會導致金屬基體中合金元素的擴散系數大大增加。此外，輻照形成的高密度的位錯結構被認為是一種金屬離子和O離子擴散的快速通道，因此可以預見的是，中子輻照和液態鉛鉍腐蝕在材料中存在一定的協同效應。該協同作用效應是作為此類核能裝置設計與建設中具有很高優先權的關鍵問題之一而備受重視，但目前對中子輻照/液態鉛鉍腐蝕協同效應的研究很少，所取得的實驗數據也非常有限，其中部分原因是由于相關實驗裝置的缺乏。中國專利2013106302246 提到一種離子輻照和液態鉛鉍腐蝕協同作用研究實驗裝置，雖然基本實現了輻照與液態鉛鉍腐蝕協同效應研究，但缺乏液態鉛鉍氧濃度控制系統，一般只能進行飽和氧濃度條件下的協同效應研究。此外，目前的液態鉛鉍回路一般還缺少必要的流體壓力檢測系統，實驗功能相對單一。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種控氧液態鉛鉍腐蝕和離子輻照協作研究實驗裝置，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種控氧液態鉛鉍腐蝕和離子輻照協作研究實驗裝置包括：液態鉛鉍回路系統、離子束傳輸系統、樣品腔及應急安全系統；液態鉛鉍回路系統包括：液態鉛鉍熔化罐、液態鉛鉍儲存罐、氧濃度控制室、液態鉛鉍屏蔽泵、電磁流量計、液態鉛鉍流量刻度罐、換熱器、液態鉛鉍閥門組件及壓力傳感器組件、測溫探頭、Ar氣系統及真空系統；離子束傳輸系統包括：電磁掃描設備、真空管道、真空泵、束流探測器、離子束斑探測器、快速相應閥門、液態鉛鉍泄漏罐及液態鉛鉍探測器；樣品腔包括：實驗樣品、測溫探頭；液態鉛鉍回路系統、離子束傳輸系統通過樣品腔連接成一體。