[發明專利]用于芯軸試驗的碘蒸氣生成及在線檢測回收系統

有效

• 申請號: 201910923337.2
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110689978B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 巫英偉;郭彥華;余紅星;周毅;張坤;邢碩;張澤;蘇光輝;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C17/06
• 分類號: G21C17/06;G21C17/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種用于芯軸試驗的碘蒸氣生成及在線檢測回收系統，碘顆粒置于負角度凹槽的橢圓形腔室內，腔室置于可預設溫度的恒溫水箱，碘顆粒升華為碘蒸氣；經氬氣將碘蒸氣通入流動性比色皿，鎢光源透過流動性比色皿通過分光光度計測的碘蒸氣的吸光度；碘蒸氣流經爐體后，通入亞硫酸鈉溶液吸收碘蒸氣，最終通過乙醇溶液判定回收是否完全。該系統可以通過設定水箱溫度，改變碘升華與凝華的平衡狀態，在線檢測碘蒸氣的吸光度計算當前工況濃度，亞硫酸鈉溶液用于吸收碘蒸氣，乙醇溶液檢驗碘蒸氣回收是否完全。該系統操作簡單安全，用于芯軸試驗中需碘蒸氣腐蝕的工況，并實現高效安全處理碘廢氣。

技術領域

本發明屬于核燃料及材料力學性能測試技術領域，具體涉及一種用于芯軸試驗的碘蒸氣生成及在線檢測回收系統。

背景技術

燃料元件是反應堆中核裂變源的核心部件，因此對包容燃料芯體與裂變產物的元件包殼有極高的性能要求，堆外力學性能檢測是反應堆核燃料元件設計必不可缺少的。

反應堆燃料芯塊為UO₂，在核反應中產生裂變氣體I₂，碘蒸氣具有腐蝕性，作用于包殼內表面。隨著燃耗的增加，易裂變核素產生的裂變氣體的增加，由于芯塊內溫度梯度的作用發生擴散及遷移，導致芯塊的輻照腫脹，芯塊與包殼相互作用導致棒狀燃料元件呈現竹節狀變形，最大應力處為環脊狀變形。

在反應堆中，鋯合金的碘致應力腐蝕一直是備受關注的工程問題，在高燃耗的條件下由于包殼材料性能的下降及裂變產物量的增加，這一問題尤為突出。因此需要設計一種能夠生成碘蒸氣及在線監測回收的系統的芯軸試驗，完成堆外力學性能測試，對研究碘致應力腐蝕具有重要的現實意義。

目前在核燃料及材料力學性能測試技術領域，國內外缺少試驗裝置來實現對芯軸試驗的碘蒸氣生成及在線檢測回收系統。現有大多試驗生成碘蒸氣的工況由加熱溫度近似計算確定，并未能在線準確檢測碘的濃度。

例如文獻《石明華,李中奎,田鋒,戴訓,張建軍,周軍,王文生.ZN2鋯合金碘致應力腐蝕[J].稀有金屬材料與工程,2013,42(08):1722-1725.》詳細介紹了NZ2鋯合金板材在不同溫度、不同濃度的碘蒸氣下的力學行為，該實驗系統通過控制油浴溫度實現對碘蒸氣工況的改變，不同溫度相匹配的碘分壓以數量級區分。此系統測量原理簡單，可以通過油浴的加熱溫度實現碘的不同工況，但是精度較低，無法實現對碘蒸氣濃度的在線檢測，只能通過油浴溫度近似計算碘的分壓。

又如文獻《Isabelle Schuster,Clement Lemaignan,Jacques Joseph.Testingand modelling the influence of irradiation on iodine-induced stress corrosioncracking of Zircaloy-4[J],Nuclear Engineering and Design,1995,156:343-349.》介紹了輻照碘致應力腐蝕對鋯合金的影響，文章中模擬碘腐蝕的工況，是將60mg的碘顆粒直接放入試驗段內。此系統碘蒸氣在包殼內表面生成，可以使鋯合金包殼管內表面與碘蒸氣充分接觸，充分暴露在碘氛圍中，但是系統缺少碘濃度的在線檢測，也缺少對碘廢氣的吸收與處理，對環境造成一定危害。

再如專利“閆萌,尹祁偉,彭倩,趙文金,梁波,王朋飛,楊忠波.一種用于鋯合金I-SCC試驗的碘分壓裝置[P].中國:201620372675.3,2016.04.28”介紹了一種碘蒸氣生成的裝置，油浴并未封閉，加熱的實際溫度僅由加熱系統決定，未加裝熱電偶測溫。當試驗氣流較大時，碘顆粒易被入口氣體帶至氣體出口堵塞，碘的濃度無法實時準確測得。

發明內容