[發明專利]研究核反應堆嚴重事故下熔融物分層現象的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202010634200.8
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111785401B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 李根;李玉鵬;高金辰;嚴俊杰;陳偉雄;王進仕
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: 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

一種研究核反應堆嚴重事故下熔融物分層現象的實驗裝置及方法，該裝置包括熔融物制備裝置和分層裝置，采用易于獲取的三元鹽和金屬錫分別模擬反應堆嚴重事故下的金屬物和氧化物。在熔融物制備裝置內采用石墨坩堝來提供高溫環境，同時在石墨坩堝內布置了耐高溫的氧化鎂坩堝，通過提升與熔融物釋放裝置連接的坩堝塞子，使熔融物沿著制備裝置下部的導流桿釋放到分層裝置內；分層裝置中放有氧化鎂坩堝和電磁屏蔽裝置，在熔融物分層過程中對三元鹽模擬的金屬層進行了電磁屏蔽，僅對錫模擬的氧化層進行電磁感應加熱，可以有效地模擬嚴重事故下氧化熔融物的衰變熱。通過熔融物在分層裝置內維持不同溫度和不同時間，至冷卻后觀察熔融物的分層形態。

技術領域

本發明涉及的是一種核工業研究領域的技術，具體是一種能夠為核反應堆嚴重事故下熔融物分層行為的研究提供實驗數據的有效且可靠的實驗裝置。

背景技術

隨著我國核電事業的快速發展，核電安全也受到越來越大的關注。日本福島核事故是繼美國三哩島和蘇聯切爾諾貝利核事故之后的又一次堆芯熔融嚴重事故，這給我國核電安全敲響了警鐘。日本福島核電廠事故之后，我國政府也高度重視核電廠安全問題，這表明加強核反應堆嚴重事故研究的重要性，這對保障我國核電安全具有重要意義。

在嚴重事故下堆芯熔化之后，熔融物會聚集在壓力容器下封頭形成熔融池。由于金屬和氧化物的密度不同，熔融物會在壓力容器下封頭內形成分層結構，該分層行為直接影響熔融物內部傳熱特性及下封頭壁面的熱流密度分布。在壓力容器失效后，熔融物會進入安全殼的堆腔中，會與堆腔中的混凝土發生相互作用(MCCI)。在對熔池進行熱工水力特性分析時，也需要考慮熔池的分層行為。國內外已經開展了很多對熔融池分層的換熱特性研究實驗，但是對熔池分層的動態過程的研究相對較少。所以為了揭示金屬與氧化物分層的機理，需要設計一套可靠有效而且能夠得到熔融物動態分層過程的實驗裝置。但是在金屬和氧化熔融物混合之后，為模擬氧化熔融物中的衰變熱，需要只對氧化熔融物進行加熱，而不對金屬熔融物進行加熱。同時反應堆原型熔融物溫度達到2000℃左右，對環境以及設備要求很高，實驗成本很高。因此我們需要一套既能夠只對分層熔體中的氧化熔融物加熱同時又在較低溫度下可以模擬原型熔融物的實驗裝置。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種研究核反應堆嚴重事故下熔融物分層現象的實驗裝置及方法，本發明對三元鹽模擬的金屬熔融物進行電磁屏蔽，僅對錫模擬的氧化熔融物進行電磁感應加熱，從而研究核反應堆嚴重事故下熔融物分層行為。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種研究核反應堆嚴重事故下熔融物分層現象的實驗裝置，所述實驗裝置能夠對核反應堆嚴重事故下熔融物分層行為的研究提供實驗數據，在熔融物分層過程中對三元鹽模擬的金屬層進行了電磁屏蔽，僅對錫模擬的熔融物氧化層進行了電磁感應加熱；所述實驗裝置包括壓力容器4，設置在壓力容器4內底部并置于坩堝架3上的分層裝置2，設置在壓力容器4內并位于分層裝置2上部的置于坩堝架3上的熔融物制備裝置1，位于熔融物制備裝置1上部的熔融物釋放裝置5；

所述熔融物制備裝置1包括用于提供高溫環境的石墨坩堝101，置于石墨坩堝101內的耐高溫、防止工質被污染的熔融物制備氧化鎂坩堝102，環繞在石墨坩堝101周圍的對工質進行加熱的感應線圈103，設置在石墨坩堝101底部連通熔融物制備氧化鎂坩堝102 內腔室并伸入分層裝置2中用于引流的導流桿104，設置在熔融物制備氧化鎂坩堝102頂部的坩堝蓋105，頂部連接熔融物釋放裝置5、底部穿過坩堝蓋105并置于熔融物制備氧化鎂坩堝102內用于堵塞熔融物的坩堝塞子106；

所述分層裝置2包括分層氧化鎂坩堝201，置于分層氧化鎂坩堝201外側上半段用于屏蔽對三元鹽模擬的金屬層加熱的電磁屏蔽裝置202，為分層氧化鎂坩堝201整體提供加熱的感應線圈203；

所述熔融物制備裝置1中的熔融物是通過提升與熔融物釋放裝置5連接的坩堝塞子106，使之沿著導流桿104釋放至分層裝置2 的。