[發明專利]核反應堆板型燃料溪狀流熔化遷移行為實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202011202471.2
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112331371B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 張亞培;葛魁;蘇光輝;邢繼;田文喜;秋穗正
• 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

本發明公開了一種核反應堆板型燃料溪狀流熔化遷移行為實驗裝置及方法，該裝置包括加熱爐、激光裝置、支撐座、板型燃料模擬件、真空泵、控制系統。加熱爐內部恒溫區最高溫度可達600℃，側壁面開有透明視窗；激光裝置分為激光發射裝置和激光接收裝置。支撐座用于固定板型燃料模擬件，并調整其角度；板型燃料模擬件由存在開孔的包殼和芯體組成；真空泵用于將加熱爐抽真空；控制系統與熱電偶、加熱爐、激光測速裝置相連，可根據加熱爐恒溫區升溫速率調整加熱爐功率，記錄板型燃料模擬件升溫速率、芯體發生熔化的時間，記錄溪狀流流動形態，計算溪狀流流速。實驗裝置能夠研究板型燃料的熔化行為以及不同包殼開孔尺寸、形狀下的熔融物溪狀流遷移特性。

技術領域

本發明屬于核反應堆板型燃料溪狀流熔化遷移行為實驗技術領域，具體涉及一種核反應堆板型燃料溪狀流熔化遷移行為實驗裝置及實驗方法。

背景技術

核反應堆板型燃料由芯體、框架和上下包殼板組成，具有傳熱特性良好，熱穩定性好等優點，可以大幅度提高堆芯的功率體積比。但是相關實驗研究表明，當核電廠發生事故時，如果處理不及時，板型燃料也會發生熔化，導致嚴重事故。而目前國內外對嚴重事故下板型燃料的行為研究較少。

由于板型燃料的芯體可能先于包殼熔化，當包殼由于輻照脆化、鼓泡、熱應力等原因存在破口時，芯體熔融物會由破口流出，向堆芯下部遷移，形成了一種特殊的溪狀流熔化遷移現象。熔融物的熔化遷移會影響堆芯內衰變熱分布，導致流道堵塞，可能形成堆內熔池，對反應堆安全性造成威脅。因此，有必要對板型燃料溪狀流熔化遷移行為進行實驗研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種核反應堆板型燃料溪狀流熔化遷移行為實驗裝置及實驗方法，研究板型燃料的熔化行為以及不同包殼開孔尺寸、形狀下的熔融物溪狀流遷移特性，基于實驗結果可以開發相應的機理模型，為板型燃料反應堆嚴重事故緩解措施的制定提供參考。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種核反應堆板型燃料溪狀流熔化遷移行為實驗裝置，包括加熱爐1，加熱爐1殼體從內向外依次由內部加熱層2、中間保溫層3和外殼4組成，加熱爐(1)殼體兩側開有耐高溫石英玻璃視窗5；加熱爐1內部存在溫度穩定的恒溫區6；支撐座7和板型燃料模擬件8放置于恒溫區6；恒溫區6內安裝有K型熱電偶9；支撐座7由底座10以及通過螺栓11連接在底座(10)上的可旋轉固定架12組成；板型燃料模擬件8放置于支撐座7內，由下包殼13、存在開孔14的上包殼15、位于下包殼(13)和上包殼(15)端部間的中間格架16以及位于下包殼(13)、上包殼(15)和中間格架(16)間的芯體17組成，上包殼15表面貼有K型熱電偶絲18，板型燃料模擬件8熔化后熔融物19從開孔14流出；激光裝置分為激光發射裝置20和激光接收裝置21，激光發射裝置20和激光接收裝置21分別放置于加熱爐1兩側，由激光發射裝置20射出的激光束22透過耐高溫石英玻璃視窗5穿過熔融物遷移路徑到達激光接收裝置21；熔融物19溪狀流動過程中會阻斷激光，也會流出激光束流道，激光接收裝置21可以探測得到被阻斷的激光束22的位置及阻斷時間點；真空泵23通過第一排氣管道24將加熱爐1內的氣體抽向儲氣罐25；排氣管道24上安裝有球閥26；加熱爐1通過安全閥27與儲氣罐25相連；使用氬氣瓶28通過充氣管道29向加熱爐1充氬氣，氬氣瓶出口有減壓閥30，充氣管道29上安裝有球閥26；充氣管道中間設置緩沖罐31；K型熱電偶9、K型熱電偶絲18、激光接收裝置21、加熱爐1與控制系統32相連；控制系統32可根據K型熱電偶9測得的加熱爐1內溫度上升速率調整加熱爐1功率，還可記錄板型燃料模擬件8的溫度，還可通過熔融物19阻斷激光束22的時間點、流出激光束22光道的時間點、被阻斷的激光束22的位置、重新到達激光接收裝置21的激光束的位置計算熔融物19溪狀流遷移形態、速度以及厚度；加熱爐1裝有壓力表33，可檢測加熱爐1內壓力；儲氣罐25通過安裝有球閥26的第二排氣管道34和安裝有安全閥27的泄壓管道35與外界環境相連通；實驗裝置能夠研究不同傾角的核反應堆板型燃料模擬件的芯體17的熔化特性以及不同開孔14尺寸、形狀下的熔融物19溪狀流厚度、流速等遷移特性。