[发明专利]加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高温熔盐同步辐射原位测试样品的加热装置。

背景技术

氟盐在核能研发中具有重要用途。例如，氟盐因其作为熔盐反应堆的燃料和热载体而在该堆型中处于核心地位。此外，氟盐还可在核废料的高温化学处理、高温反应堆的冷却和高温反应堆至制氢工厂的传热中发挥难以替代的作用。

核能混合氟盐通常工作在650-1000℃的高温段，其成分和结构对其热效率、物理化学性质、中子慢化和吸收特性以及对容器、管道的腐蚀性均具有重要影响。为此，我们需要通过一些高温原位测试手段对其进行表征。

第三代同步辐射光源因具有亮度高、准直性好和穿透性强等优势特别适于原位测试，能为以混合氟盐为代表的熔盐研究提供优越的实验平台，如X射线精细结构吸收谱(XAFS)用于研究熔盐混合物中离子种类和结构的表征(f电子与化合价态，局部结构，包括配位数、键长、键角和离子间距等，成分、温度和氧化态对熔盐性质的影响等)；X射线衍射用于不同温度下的熔盐相变和结构表征；小角X射线散射(SAXS)用于表征高温熔体的网络结构、熔体中结晶团粒结构粒度和形状及其演化；X射线非弹性散射技术用于探测熔盐的能带结构等。

此外，对于同族的氯化盐、溴化盐和碘化盐以及碳酸盐和硅酸盐等高温熔体的研究同样对高温同步辐射原位测试技术有着强烈的需求，包括地球化学学科中的水热流体中金属的种类形成和矿物溶解度，矿床研究和勘查和地热系统研究，以及化学工程系统(如金属熔盐电解冶炼和精炼，湿法冶金，以熔盐为电解质的燃料电池和蓄电池)、生物/环境研究等。例如，获得水热流体中金属复合物的化学计量和稳定性信息是理解水热系统中金属的溶解、传输和沉淀过程的前提。

高温熔盐同步辐射原位测试面临的挑战包括高达1000℃的高温、强烈的熔盐腐蚀、吸湿、熔体挥发和狭小的测试空间限制等，因此要求实验装置尽可能地小巧并具有高效的加热和冷却系统以及高气密性。

法国研究小组(A.Rollet，C.Bessada，Y.Auger，P.Melin，M.Gailhanou，D.Thiaudiere，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B，Vol.226，2004，第447-452页)首先研究出由热解氮化硼制成的熔盐样品池，成功解决了熔盐容器和安全测试问题。热解氮化硼能够耐熔盐腐蚀，并且具有高纯度、低孔隙度和高热导率的优点，将其加工成中心部位为薄壁盲孔的夹持片后能为熔盐样品圆片提供良好的密闭气氛保护和温度均匀分布的测试条件。外热式加热装置被用于加热样品，测试时首先将装有样品圆片的样品池放入管式真空炉中，再将管式真空炉置于加热装置中加热，也就是说，该加热装置的体积必须大于管式真空炉的体积，因而导致加热装置较为庞大，并且由加热装置的电阻丝发出的热量在传递至样品圆片的过程中将会受到管式真空管的阻碍，因此加热效率较为低下。另外，适用于外热式加热装置的管式真空炉通常内部空间比较小，不利于样品更换和部件维修。

日本的研究小组(H.Matsu ura，S.Watanabe，H.Akatsuka，Y.Okamoto，A.K.Adya，Journal of Fluorine Chemistry，Vol.130，2009，第53-60页)采用内热式加热装置对样品池中的样品圆片进行加热，该加热装置包括由Pt-Rh20％合金制成的电阻丝缠绕的两个氧化铝加热板，该加热板与样品池垂直地设置，将样品池夹在中间，然后整体置于桶状真空炉中，多孔氧化铝/氧化硅填充于加热装置和真空炉内壁之间辅助隔热，保证真空炉外窗的工作温度和环境温度低于安全值。这种内热式加热装置较为小巧，而适用于内热式加热装置的真空炉通常容积较大，加热装置与真空炉内壁之间尚有较大空间，易于更换样品和维修部件。但是，由于加热板与样品池垂直设置，容易造成加热不均匀，加热效率低，能耗高。

发明内容

本发明的目的是提供一种加热装置，用于加热高温熔盐同步辐射原位测试样品，该加热装置结构紧凑，体积小巧，加热均匀高效，降低能耗。

基于上述目的，本发明所采用的技术方案为：