[发明专利]模拟核反应堆堆芯熔化后堆内熔融物滞留的实验装置及方法

权利要求书

1.模拟核反应堆堆芯熔化后堆内熔融物滞留的实验装置，其特征在于，包括石英玻璃筒体、加热装置和数据测量系统；

石英玻璃筒体包括内部半球形实验段（3）和外部竖直玻璃筒（4），半球形实验段（3）和竖直玻璃筒（4）上部通过焊接成为一体；竖直玻璃筒（4）上部的侧壁上设置有实验段入口（1），实验段入口（1）相对的竖直玻璃筒（4）壁上设置有实验段出口（9）；实验段入口（1）和实验段出口（9）均贯通内外石英玻璃筒体与半球形实验段（3）相连通，并且，实验段入口（1）在竖直高度上高于实验段出口（9）；在半球形实验段（3）上方设置有上法兰（5），竖直玻璃筒（4）下方设置有下法兰（16），上法兰（5）和下法兰（16）通过若干组不锈钢螺纹杆与石英玻璃筒体紧固，实现实验装置的密封；

加热装置包括设置在石英玻璃筒体内的半球形铜球壳（2）、安装在半球形铜球壳（2）上的铜球壳盖板（11），还包括支承柱（6）和导线接线管（7）；若干个加热丝（22）的形状呈螺旋状并均匀内嵌于半球形铜球壳（2）内；在铜球壳盖板（11）与半球形铜球壳（2）形成的半球形腔体内填充有陶瓷填料；导线接线管（7）穿过上法兰（5）与铜球壳盖板（11）相连；若干个加热丝22的导线通过导线接线管（7）引出；支承柱（6）上设有外螺纹，其与上法兰（5）；

数据测量系统包括流量计、真空表（20）和若干组热电偶（23）；其中，流量计用于测量进入半球形实验段（3）内的水流量，真空表（20）用于测量半球形实验段（3）与竖直玻璃筒（4）之间的真空度，若干组热电偶（23）用于测量半球形实验段（3）内的温度场。

2.根据权利要求1所述的模拟核反应堆堆芯熔化后堆内熔融物滞留的实验装置，其特征在于，在半球形实验段（3）下方的竖直玻璃筒（4）壁上设置有真空表接管（12），其相对的竖直玻璃筒（4）壁上设置有真空泵接管（13），分别连接真空表（20）与真空泵。

3.根据权利要求1所述的模拟核反应堆堆芯熔化后堆内熔融物滞留的实验装置，其特征在于，若干组热电偶（23）周向设置在半球形铜球壳（2）的内壁孔上；其中，每组细孔由两个深度不同的孔组成，孔与孔之间的距离小于或等于1.5mm；若干组热电偶（23）的信号线通过穿过上法兰（5）的信号线接线管8引出。

4.根据权利要求1所述的模拟核反应堆堆芯熔化后堆内熔融物滞留的实验装置，其特征在于，半球形铜球壳（2）的材质为黄铜，铜球壳盖板（11）的材质为不锈钢。

5.根据权利要求1所述的模拟核反应堆堆芯熔化后堆内熔融物滞留的实验装置，其特征在于，半球形实验段（3）和竖直玻璃筒（4）之间的真空度为1千帕～5千帕。

6.根据权利要求1所述的模拟核反应堆堆芯熔化后堆内熔融物滞留的实验装置，其特征在于，下法兰（16）中心设置有圆孔，该圆孔的孔径小于或等于竖直玻璃筒（4）下方内径，在竖直玻璃筒（4）下方与下法兰（16）之间设置有与竖直玻璃筒（4）下方外径相同的有机玻璃板（14），该有机玻璃板（14）内嵌在下法兰（16）的凹槽内；在有机玻璃板（14）与竖直玻璃筒（4）下方之间还设置有第一O型密封圈（15），在上法兰（5）与竖直玻璃筒（4）上方之间设置有第二O型密封圈（17）；上法兰（5）和下法兰（16）的材质均为不锈钢。

7.根据权利要求1所述的模拟核反应堆堆芯熔化后堆内熔融物滞留的实验装置，其特征在于，半球形铜球壳（2）与半球形实验段（3）的间距为5mm。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的模拟核反应堆堆芯熔化后堆内熔融物滞留的实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：先用真空泵将石英玻璃筒体的两层玻璃之间抽成负压状态；通过旋转支承柱（6）顶端的手柄通过滚动轴承（10）实现半球形铜球壳（2）的升降，将半球形铜球壳（2）与半球形实验段（3）之间的距离保持在5mm；水从实验段入口（1）流入半球形实验段（3），通过实验段出口9流出实验段；接通电源通过加热丝（22）对半球形实验段（3）内的水进行加热，用热电偶（23）测量半球形铜球壳（2）内的温度和热流密度。