[实用新型]锆合金燃料包壳材料样品悬挂器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可在反应堆外模拟LOCA工况下锆合金燃料包壳材料高温氧化试验中悬挂锆合金燃料包壳材料样品的悬挂器。

背景技术

LOCA（Loss Of Coolant Accident）是核电厂反应堆运行过程中最严重的事故，该事故是由于反应堆一回路失水，反应堆压力容器内压力迅速下降，导致安注系统启动，向堆内注水，以冷却温度快速升高的堆心。LOCA工况下，堆内冷却水会很快漏完，即使安注系统的注水会带走部分余热，活性区的水位仍会不断下降，这致使包壳温度上升并达到第一个温度峰值。在高压储水罐和低压注水泵相继启动后，水位开始上升并达到活性区的下端，这时包壳温度开始有所下降，但由于冷却不良及裂变热会使包壳的温度进一步升高，接着，水位继续升高直到活性区完全淹没。衰变热及汽水反应热的联合作用，造成此阶段包壳温度升高，并达到第二个峰值，即失水事故中包壳最高温度。此后由于冷却条件的逐步改善而使包壳温度逐步降低。

LOCA工况下，由于反应堆压力容器内压力迅速下降，当温度超过600℃时，在锆合金燃料包壳内压的作用下，会发生肿胀，甚至破裂，这可能会导致冷却剂通道的部分堵塞。而当温度升高到850℃时，锆合金会发生放热的锆水反应，使包壳外表面氧化膜厚度迅速增加，高温还会加速氧通过氧化膜向金属基体的扩散过程，并形成具有一定厚度的脆性Zr-O固溶体层，从而影响了基体的力学性能；同时，该反应还会形成具有爆炸性的氢气。当开始向裸露的堆芯注水时，包壳的骤冷会对高温材料带来一热冲击，该过程相当于对包壳实施淬火处理，如果此时材料由于氧化而失去延展性变脆，就会直接导致包壳破裂，造成放射性裂变产物的释放。

LOCA工况下包壳破裂会导致严重的后果，所以各国对失水事故下包壳行为进行了大量的研究和计算，并对包壳峰值温度、最大总氧化量和最大锆水反应量做了规定。美国核管会（NRC）制定了LOCA相关的燃料安全性标准，基于Hobson的圆环压缩测试[[1]]制定的安全标准边界为：（1）燃料包壳最高温度不能超过1204℃；（2）燃料包壳最大的总氧化量不应超过包壳原始壁厚的17%。我国ECCS验收标准要求：（1）计算的燃料包壳最高温度应不超过1204℃；（2）计算的燃料包壳最大氧化量不应超过包壳原始壁厚的17%；（3）与水蒸汽或水的发生化学反应的锆不应超过堆芯包壳总重量（不包括元件棒空腔部分的重量）的1%。

如果用堆内实验获得锆合金燃料包壳材料在LOCA工况下的行为，不仅技术复杂，而且耗费较大。因此采用反应堆外模拟技术及装置，获得锆合金燃料包壳材料在LOCA工况下的高温的氧化数据具有重要意义。通常，反应堆外模拟LOCA工况下锆合金燃料包壳材料高温氧化试验条件为：湿度为90%的水蒸气+高纯Ar气，温度为800℃~1024℃。如图1所示，进行试验时，采用Pt丝挂钩来悬挂锆合金燃料包壳材料样品悬挂。采用该挂钩的不足是，在1000℃、水蒸气环境下，Pt丝挂钩很容易软化或断裂，导致样品坠落。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制作简单、适于在反应堆外模拟LOCA工况下锆合金燃料包壳材料高温氧化试验中使用而不易软化或断裂的锆合金燃料包壳材料样品悬挂器。

为解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种锆合金燃料包壳材料样品悬挂器，锆合金燃料包壳材料样品的相对二侧分别设有连接孔，所述悬挂器包括由石英制成的悬挂杆、由陶瓷制成的连接杆，悬挂杆包括沿竖直方向延伸的杆本体以及分别形成在杆本体上下两端部的上连接耳和下连接耳，上连接耳用于将悬挂杆与除了悬挂杆之外的装置连接，连接杆依次穿过位于锆合金燃料包壳材料样品的一侧的连接孔、下连接耳以及位于锆合金燃料包壳材料样品的另一相对侧的连接孔设置。

进一步地，所述的连接孔位于锆合金燃料包壳材料样品的上端部上。所述的连接杆水平设置。优选地，所述的连接杆的两端分别伸出连接孔。

进一步地，所述的上连接耳和下连接耳的中心位置分别具有上耳孔和下耳孔。上连接耳和下连接耳的截面均为圆环形。所述上耳孔和下耳孔的内径分别为2~3mm、外径分别分为4~6mm。

根据一个具体方面，所述的杆本体的长度为60~70mm。所述的杆本体的厚度为3~5mm。

进一步地，所述的悬挂器还可以包括一端部与上连接耳连接的铂丝，该铂丝的另一端部用于将悬挂器与除了悬挂器之外的装置连接。

由于以上技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：