[发明专利]熔盐堆用碳素材料的熔盐浸渗实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及高温熔盐实验装置，尤其涉及一种熔盐堆(molten salt reactor,MSR)用碳素材料的熔盐浸渗实验装置。

背景技术

熔盐堆是核裂变反应堆的一种，其主冷却剂是一种熔融态的混合盐，它可以在高温下工作(可获得更高的热效率)时保持低蒸汽压，从而降低机械应力，提高安全性，并且比熔融钠冷却剂活性低。由于熔盐堆所具有的安全、高效、易于小型化、对环境影响更小等优点，其已被世界各国作为未来先进核能技术进行研究。

由于熔盐堆所使用的结构材料(主要包括合金和碳素材料两大类)需要在高温高压状态下与熔盐接触，由于熔盐的影响，材料的力学、热学性能将产生不同程度的变化，进而可能会对材料的使用寿命以及反应堆的安全性产生影响。因此，为了保证熔盐堆的安全性，必须对熔盐堆所使用结构材料的耐熔盐特性进行实验研究。

对于金属合金材料而言，通常关注的是其在高温熔盐环境下的腐蚀行为，高温熔盐腐蚀试验是了解合金耐高温熔盐腐蚀的主要技术手段。然而，目前各研究单位在做高温熔盐腐蚀实验时采用自行设计的实验装置，没有统一的行业标准及技术规范。图1显示了目前国内外常用的一种熔盐腐蚀实验装置的基本结构。该熔盐腐蚀实验在石墨坩埚内进行，样品固定安装在石墨坩埚内的石墨棒上。为保证实验在一个密闭环境中进行，将石墨坩埚置于304不锈钢制的金属罐内。实验开始前将金属罐密封焊接，实验结束，熔盐温度降温至约500℃时，将整个熔盐腐蚀实验装置倒置，使得熔盐凝固前实现熔盐与样品的分离。待温度降至室温时，再将金属罐切割打开。以上整个实验过程是在有氩气保护气的手套箱内进行，以防熔盐吸水而导致腐蚀数据不准。

对于熔盐堆所使用的碳素材料(例如核石墨、炭-炭复合材料等)而言，通常关注的是高温熔盐对碳素材料的浸渗作用，因此需要模拟熔盐堆的实际运行环境对碳素材料进行高温熔盐浸渗实验，即在特定的实验温度、压强和熔盐介质中，具有多孔材料的试样浸入熔盐一定时间后取出，测试其熔盐浸渗量的实验。目前并未有专用的熔盐浸渗实验装置被公开过，研究者在进行熔盐浸渗实验时，通常直接使用现有熔盐腐蚀实验装置，例如图1所示装置。然而，利用现有熔盐腐蚀实验装置来进行碳素材料的熔盐浸渗实验时，普遍存在以下缺点：(1)测试样品有限；(2)高温下倒置金属罐以实现熔盐与样品的分离存在危险性，且每次实验需要消耗一个金属罐，实验成本过高；(3)与合金的熔盐腐蚀特性不同，碳素材料在不同压强下会表现出不同的浸渗特性，而现有熔盐腐蚀实验装置没有气压控制系统，无法测试随着气压的变化对浸渗实验结果的影响。

综上可知，亟需一种安全有效的熔盐浸渗实验装置，能够对熔盐堆用碳素材料的熔盐浸渗特性进行准确测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种熔盐堆用碳素材料的熔盐浸渗实验装置，能够更安全方便地完成高温下熔盐与试样的分离，并可准确调节实验气压，获得更准确的实验结果。

本发明熔盐堆用碳素材料的熔盐浸渗实验装置包括：高压釜、手套箱、井式气氛炉、气路系统、吊装装置、样品升降装置；所述井式气氛炉位于手套箱下方，其炉口嵌入手套箱并通过法兰与手套箱底板密封连接；高压釜和样品升降装置位于手套箱内部；所述高压釜包括可分离的釜体和釜盖；所述样品升降装置包括升降丝杆、支撑架、旋转螺母、吊环、样品舱，其中，支撑架的底部与高压釜釜盖固定连接，其顶部通过螺纹咬合方式与旋转螺母配合并支撑旋转螺母；升降丝杆穿过高压釜釜盖，并且两者连接处动密封，升降丝杆的下端与用于装载实验样品的样品舱连接，升降丝杆的上端通过螺纹咬合方式与旋转螺母配合，通过转动旋转螺母可带动升降丝杆上下升降，从而实现高温下熔盐与实验样品的分离；吊环固定安装在支撑架上，与吊装装置配合，用于升降高压釜；手套箱上部设置有与手套箱密封相连的可视箱体，所述吊装装置安装于该可视箱体内；所述气路系统设置于手套箱外部，通过耐高温的管路与高压釜内部连通，用于调节高压釜内部气压。

进一步地，所述熔盐浸渗实验装置还包括冷却装置，用于防止高压釜的釜盖和釜体连接处在高温下密封失效，该冷却装置包括冷水机及水冷套，冷水机安装于手套箱外部，水冷套安装于所述井式气氛炉路口内壁，冷水机和水冷套通过不锈钢水管连接，形成冷却水循环回路。

优选地，升降丝杆与高压釜釜盖的连接处的动密封通过填充柔性石墨实现，从而可获得良好的动密封性能。

优选地，所述升降丝杆为底部密封的中空结构，其下端中空结构内设置有温度传感部件，从而可更准确地监测样品舱中样品的实际温度。