[发明专利]一种模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置

说明书

本发明涉及一种模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置，包括插入多层定位格架内的棒束结构，在棒束结构的中心位置设置预制乏燃料包壳，棒束结构中一部分为加热棒，加热棒围绕中心棒设置，在棒束结构中设置多层热电偶，在棒束结构的中心位置上部空缺部位设置带法兰的套筒，所述预制乏燃料包壳通过所述套筒插入棒束结构中。本发明实现了测量乏池失冷工况下乏燃料包壳温度随时间变化规律以及乏包壳在不同温度下的内压爆破强度的功能，同时能够保证预制乏包壳在进行试验操作时不损坏外层的氧化膜。

技术领域

本发明涉及核工业中乏燃料的试验模拟装置，具体涉及一种模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置。

背景技术

乏燃料水池事故工况下乏燃料棒包壳保持结构完整性对于防止大规模放射性物质释放具有重要意义，因此，需要对乏燃料包壳进行相关试验，以确定乏包壳在事故工况下的热工水力行为及性能变化，为乏池失冷事故发生后采取措施提供依据。热工水力行为试验主要获取包壳温度随事故进程的变化情况，包壳性能试验主要获取事故进程中包括包壳氧化膜、氢含量及抗内压爆破强度的变化情况。

为了进行试验，需设计一套专用装置。该装置要求能够模拟被研究棒在乏池失冷工况下的周围环境，同时还可在装置内随时进行高压爆破试验，以获取包壳在具体温度下的爆破强度。

由于乏燃料包壳的使用受到诸多限制，试验所用包壳管采用预制乏包壳，即对未经辐照的新包壳进行氧化及吸氢等预处理获得的近似乏包壳状态的包壳。预制乏包壳尺寸受到相关预制设备的限制，通常很难提供全尺寸的预制乏包壳，因此在试验装置设计过程中需要考虑被研究对象不是全尺寸的问题。此外，由于预制乏包壳表面存在一定厚度的氧化膜，氧化膜对包壳的热传导、新的氧化膜的生成及包壳机械性能都会有一定影响，同时事故后包壳的氧化膜厚度也是重要的试验结果之一，因此，在进行试验装置设计时还需考虑对氧化膜的保护，避免试验操作过程中对氧化膜造成损伤。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置，实现测量乏池失冷工况下乏燃料包壳温度随时间变化规律以及乏包壳在不同温度下的内压爆破强度的功能，同时还应能够保证预制乏包壳在进行试验操作时不损坏外层的氧化膜。

本发明的技术方案如下：一种模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置，包括插入多层定位格架内的棒束结构，在棒束结构的中心位置设置预制乏燃料包壳，棒束结构中一部分为加热棒，加热棒围绕中心棒设置，在棒束结构中设置多层热电偶，在棒束结构的中心位置上部空缺部位设置套筒，所述预制乏燃料包壳通过所述套筒插入棒束结构中。

进一步，如上所述的模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置，其中，所述棒束结构的中心棒长度较短，上方空出位置用于设置所述预制乏燃料包壳。

进一步，如上所述的模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置，其中，所述的棒束结构中一部分为空心管，用于作为棒束结构的骨架以及热电偶引线的引出。

更进一步，所述的棒束结构呈方形布置，所述空心管位于方形棒束结构的四个角。

进一步，如上所述的模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置，其中，所述的加热棒采用内置电加热丝，加热段位于加热棒的下部，上部为非加热段，电加热丝导线从加热棒的上端引出；所述加热段的长度与真实乏燃料棒的活性段长度相同。

进一步，如上所述的模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置，其中，相邻的各层定位格架之间的距离参照真实的乏燃料组件格架尺寸设计，但顶层定位格架与其下方相邻的定位格架之间的距离适当拉大，以适应所述套筒的设置。

进一步，如上所述的模拟乏池失冷工况乏包壳高温高压试验的棒束装置，其中，所述的预制乏燃料包壳插入后完全脱离所述套筒的长度范围，且不进入顶层定位格架以下的任何定位格架内。