[发明专利]用于芯轴试验的碘蒸气生成及在线检测回收系统

说明书

本发明公开了一种用于芯轴试验的碘蒸气生成及在线检测回收系统，碘颗粒置于负角度凹槽的椭圆形腔室内，腔室置于可预设温度的恒温水箱，碘颗粒升华为碘蒸气；经氩气将碘蒸气通入流动性比色皿，钨光源透过流动性比色皿通过分光光度计测的碘蒸气的吸光度；碘蒸气流经炉体后，通入亚硫酸钠溶液吸收碘蒸气，最终通过乙醇溶液判定回收是否完全。该系统可以通过设定水箱温度，改变碘升华与凝华的平衡状态，在线检测碘蒸气的吸光度计算当前工况浓度，亚硫酸钠溶液用于吸收碘蒸气，乙醇溶液检验碘蒸气回收是否完全。该系统操作简单安全，用于芯轴试验中需碘蒸气腐蚀的工况，并实现高效安全处理碘废气。

技术领域

本发明属于核燃料及材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种用于芯轴试验的碘蒸气生成及在线检测回收系统。

背景技术

燃料元件是反应堆中核裂变源的核心部件，因此对包容燃料芯体与裂变产物的元件包壳有极高的性能要求，堆外力学性能检测是反应堆核燃料元件设计必不可缺少的。

反应堆燃料芯块为UO₂，在核反应中产生裂变气体I₂，碘蒸气具有腐蚀性，作用于包壳内表面。随着燃耗的增加，易裂变核素产生的裂变气体的增加，由于芯块内温度梯度的作用发生扩散及迁移，导致芯块的辐照肿胀，芯块与包壳相互作用导致棒状燃料元件呈现竹节状变形，最大应力处为环脊状变形。

在反应堆中，锆合金的碘致应力腐蚀一直是备受关注的工程问题，在高燃耗的条件下由于包壳材料性能的下降及裂变产物量的增加，这一问题尤为突出。因此需要设计一种能够生成碘蒸气及在线监测回收的系统的芯轴试验，完成堆外力学性能测试，对研究碘致应力腐蚀具有重要的现实意义。

目前在核燃料及材料力学性能测试技术领域，国内外缺少试验装置来实现对芯轴试验的碘蒸气生成及在线检测回收系统。现有大多试验生成碘蒸气的工况由加热温度近似计算确定，并未能在线准确检测碘的浓度。

例如文献《石明华,李中奎,田锋,戴训,张建军,周军,王文生.ZN2锆合金碘致应力腐蚀[J].稀有金属材料与工程,2013,42(08):1722-1725.》详细介绍了NZ2锆合金板材在不同温度、不同浓度的碘蒸气下的力学行为，该实验系统通过控制油浴温度实现对碘蒸气工况的改变，不同温度相匹配的碘分压以数量级区分。此系统测量原理简单，可以通过油浴的加热温度实现碘的不同工况，但是精度较低，无法实现对碘蒸气浓度的在线检测，只能通过油浴温度近似计算碘的分压。

又如文献《Isabelle Schuster,Clement Lemaignan,Jacques Joseph.Testingand modelling the influence of irradiation on iodine-induced stress corrosioncracking of Zircaloy-4[J],Nuclear Engineering and Design,1995,156:343-349.》介绍了辐照碘致应力腐蚀对锆合金的影响，文章中模拟碘腐蚀的工况，是将60mg的碘颗粒直接放入试验段内。此系统碘蒸气在包壳内表面生成，可以使锆合金包壳管内表面与碘蒸气充分接触，充分暴露在碘氛围中，但是系统缺少碘浓度的在线检测，也缺少对碘废气的吸收与处理，对环境造成一定危害。

再如专利“闫萌,尹祁伟,彭倩,赵文金,梁波,王朋飞,杨忠波.一种用于锆合金I-SCC试验的碘分压装置[P].中国:201620372675.3,2016.04.28”介绍了一种碘蒸气生成的装置，油浴并未封闭，加热的实际温度仅由加热系统决定，未加装热电偶测温。当试验气流较大时，碘颗粒易被入口气体带至气体出口堵塞，碘的浓度无法实时准确测得。

发明内容