[发明专利]一种棒状燃料源项释放特性研究实验装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种棒状燃料源项释放特性研究实验装置及其使用方法，所述实验装置包括驱动机构、燃料棒和惰化室；所述惰化室内设置有电磁冷坩埚，所述电磁冷坩埚内设置有非放原型熔融物，通过加热使电磁冷坩埚内形成熔融池；所述燃料棒为可拆卸式的中空结构，所述燃料棒内装载有非放原型熔融物和源项；所述驱动机构上设置有驱动导杆，通过驱动导杆用于夹紧燃料棒将燃料棒插入熔融池内。本发明所述实验装置不带放射性，并且接近真实的释放环境，同时可控制源项反应温度和释放时间，并易于操作。

技术领域

本发明涉及严重事故实验技术领域，具体涉及一种棒状燃料源项释放特性研究实验装置及其使用方法。

背景技术

与非核的工业设施事故相比，核反应堆严重事故的特殊性在于放射性裂变产物(源项)可能释放到环境并产生放射性后果。核反应堆产生的源项主要积聚在燃料芯块与包壳的间隙，以及燃料芯块的晶间中。当核反应堆发生严重事故后，堆芯得不到冷却，在衰变热的作用下，燃料元件包壳会发生破损，间隙中的源项会迅速释放。随着温度进一步升高，燃料芯块发生熔化，晶间的易挥发性元素会快速释放出来，不易挥发元素随着熔化芯块进入熔融池，在熔融池中发生迁移释放。源项的释放量是堆芯严重事故缓解控制措施的基础性关键参数，目前大多采用理论估算源项释放量来做反应堆的安全评价，具有一定的不确定性。而实验研究因为燃料元件和源项都带有放射性，难以采用原型燃料元件开展源项释放实验研究。采用非放燃料元件和非放源项，又难以模拟源项的释放过程。因此亟需创新源项释放特性研究的实验方法。

目前针对严重事故燃料棒中源项释放特性研究的实验方法，国际上主要有两种，一种采用乏燃料元件，直接熔化乏燃料元件，研究燃料元件熔化过程中源项的释放特性，该实验方法带有放射性，使得实验研究受到较大局限性；另一种方法采用非放燃料元件同位素粉末(UO₂、ZrO₂、Zr、不锈钢等)与难挥发非放源项粉末(Mo、Ru、La₂O₃、CeO₂、SrCO₃、BaO₂等)混合，然后一起熔化，研究难挥发性源项的释放特性，该方法仅能研究难挥发性源项在严重事故中的释放特性。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种不带放射性，并且接近真实的释放环境，同时可控制源项反应温度和释放时间，并易于操作的装置及其使用方法，以解决现有针对严重事故燃料棒中源项释放特性研究的缺陷。

本发明通过下述技术方案实现：

一种棒状燃料源项释放特性研究实验装置，包括驱动机构、燃料棒和惰化室；

所述惰化室内设置有电磁冷坩埚，所述电磁冷坩埚内设置有非放原型熔融物，通过加热使电磁冷坩埚内形成熔融池；

所述燃料棒为可拆卸式的中空结构，所述燃料棒内装载有非放原型熔融物和源项；

所述驱动机构上设置有驱动导杆，通过驱动导杆用于夹紧燃料棒将燃料棒插入熔融池内。

本发明所述燃料棒为可拆卸式的中空结构，可根据研究需要装载一定比例的非放原型熔融物和源项，为研究不同源项释放特性提供前提条件；所述驱动机构，可控制燃料棒的插入温度和插入时间，可为研究不同温度条件下源项释放特性提供手；所述熔融池由非放原型熔融(²³⁸UO₂、ZrO₂、Zr、不锈钢等)物通过电磁冷坩埚技术熔化形成，最高温度可达3000℃，可为释放后的源项提供反应场所；燃料棒插入熔融池后，熔融池对燃料棒进行加热，封存在燃料棒中的熔融物和源项发生相互作用，待燃料棒破损后，相互作用后的熔融物和源项释放出来；所述惰化室为熔融池的形成过程和燃料棒在熔融池加热破损过程提供惰化环境，并可防止高温熔融池以及源项释放到环境中。