[发明专利]研究核反应堆严重事故下熔融物分层现象的实验装置及方法

说明书

一种研究核反应堆严重事故下熔融物分层现象的实验装置及方法，该装置包括熔融物制备装置和分层装置，采用易于获取的三元盐和金属锡分别模拟反应堆严重事故下的金属物和氧化物。在熔融物制备装置内采用石墨坩埚来提供高温环境，同时在石墨坩埚内布置了耐高温的氧化镁坩埚，通过提升与熔融物释放装置连接的坩埚塞子，使熔融物沿着制备装置下部的导流杆释放到分层装置内；分层装置中放有氧化镁坩埚和电磁屏蔽装置，在熔融物分层过程中对三元盐模拟的金属层进行了电磁屏蔽，仅对锡模拟的氧化层进行电磁感应加热，可以有效地模拟严重事故下氧化熔融物的衰变热。通过熔融物在分层装置内维持不同温度和不同时间，至冷却后观察熔融物的分层形态。

技术领域

本发明涉及的是一种核工业研究领域的技术，具体是一种能够为核反应堆严重事故下熔融物分层行为的研究提供实验数据的有效且可靠的实验装置。

背景技术

随着我国核电事业的快速发展，核电安全也受到越来越大的关注。日本福岛核事故是继美国三哩岛和苏联切尔诺贝利核事故之后的又一次堆芯熔融严重事故，这给我国核电安全敲响了警钟。日本福岛核电厂事故之后，我国政府也高度重视核电厂安全问题，这表明加强核反应堆严重事故研究的重要性，这对保障我国核电安全具有重要意义。

在严重事故下堆芯熔化之后，熔融物会聚集在压力容器下封头形成熔融池。由于金属和氧化物的密度不同，熔融物会在压力容器下封头内形成分层结构，该分层行为直接影响熔融物内部传热特性及下封头壁面的热流密度分布。在压力容器失效后，熔融物会进入安全壳的堆腔中，会与堆腔中的混凝土发生相互作用(MCCI)。在对熔池进行热工水力特性分析时，也需要考虑熔池的分层行为。国内外已经开展了很多对熔融池分层的换热特性研究实验，但是对熔池分层的动态过程的研究相对较少。所以为了揭示金属与氧化物分层的机理，需要设计一套可靠有效而且能够得到熔融物动态分层过程的实验装置。但是在金属和氧化熔融物混合之后，为模拟氧化熔融物中的衰变热，需要只对氧化熔融物进行加热，而不对金属熔融物进行加热。同时反应堆原型熔融物温度达到2000℃左右，对环境以及设备要求很高，实验成本很高。因此我们需要一套既能够只对分层熔体中的氧化熔融物加热同时又在较低温度下可以模拟原型熔融物的实验装置。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种研究核反应堆严重事故下熔融物分层现象的实验装置及方法，本发明对三元盐模拟的金属熔融物进行电磁屏蔽，仅对锡模拟的氧化熔融物进行电磁感应加热，从而研究核反应堆严重事故下熔融物分层行为。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种研究核反应堆严重事故下熔融物分层现象的实验装置，所述实验装置能够对核反应堆严重事故下熔融物分层行为的研究提供实验数据，在熔融物分层过程中对三元盐模拟的金属层进行了电磁屏蔽，仅对锡模拟的熔融物氧化层进行了电磁感应加热；所述实验装置包括压力容器4，设置在压力容器4内底部并置于坩埚架3上的分层装置2，设置在压力容器4内并位于分层装置2上部的置于坩埚架3上的熔融物制备装置1，位于熔融物制备装置1上部的熔融物释放装置5；

所述熔融物制备装置1包括用于提供高温环境的石墨坩埚101，置于石墨坩埚101内的耐高温、防止工质被污染的熔融物制备氧化镁坩埚102，环绕在石墨坩埚101周围的对工质进行加热的感应线圈103，设置在石墨坩埚101底部连通熔融物制备氧化镁坩埚102 内腔室并伸入分层装置2中用于引流的导流杆104，设置在熔融物制备氧化镁坩埚102顶部的坩埚盖105，顶部连接熔融物释放装置5、底部穿过坩埚盖105并置于熔融物制备氧化镁坩埚102内用于堵塞熔融物的坩埚塞子106；

所述分层装置2包括分层氧化镁坩埚201，置于分层氧化镁坩埚201外侧上半段用于屏蔽对三元盐模拟的金属层加热的电磁屏蔽装置202，为分层氧化镁坩埚201整体提供加热的感应线圈203；

所述熔融物制备装置1中的熔融物是通过提升与熔融物释放装置5连接的坩埚塞子106，使之沿着导流杆104释放至分层装置2 的。