[发明专利]核反应堆板型燃料溪状流熔化迁移行为实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种核反应堆板型燃料溪状流熔化迁移行为实验装置及方法，该装置包括加热炉、激光装置、支撑座、板型燃料模拟件、真空泵、控制系统。加热炉内部恒温区最高温度可达600℃，侧壁面开有透明视窗；激光装置分为激光发射装置和激光接收装置。支撑座用于固定板型燃料模拟件，并调整其角度；板型燃料模拟件由存在开孔的包壳和芯体组成；真空泵用于将加热炉抽真空；控制系统与热电偶、加热炉、激光测速装置相连，可根据加热炉恒温区升温速率调整加热炉功率，记录板型燃料模拟件升温速率、芯体发生熔化的时间，记录溪状流流动形态，计算溪状流流速。实验装置能够研究板型燃料的熔化行为以及不同包壳开孔尺寸、形状下的熔融物溪状流迁移特性。

技术领域

本发明属于核反应堆板型燃料溪状流熔化迁移行为实验技术领域，具体涉及一种核反应堆板型燃料溪状流熔化迁移行为实验装置及实验方法。

背景技术

核反应堆板型燃料由芯体、框架和上下包壳板组成，具有传热特性良好，热稳定性好等优点，可以大幅度提高堆芯的功率体积比。但是相关实验研究表明，当核电厂发生事故时，如果处理不及时，板型燃料也会发生熔化，导致严重事故。而目前国内外对严重事故下板型燃料的行为研究较少。

由于板型燃料的芯体可能先于包壳熔化，当包壳由于辐照脆化、鼓泡、热应力等原因存在破口时，芯体熔融物会由破口流出，向堆芯下部迁移，形成了一种特殊的溪状流熔化迁移现象。熔融物的熔化迁移会影响堆芯内衰变热分布，导致流道堵塞，可能形成堆内熔池，对反应堆安全性造成威胁。因此，有必要对板型燃料溪状流熔化迁移行为进行实验研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核反应堆板型燃料溪状流熔化迁移行为实验装置及实验方法，研究板型燃料的熔化行为以及不同包壳开孔尺寸、形状下的熔融物溪状流迁移特性，基于实验结果可以开发相应的机理模型，为板型燃料反应堆严重事故缓解措施的制定提供参考。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种核反应堆板型燃料溪状流熔化迁移行为实验装置，包括加热炉1，加热炉1壳体从内向外依次由内部加热层2、中间保温层3和外壳4组成，加热炉(1)壳体两侧开有耐高温石英玻璃视窗5；加热炉1内部存在温度稳定的恒温区6；支撑座7和板型燃料模拟件8放置于恒温区6；恒温区6内安装有K型热电偶9；支撑座7由底座10以及通过螺栓11连接在底座(10)上的可旋转固定架12组成；板型燃料模拟件8放置于支撑座7内，由下包壳13、存在开孔14的上包壳15、位于下包壳(13)和上包壳(15)端部间的中间格架16以及位于下包壳(13)、上包壳(15)和中间格架(16)间的芯体17组成，上包壳15表面贴有K型热电偶丝18，板型燃料模拟件8熔化后熔融物19从开孔14流出；激光装置分为激光发射装置20和激光接收装置21，激光发射装置20和激光接收装置21分别放置于加热炉1两侧，由激光发射装置20射出的激光束22透过耐高温石英玻璃视窗5穿过熔融物迁移路径到达激光接收装置21；熔融物19溪状流动过程中会阻断激光，也会流出激光束流道，激光接收装置21可以探测得到被阻断的激光束22的位置及阻断时间点；真空泵23通过第一排气管道24将加热炉1内的气体抽向储气罐25；排气管道24上安装有球阀26；加热炉1通过安全阀27与储气罐25相连；使用氩气瓶28通过充气管道29向加热炉1充氩气，氩气瓶出口有减压阀30，充气管道29上安装有球阀26；充气管道中间设置缓冲罐31；K型热电偶9、K型热电偶丝18、激光接收装置21、加热炉1与控制系统32相连；控制系统32可根据K型热电偶9测得的加热炉1内温度上升速率调整加热炉1功率，还可记录板型燃料模拟件8的温度，还可通过熔融物19阻断激光束22的时间点、流出激光束22光道的时间点、被阻断的激光束22的位置、重新到达激光接收装置21的激光束的位置计算熔融物19溪状流迁移形态、速度以及厚度；加热炉1装有压力表33，可检测加热炉1内压力；储气罐25通过安装有球阀26的第二排气管道34和安装有安全阀27的泄压管道35与外界环境相连通；实验装置能够研究不同倾角的核反应堆板型燃料模拟件的芯体17的熔化特性以及不同开孔14尺寸、形状下的熔融物19溪状流厚度、流速等迁移特性。