[实用新型]一种承压环形燃料棒内包壳鼓胀爆破试验装置

说明书

本实用新型属于核燃料组件试验装置技术领域，具体涉及一种承压环形燃料棒内包壳鼓胀爆破试验装置。承压环形燃料棒内包壳鼓胀爆破试验装置，包括过渡接头、环形电加热芯体组件、环形模拟芯块、内包壳组件、进气接管组件。通过上述结构的设置及其中各部件的连接，可以在环形燃料棒内包壳周向可形成较大温差，以更好的模拟试验所需要的温度环境，并完全模拟材料自外向内的传热工况。本实用新型提供的一种承压环形燃料棒内包壳鼓胀爆破试验装置可应用于压水堆、沸水堆、重水堆、快堆、动力堆、船用动力堆。

技术领域

本实用新型属于核燃料组件试验装置技术领域，具体涉及一种承压环形燃料棒内包壳鼓胀爆破试验装置。

背景技术

核电站反应堆运行过程中，核燃料的性能是影响反应堆安全性和经济性的重要因素。因此国际上一直将燃料元件的研究放在十分突出的地位，通过优化燃料元件设计、采用先进结构材料、改进元件制造工艺等方法，不断提高核燃料元件的各种性能，促使核电向更安全和更经济的方向发展。

全性和经济性是核电发展的基础，几乎所有的核电技术发展都以增加核电安全性和经济性为目标。燃料元件作为核电厂反应堆核心部件，其性能是核电安全性和经济性最主要影响因素之一，因此国际上一直将燃料元件的研究放在十分突出的地位，通过优化燃料元件设计、采用先进结构材料、改进元件制造工艺等方法，不断提高核燃料元件的各种性能，促使核电向更安全和更经济的方向发展。

目前压水堆核电厂普遍采用棒状燃料，可通过加深组件卸料燃耗、延长换料周期，降低电厂运营成本，提高核电经济性。压水堆燃料组件的平均设计燃耗从早期的10～15GWd/tU逐步提高，至今已达到60～70GWd/tU，换料周期也相应地从12个月延长至现在的18或24个月。燃料组件燃耗加深也带来诸如裂变气体释放量增大、包壳腐蚀和吸氢增加、燃料芯块肿胀、燃料元件和组件辐照生长加剧等一系列问题。如何解决这些问题，一直是国际压水堆燃料元件研究的重要任务，例如，研发抗腐蚀性能好的先进包壳，采用低裂变气体释放率的芯块。此外，通过改进定位格架设计，增加组件临界热流密度等途径，也提升了反应堆堆芯的整体安全性。总的来说，棒状燃料组件结构和参数是近50年发展不断优化的结果，以棒状燃料为基础的技术改进对于提升核电经济性和安全性的潜力已非常有限，因此，近些年来，采用其他几何结构的燃料元件成为一种新的发展思路。

对于新型几何结构的燃料元件至少满足以下五个基本要求：1)能提高燃料的“表面积/体积”比；2)能减小芯块厚度；3)有足够的刚度；4)能降低堆芯压降；5)组件要有开式栅格设计。美国麻省理工学院最早提出的轻水堆用环形燃料元件的概念，很好地满足了上述5个要求。所谓环形燃料是将燃料芯块制成环状，在芯块内、外表面加装包壳管，使得冷却剂可以从内、外两个流道同时对元件进行冷却与传统的实心圆柱状燃料相比，环形燃料的好处是在很高的线性密度下，燃料中心的温度仍然很低，燃料内的储能较少，裂变气体释放较少。可预期正常运行和瞬态条件下燃料性能较好。

环形燃料作为一种结构上完全革新的先进燃料元件，可大幅度提高燃料元件的传热效率，降低燃料芯块温度，能显著提升反应堆的安全性和经济性，已成为压水堆先进燃料组件的重要发展趋势之一，受到国际上业界的重点关注。美、韩等国相继进行了环形燃料的研发，研究表明环形燃料具有很好的应用前景。

环形燃料组件设计过程中，亟需开展爆破试验性能测试研究，目前有没有类似的技术，新的结构也面临着新的问题，首先，外包壳这种大直径的薄壁包壳在核电站从未有过使用经验，因此对于外包壳的外压失稳问题，需要重新计算；其次，根据以往压水堆的运行经验，即使在相同组件中，不同的燃料棒也会有不同的轴向生长。所以，可以推断，双包壳的环形燃料，也可能发生的不同的轴向生长。

发明内容

本实用新型的目的在于研制设计一种承压环形燃料棒内包壳鼓胀爆破试验装置，以解决不同升温速率工况下环形燃料内包壳堆外安全试验所采用的试验装置问题，并用于确定LOCA工况下环形燃料内包壳的爆破温度、爆破压力和爆破应变的对应关系和具体数值，为环形燃料入堆安审提供数据支撑。