[发明专利]一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸原位多次异处划伤电极系统

说明书

一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸原位多次异处划伤电极系统，属于乏燃料后处理腐蚀模拟实验和划伤电极系统领域，包括沸腾硝酸电解池、工作电极夹持装置、电解池顶盖、沸腾硝酸工作电极、沸腾硝酸参比电极、沸腾硝酸对电极、特殊气缸、划伤运动轴、划头装置、温度控制系统、电化学测试系统和尾气处理系统。相比现有划伤电极技术，本发明能模拟乏燃料后处理沸腾硝酸环境中金属试样表面的划伤‑再钝化行为，可精确控制划伤的速度和压力，并能自主控制在异处进行划伤同时进行原位电化学监测，安装一次试样可进行多次划伤实验。

技术领域

本发明属于乏燃料后处理腐蚀模拟实验和划伤电极系统领域，具体涉及一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸原位多次异处划伤电极系统。

背景技术

乏燃料溶解器及各种蒸发器，是乏燃料后处理的关键设备，其主要选材为钛合金、不锈钢和锆合金等耐蚀材料。这类材料在高放射性、高氧化性离子的沸腾硝酸环境中，表面会生成钝化膜，从而降低基体的腐蚀速率。然而，当材料表面的钝化膜受到外力作用发生破坏时，会裸露出新鲜的金属。当材料的再钝化能力较高时，新鲜的金属会快速发生钝化生成新的钝化膜，但当钝化膜损伤程度(去钝化能力)显著高于再钝化能力时，破坏的钝化膜难以修复，从而导致材料腐蚀显著加速。因此，深入研究金属材料在沸腾硝酸下的再钝化动力学过程，揭示材料的钝化行为，定量评价材料的再钝化能力，可为乏燃料后处理关键设备的选材及耐蚀新材料的设计提供理论指导。

为此，国内外研究者设计了不同机械原理方法测量再钝化动力学的装置：韩恩厚等人设计一种高温高压原位多道快速划伤电极系统，实现高温高压下一次实现三道划痕，但安装一次样品只能进行一次试验，且无法保证每次划过的载荷一致；周虹晖等人设计薄膜冲断装置获得新鲜表面，利用敲击杆运动冲断沉积在玻璃上的薄膜，截面暴露，虽然暴露时间很小，但只适用于薄膜材料，且制作样品需特殊工艺；Pyun和Lee等人设计摩擦擦伤法去膜，试样与摩擦盘之间的机械摩擦，去除钝化膜的过程，但是溶液浸入到磨料与试样之间的空隙处，刚暴露的表面发生氧化，擦伤过程中表面氧化的无序性，难以采用数学方法对时间起点进行统一；孙冬柏等人设计一种全自动控制擦伤装置，让试样在无氧环境中擦伤，通过气缸运动使得擦伤截面一同浸入电解池溶液，但此方法不适用于强挥发性和强腐蚀性的沸腾硝酸体系中，硝酸蒸汽挥发，腐蚀真空设备中的电机磨盘等装置。

综上所述，现有去膜技术存在主要问题有：一个试样安装一次只能进行一次实验效率低、实验载荷无法精准显示与控制等问题。且迄今为止，未有能实现在沸腾硝酸(强腐蚀性和强挥发性)中的去膜功能的装置。这些难题限制了人们认识材料在沸腾浓硝酸中的真实再钝化过程和测试再钝化电化学参数。因此，需要设计一种能摒弃上述不足，简单可控的测量材料在沸腾浓硝酸中的再钝化性能的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸原位多次异处划伤电极系统，解决现有方法的诸多不足，包括统一再钝化时间起点，准确控制划伤载荷和划伤速度。同时，可实现在沸腾硝酸中多次异处划伤功能，安装一次试样可做多次划伤实验，在异位实现划伤且同时实现原位电化学实验，划伤时间间隔可自行控制。

为解决上述技术问题采用如下技术方案：

一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸原位多次异处划伤电极系统，包括沸腾硝酸电解池、工作电极夹持装置、电解池顶盖、沸腾硝酸工作电极、沸腾硝酸参比电极、沸腾硝酸对电极、特殊气缸、划伤运动轴、划头装置、温度控制系统、电化学测试系统和尾气处理系统。

所述的沸腾硝酸电解池的底板通过螺栓组装固定于装有两条相互垂直的滑轨的底座上，底座侧面和正面分别设有一个带有刻度的旋钮，其中正面的微调旋钮Ⅰ可控制沸腾硝酸电解池在水平面上向前后方向移动，其旋钮刻度一格代表1mm，侧面的微调旋钮Ⅱ可控制电解池在水平面上向左右方向移动，其旋钮刻度一格代表0.01mm，沸腾硝酸电解池材料为聚四氟乙烯。