[发明专利]一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法

摘要

一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法，该系统包括试验容器，其内部安装加热炉，通过电磁感应加热将物料进行加热熔化，获取高温熔融物；试验容器中高纯度的金属钠通过其底部相连的储钠罐提供，其排出的含有杂质的金属钠由沉淀罐接收，并通过管路上的过滤装置进行净化，净化后的金属钠再次排入储钠罐；试验系统中包含由氩气回路和真空泵，通过抽真空和充氩气的方式去除试验系统中的空气，为试验系统提供惰性环境保护，此外，试验系统中液态金属钠的流动依靠重力和容器间的压差实现；本发明通过开展熔融物与液态金属相互作用的试验，揭示熔融物在冷却剂中的碎裂行为特性，为液态金属反应堆的安全设计提供评估。

主权项

1.一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统，其特征在于：包括储钠罐(1)、回钠罐(2)、氩气缓冲罐(3)、反应容器(4)、电磁感应加热熔炉(5)、油冷回路(6)、真空泵(7)、油冷压缩机(8)、油泵(9)、液态金属钠过滤装置(10)以及管道阀门；所述的反应容器(4)为该试验系统的主要装置，其内上部空间安装有电磁感应加热熔炉(5)，通过电磁感应加热的方式为实验提供熔融物；下部空间充有从储钠罐(1)充入的液态金属钠，根据实验工况要求，将熔融物注入液态金属钠中，从而完成熔融物与液态金属相互作用实验；反应容器(4)内液态金属钠池中布置有多组热电偶(412)，对液态金属钠的温度变化进行测量，反应容器(4)底部安装有不锈钢托盘(801)对熔融物碎片进行收集，反应容器(4)外壁面缠绕有电加热丝并包裹保温棉，对内部液态金属钠的温度进行控制；所述的电磁感应加热熔炉(5)由氧化锆坩埚(601)、设置在氧化锆坩埚(601)外部的石墨坩埚(602)、设置在石墨坩埚(602)外部的电磁感应线圈(603)以及烧结电磁感应线圈(603)的镁砂打结体(604)组成，并通过其下部的支撑结构(605)将其固定在反应容器(4)的内壁面上，电磁感应线圈(603)的供电和冷却通过第一电源接线柱(608)和第二电源接线柱(609)以及第一冷却管线(606)和第二冷却管线(607)完成，且电源接线柱和冷却管线镶嵌在法兰盘上，该法兰盘通过与反应容器(4)上的法兰相连接，实现贯穿件的高度密封；反应容器(4)外部的电磁感应线圈油冷回路(6)上分布有油冷压缩机(8)和油泵(9)，驱动低温冷却油对电磁感应线圈(603)进行持续冷却；第一电源接线柱(608)和第二电源接线柱(609)与中频感应电源相连，为电磁感应线圈(603)提供高频的交流电源；储钠罐(1)、回钠罐(2)和反应容器(4)中均涉及金属钠，初始试验时需通过真空泵(7)和氩气缓冲罐(3)提供的氩气对试验系统去除残留的空气，从而提供惰性环境保护；通过氩气缓冲罐(3)以及不同气阀间的开关配合实现容器内压的不同，储钠罐(1)、回钠罐(2)和反应容器(4)中液态金属钠的流动依靠重力及各容器间的压差驱动；储钠罐(1)位于反应容器(4)的底部，并通过第一钠阀(101)和第二钠阀(102)相连，为反应容器(4)注入高纯度液态金属钠；回钠罐(2)位于储钠罐(1)的侧位，依次通过第一钠阀(101)、第三钠阀(103)、液态金属钠过滤装置(10)和第五钠阀(105)与反应容器(4)相连，接收由反应容器(4)回流的液态金属钠；经过液态金属钠过滤装置(10)对回流的液态金属钠进行过滤后，最终流入回钠罐(2)中进行沉淀，待回流的金属钠在回钠罐(2)中沉淀充分后，依靠储钠罐(1)和回钠罐(2)之间的压差，将净化后的金属钠注入储钠罐(1)中；储钠罐(1)和回钠罐(2)分别安装三个储钠罐电加热棒组件和三个回钠罐电加热棒组件，每个储钠罐电加热棒组件和回钠罐电加热棒组件轴向分布三层，每层周向均匀分布3根电加热棒；并在储钠罐(1)和回钠罐(2)外壁面缠绕有电加热丝和包裹保温棉；储钠罐(1)和回钠罐(2)内部金属钠的温度由轴向布置的三根储钠罐热电偶和三根回钠罐热电偶进行测量，储钠罐(1)和回钠罐(2)内金属钠的液位分别由储钠罐液位探针(501)和回钠罐液位探针(502)进行监测，内部氩气压力分别由储钠罐压力表(302)和回钠罐压力表(303)进行测量显示；在液态金属钠的流动管道和阀门位置上，布置多个热电偶进行温度的测量和监测，避免金属钠凝固堵塞；氩气缓冲罐(3)为整个试验系统提供氩气，并通过压力表(301)测量显示其内部的压力，出口总阀(201)控制整个氩气回路的开关；氩气主管路和真空泵(7)通过支路与储钠罐(1)、回钠罐(2)和反应容器(4)相连，进行抽真空和充入氩气。