[发明专利]一种核反应堆燃料棒熔化可视化实验装置及方法

说明书

一种核反应堆燃料棒熔化可视化实验装置及方法，包括带有若干个透窗的高温熔融炉，高温熔融炉内竖直设置有试验件，试验件的上端和下端分别设置有铼钼电极，铼钼电极将试验件，铼钼电极与穿过高温熔融炉侧壁的铜电极相连，试验件包括燃料棒，燃料棒内设置有钨铼加热棒，高温熔融炉外侧设置有用于对高温熔融炉进行冷却的冷却水循环系统。本发明通过高温熔融炉冷却水循环系统保证炉体外侧温度保持在安全限制以内，外部的高速摄像仪可以正常工作，能够真实模拟反应堆严重事故条件下堆芯熔化进程。本发明获得的实验数据可为传统数值模拟方法提供验证，降低现有严重事故分析程序的不确定性。

技术领域

本发明涉及严重事故条件下可视化实验装置及方法，具体涉及一种核反应堆燃料棒熔化可视化实验装置及方法，属于实验测量可视化方法领域。

背景技术

反应堆的堆内材料会在到达自身熔点的情况下，会熔化成液态。而不同材料的共晶效应，则会进一步降低这一熔化温度。这些堆芯材料熔融物会通过向下流动，进入反应堆堆芯水平位置较低的位置，并有一定的概率会引起反应堆冷却剂流道的面积减小。而伴随着严重事故进一步的发展，堆芯熔化物持续在冷却剂流道内堆积，会导致部分燃料组件间的流道内出现堵塞现象，它会使堆芯冷却能力进一步下降，使反应堆严重事故继续恶化。如果得不到缓解的话，极有可能在反应堆内部出现局部熔穿，并导致整个上部的反应堆结构坍塌，进一步扩大堆芯的熔化区域。因此，严重事故条件下燃料棒熔化及熔融物迁徙行过程中发生的金属材料共晶现象，包壳氧化、破裂行为，熔融物壅塞等现象为严重事故序列中的重要环节，为后续堆内外反应堆严重事故进程提供源项。因此若能在燃料棒熔化期间采取及时的事故缓解措施将极大程度的削弱严重事故的危害，减少公众的生命财产安全。但是反应堆堆芯熔化是高温高压条件下一种非线性非连贯的复杂物理化学现象。这使得现象的研究与分析十分困难，传统的严重事故分析程序模拟在这一方面面临巨大挑战。因为现有的装置中无法观察到反应堆内部的燃料棒熔化的具体过程和现象，导致现有严重事故分析程序仅能对宏观集总参数进行模拟分析，无法准确描述严重事故进程及机理。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种核反应堆燃料棒熔化可视化实验装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种核反应堆燃料棒熔化可视化实验装置，包括带有若干个透窗的高温熔融炉，高温熔融炉内竖直设置有试验件，试验件的上端和下端分别设置有铼钼电极，铼钼电极将试验件，铼钼电极与穿过高温熔融炉侧壁的铜电极相连，试验件包括燃料棒，燃料棒内设置有钨铼加热棒，高温熔融炉外侧设置有用于对高温熔融炉进行冷却的冷却水循环系统。

本发明进一步的改进在于，高温熔融炉的顶部设置有上炉盖，底部设置有下炉盖，上炉盖与液压机相连，下炉盖与叉车相连，上炉盖由液压机控制升降，下炉盖由叉车控制升降。

本发明进一步的改进在于，燃料棒下方设置有坩埚，坩埚设置在下炉盖上；穿过高温熔融炉侧壁，在不同高度设置有6个钨铼热电偶，用于测量燃料棒的温度。

本发明进一步的改进在于，高温熔融炉的炉体侧壁上开设有6个透窗，6个透窗沿炉体侧壁螺旋式上升排布，在周向上均匀分布。

本发明进一步的改进在于，相邻两个透窗在竖直方向的距离为0.16m；透窗呈圆台型，透窗的顶面开口处的直径为25mm，底面开口处的直径为74mm。

本发明进一步的改进在于，透窗处的高温熔融炉侧壁上设置有圆形盖板，圆形盖板与高温熔融炉侧壁上之间设置有石英玻璃，圆形盖板上开设有圆孔。

本发明进一步的改进在于，圆形盖板通过螺钉固定在高温熔融炉的侧壁上，石英玻璃为圆柱状，圆形盖板和石英玻璃9之间设置有O型密封圈，石英玻璃的侧壁上设置有矩形密封圈。

本发明进一步的改进在于，石英玻璃的直径为40mm。