[发明专利]一种燃料棒裂变产物释放模拟装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种燃料棒裂变产物释放模拟装置及其使用方法，本发明的模拟装置包括加热炉、坩埚和燃料棒模拟体；其中，所述燃料棒模拟体用于模拟原型燃料元件的包壳与芯块；所述坩埚用于支撑燃料棒模拟体，同时提供气体循环流道，在燃料棒模拟体熔化时能够包容液态熔融物，防止熔融物损伤加热炉；所述加热炉用于对燃料棒模拟体加热。本发明为裂变产物释放特性实验提供了一种不带放射性同位素，并且结构与物理化学过程与真实燃料棒相近的裂变产物释放特性实验装置，可用于研究不同堆型和不同燃耗严重事故各种裂变产物释放特性。

技术领域

本发明属于严重事故实验设备技术领域，具体涉及一种应用于严重事故条件下燃料棒裂变产物释放模拟装置及其使用方法。

背景技术

核反应堆在正常运行条件下，经过中子的辐照，燃料棒中二氧化铀晶粒中会逐渐积累裂变产物，其中的裂变气体持续向晶界扩散，并逐渐累积在燃料芯块与包壳之间的气隙中。当核反应堆发生严重事故后，燃料棒包壳破裂，部分裂变气体通过破口释放到燃料棒外部，大部分裂变产物仍然被包容在燃料芯块中。随着燃料棒温度持续升高，溶解于基体的易挥发性裂变产物通过热扩散释放，其他裂变产物在燃料基体中溶解度达到极限而析出至晶界。随着温度继续上升，燃料棒开始熔化，晶内气泡捕获的裂变气体及其他裂变产物进一步释放。裂变产物释放过程中还涉及到裂变产物间、裂变产物与包壳和蒸汽间的化学反应等物理化学过程。裂变产物的释放特性是堆芯严重事故缓解措施的基础，需要设计精密的实验进行分析。经调研，目前国际上针对严重事故裂变产物释放特性研究的实验装置主要采用了辐照后的真实材料或模拟材料进行研究，但由于辐照后的燃料元件带有强放射性，实验只能在热室中开展，使得实验过程及测量存在很大难度，同时导致实验成本较高。而采用同位素模拟裂变产物开展释放特性实验，又难以准确模拟裂变产物的释放过程中复杂的物理化学现象。因此亟需针对燃料棒裂变产物释放过程，通过合适的设计，开发一种采用同位素模拟裂变产物的模拟实验装置，以降低实验的不确定性，同时减少实验研究的成本。

发明内容

本发明提供了一种燃料棒裂变产物释放模拟装置，本发明为裂变产物释放特性实验提供了一种不带放射性同位素，并且结构与物理化学过程与真实燃料棒相近的裂变产物释放特性实验装置，可用于研究不同堆型和不同燃耗严重事故各种裂变产物释放特性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种燃料棒裂变产物释放模拟装置，该模拟装置包括加热炉、坩埚和燃料棒模拟体；

其中，所述燃料棒模拟体用于模拟原型燃料元件的包壳与芯块；

所述坩埚用于支撑燃料棒模拟体，同时提供气体循环流道，在燃料棒模拟体熔化时能够包容液态熔融物，防止熔融物损伤加热炉；

所述加热炉用于对燃料棒模拟体加热。

优选的，本发明的加热炉由加热炉体和加热炉盖构成，所述加热炉盖与加热炉体顶部密封连接，所述加热炉体内侧壁布置有加热器，所述加热炉盖顶部设置有加热器接口，所述加热炉体底部设置有气体入口，所述加热炉体侧壁面不同高度布置有气体采样接口。

本发明通过在水平方向的辐射以及顶部激光加热，可以准确模拟反应堆内燃料棒周围辐射换热边界条件，同时可以模拟真实燃料棒芯块与包壳间的温度梯度，从而获得更加准确的实验结果。

优选的，本发明的加热炉体外壁为由硬毡、软毡共同组成的复合保温层。

优选的，本发明的加热器采用石墨加热器，所述加热器接口用于连接激光加热器。

优选的，本发明的燃料棒模拟体由模拟包壳和模拟芯块构成；

所述模拟包壳由包壳管、顶部端盖和底部端盖构成；

所述包壳管顶端与顶部端盖密封连接；所述包壳管底端与底部端盖密封连接，以实现模拟包壳内部空间的密封，从而构建模拟芯块与模拟包壳间的气隙；