本發(fā)明涉及燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量測量裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著燃料組件在堆內(nèi)運行情況的問題反饋可知，燃料棒破損仍是燃料組件堆內(nèi)可靠運行的主要問題之一，燃料棒破損原因分析研究一直是業(yè)界十分關(guān)注的課題，其中燃料棒內(nèi)氫和水含量過高能引起燃料棒包殼管的氫化破損是主要研究問題之一。

燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量直接反映燃料棒內(nèi)總水量(包括燃料棒內(nèi)各部件的水及由氫換算出的水，燃料棒內(nèi)的部件包括包殼管內(nèi)壁、uo2芯塊、包殼管內(nèi)充氦氣)，要保證燃料棒內(nèi)總水當(dāng)量在限值內(nèi)，必須要建立相應(yīng)的檢測方法,最初建立的是質(zhì)譜計測量燃料棒內(nèi)總當(dāng)量水分，即核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ej/t894—94《燃料棒內(nèi)總當(dāng)量水量的測定》，現(xiàn)已廢除。

如圖1所示，現(xiàn)有燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水測量過程，在燃料棒兩端各車一個環(huán)形槽，在密閉系統(tǒng)內(nèi)斷開燃料棒試樣。在載氣載帶下，依次將燃料棒內(nèi)氦氣和棒內(nèi)壁中水、氫氣載帶經(jīng)高溫鈾絲，水轉(zhuǎn)化為氫氣，經(jīng)收集裝置富集后進(jìn)入氣相色譜儀以測量氫氣的方式測量出各部分中總當(dāng)量水量；取出測量系統(tǒng)中的芯塊，按gb/t13698檢測總氫，并換算出芯塊中總當(dāng)量水量。最后將燃料棒內(nèi)各部分中當(dāng)量水量之和除以自由冷空間體積得出燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含 量。

現(xiàn)有燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水測量裝置存在以下不足：

1)裝置系統(tǒng)空白波動大、很難穩(wěn)定；一些部件吸附水釋放時間較長、承載壓力低，一些部件氣路吹掃不暢，系統(tǒng)空白較大且穩(wěn)定時間長，每次分析前均要長時間烘烤裝置并使用大流量載氣(高純氦氣)吹掃1～2天才能使系統(tǒng)穩(wěn)定，檢驗成本較高，分析效率低。

2)斷棒機(jī)構(gòu)操作不方便，燃料棒與裝置的密封是橡膠管直接套到燃料棒兩端，使用鐵絲捆綁密封，特別是燃料棒上端，需要先斷開上端塞才密封裝入橡膠管，操作時要特別迅速才能減少空氣中水分的干擾，操作難度較高。

3)現(xiàn)有技術(shù)裝置只能檢測一種規(guī)格燃料棒，無法檢測其他型號的燃料棒，適用范圍較小。

4)現(xiàn)有技術(shù)裝置的管式電阻爐也是針對特種規(guī)格燃料棒設(shè)計加工的，不能滿足其他規(guī)格燃料棒檢測，且爐體為整體式的，檢測棒內(nèi)壁水分時必須先將棒穿過管式爐再密封入測量裝置，空氣水分干擾較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要提供一種燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量測量裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中檢測成本高，檢測效率低，檢測操作難度大等問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量測量裝置，包括連接件，第一透明管，燃料棒第一連接器，管式電爐，燃料棒第二連接器，第二注射口，第二透明管，斷棒器，儲樣器，還原爐，金屬鈾絲，石英管，收集裝置和氣相色譜儀；

連接件左端設(shè)置載氣入口，連接件下端設(shè)置第一注射口，連接件右端與第一透明管左端連接，第一透明管右端與燃料棒第一連接器連接，燃料棒第一連接器上端設(shè)置載氣出口，載氣出口通過管路與燃料棒第二連接器上端設(shè)置的開口連接，在燃料棒第一連接器和燃料棒第二連接器之間設(shè)置管式電爐，管式電爐夾持燃料棒并對燃料棒加熱；燃料棒第二連接器下端設(shè)置第二注射口，燃料棒第二連接器右端與第二透明管左端連接；燃料棒上端穿過燃料棒第一連接器塞套在第一透明管內(nèi)，燃料棒下端穿過燃料棒第二連接器塞套在第二透明管內(nèi)；第二透明管右端與斷棒器連接，斷棒器與儲樣器連接，儲樣器底部設(shè)置出口，儲樣器的出口通過管路與還原爐的入口連接，還原爐將載氣載帶的水分還原為氫氣，還原爐的出口與收集裝置入口連接，收集裝置通過液氮富集的方式濃縮還原爐還原的氫氣，收集裝置出口與氣相色譜儀連接，氣相色譜儀通過以測量氫氣的方式測量燃料棒內(nèi)當(dāng)量水含量。

進(jìn)一步所述還原爐包括石英管和金屬鈾絲；還原爐內(nèi)設(shè)置石英管，儲樣器的出口通過管路與石英管入口連接，石英管內(nèi)裝有金屬鈾絲，還原爐加熱金屬鈾絲到規(guī)定溫度，將載氣載帶的水分還原為氫氣，石英管的出口與收集裝置入口連接。

進(jìn)一步所述管路為衛(wèi)生級不銹鋼管道，所述第一透明管和第二透明管為真空橡膠管。

進(jìn)一步所述燃料棒第一連接器右端通過聚四氟卡套將燃料棒上端密封進(jìn)檢測裝置，所述燃料棒第二連接器左端通過聚四氟卡套將燃料棒下端密封進(jìn)檢測裝置。

進(jìn)一步所述第一透明管與燃料棒第一連接器連接處、燃料棒第二連接器與 第二透明管連接處密封為螺母鎖緊式結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步所述管式電爐為半開式管式爐，所述管式電爐匹配不同規(guī)格的燃料棒。

進(jìn)一步所述儲樣器的密封圈為氟橡膠圈。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

本發(fā)明一種燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量測量裝置的氣路的優(yōu)化能更好的吹掃裝置各部件吸附水，系統(tǒng)空白穩(wěn)定時間大大縮短，空白絕對值也下降明顯，減小了測量操作過程中空氣水分的干擾，提高了裝置承壓能力及操作便捷性，提高了檢測效率。

本發(fā)明一種燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量測量裝置通過更換變徑部件能滿足不同管徑規(guī)格燃料棒當(dāng)量水含量的測定。

1)本發(fā)明滿足外徑6～10mm燃料棒內(nèi)當(dāng)量水含量的檢測，裝置承壓能力大于0.4mpa。

2)本發(fā)明空白下降到穩(wěn)定水平時間由1～2天減少到3～5小時，穩(wěn)定空白降到(30～150)ugh2o，提高分析效率。

3)本發(fā)明檢測下限由100μgh2o降低到50μgh2o。

4)本發(fā)明測量1000μgh2o的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為優(yōu)于5％，對水的回收率在(90～120)％范圍內(nèi)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)一種燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量測量裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明一種燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量測量裝置示意圖；

圖中：01-氦氣源，02-冷阱，03-左斷棒器，09-右斷棒器，04-左軟管，06-右軟管，05-管式電阻爐，07-進(jìn)樣口，08-截止閥，010-聚氯乙烯透明真空軟管，011-石英管，012-還原爐，013-金屬鈾絲，014-球閥，015-儲樣瓶，016-收集裝置，1-載氣入口，2-第一注射口，3-連接件，4-第一透明管，5-燃料棒上端，6-燃料棒第一連接器，7-管式電爐，8-燃料棒第二連接器，9-截止閥，10-第二注射口，11-燃料棒下端，12-第二透明管，13-斷棒器，14-儲樣器，15-還原爐，16-金屬鈾絲，17-石英管，18-收集裝置，19-氣相色譜儀。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作詳細(xì)說明。

燃料棒內(nèi)當(dāng)量水測定本質(zhì)上是測量燃料棒內(nèi)各部件的吸附水、氫，其中主要為吸附水，水在環(huán)境中無處不在，并且，一般燃料棒內(nèi)含水量為幾百到幾千微克，相比于環(huán)境中存在的水量來說是很小的，環(huán)境濕度對測量都有一定影響，因此要確保燃料棒當(dāng)量水含量測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，需最大限度地減小檢測裝置各部件水分和空氣中水分的干擾。

檢測裝置部件材料本身性質(zhì)(包括密度、吸水性、透氣性、滲水性等)是導(dǎo)致水分干擾的關(guān)鍵因素。

不銹鋼材料密度約8.7g/cm³，內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實，內(nèi)部孔隙率接近于零(材料的孔隙率直接影響材料的吸水性、透氣性及滲水性等)，相比于橡膠材料(密度約0.8～1.5g/cm³，孔隙率根據(jù)本身分子結(jié)構(gòu)有所不同)優(yōu)勢顯著，檢測裝置應(yīng)盡可能使用不銹鋼管替代橡膠管；但檢測裝置由于斷棒機(jī)構(gòu)需要透明橡膠軟管及 儲樣瓶部分需要橡膠密封圈，所以選擇吸水量小，透氣性和滲水性均小的橡膠材料才能減少水分的干擾。

橡膠的種類較多，常用的有天然橡膠、真空橡膠、硅橡膠、氟橡膠、丁基橡膠等，關(guān)于橡膠材料透氣性、滲水性、拉伸強(qiáng)度及耐溫性等相關(guān)研究較多，通過分析各種橡膠的相關(guān)特性及考慮本裝置測量要求，本發(fā)明選擇真空橡膠管(相比于其它橡膠材料，其拉伸強(qiáng)度最大，滲水性最小，含水量最小)作為斷棒機(jī)構(gòu)處部件，氟橡膠圈(相比于其它橡膠材料，其拉伸強(qiáng)度較大，透氣性較小，含水量較低，耐受溫度最高)作為儲樣瓶處密封圈。

如圖2所示，本發(fā)明一種燃料棒內(nèi)冷空間當(dāng)量水含量測量裝置，包括載氣入口1，第一注射口2，連接件3，第一透明管4，燃料棒上端5，燃料棒第一連接器6，管式電爐7，燃料棒第二連接器8，截止閥9，第二注射口10，燃料棒下端11，第二透明管12，斷棒器13，儲樣器14，還原爐15，金屬鈾絲16，石英管17，收集裝置18和氣相色譜儀19；

連接件3左端設(shè)置載氣入口1，連接件3下端設(shè)置第一注射口2，連接件3右端與第一透明管4左端連接，第一透明管4右端與燃料棒第一連接器6連接，燃料棒第一連接器6上端設(shè)置載氣出口，載氣出口通過管路與燃料棒第二連接器8上端設(shè)置的開口連接，該管路上設(shè)置截止閥9，在燃料棒第一連接器6和燃料棒第二連接器8之間設(shè)置管式電爐7，燃料棒夾持在管式電爐7內(nèi)，管式電爐7對燃料棒加熱，使棒內(nèi)壁吸附水分快速釋放出來；燃料棒第二連接器8下端設(shè)置第二注射口10，燃料棒第二連接器8右端與第二透明管12左端連接，燃料棒上端5穿過燃料棒第一連接器6塞套在第一透明管4內(nèi)，燃料棒下端11穿過燃料棒第二連接器8塞套在第二透明管12內(nèi)；第二透明管12右端與斷棒器13連 接，斷棒器13與儲樣器14連接，儲樣器14底部設(shè)置出口，還原爐15內(nèi)設(shè)置石英管17，該出口通過管路與還原爐15的石英管17入口連接，石英管內(nèi)裝有金屬鈾絲16，還原爐15加熱金屬鈾絲16到規(guī)定溫度，載氣載帶水分通過高溫金屬鈾絲16時將水分還原為氫氣，石英管17的出口與收集裝置18入口連接，收集裝置18通過液氮富集的方式濃縮還原爐15還原的氫氣，收集裝置18出口與氣相色譜儀19連接，氣相色譜儀19通過以測量氫氣的方式測量燃料棒內(nèi)當(dāng)量水含量。

如圖1和圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)置冷阱02，采用冷阱02的作用為用液氮低溫富集去除載氣、氣瓶減壓閥及連接管道中水分干擾，現(xiàn)有技術(shù)冷阱02的作用有時對系統(tǒng)空白影響較大，特別是剛更換載氣或長時間不用后再使用時，往往要大流量吹掃很長時間，加上冷阱02能明顯減少吹掃時間及空白值大小，但液氮容易揮發(fā)，分析過程中需不停的補(bǔ)充，且有安全隱患，不注意操作會凍傷。系統(tǒng)空白波動產(chǎn)生的原因，可能為載氣氣瓶到冷阱02部分氣路較長，暴露空氣或長時間不用后冷阱02吸附的水分不容易釋放出來，且普通減壓閥內(nèi)部空間較大，載氣要將減壓閥里的水分吹掃干凈也比較慢。

本發(fā)明去除了現(xiàn)有技術(shù)中冷阱02裝置，精簡了載氣氣瓶到冷阱02之間的管路，并且在載氣入口位置設(shè)置高純氣體減壓閥，并將管路材料更換為衛(wèi)生級不銹鋼管道減少了進(jìn)氣端管路水分干擾，大大縮短了空白穩(wěn)定時間。

連接件3和燃料棒第一連接器6的作用為將燃料棒上端5密封到檢測裝置內(nèi)，燃料棒上端5塞置于第一透明管4處以便于斷棒；相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明將氣路出口設(shè)置在燃料棒第一連接器6位置處，以便于更好的吹掃第一透明管4的吸附水，減少空白穩(wěn)定時間。

現(xiàn)有技術(shù)為左軟管04套在左斷棒器03塔形頭上用鐵絲綁緊密封，且燃料棒上端必須先斷開再密封進(jìn)左軟管04里用鐵絲綁緊密封，這就要求操作必須要快捷，以能盡可能減小空氣水分的干擾；

本發(fā)明的連接件3和燃料棒第一連接器6與載氣管道連接接口統(tǒng)一為卡套硬密封，燃料棒第一連接器6右端通過聚四氟卡套將燃料棒上端密封進(jìn)檢測裝置，第一透明管4與燃料棒第一連接器6連接端密封改為螺母鎖緊式結(jié)構(gòu)，密封更好，可操作性好，且增設(shè)了第一注射口2，能從燃料棒上端5驗證整個裝置的回收率。

燃料棒第二連接器8的作用為將燃料棒下端11密封入檢測裝置內(nèi)，載氣通過燃料棒第二連接器8吹掃更順暢。燃料棒第二連接器8一端為螺母鎖緊式結(jié)構(gòu)與斷棒器13一端的第二透明管12相連，另一端為聚四氟卡套將燃料棒下端密封進(jìn)檢測裝置，提高了密封性及可操作性；增加燃料棒第二連接器8后，載氣氣路吹掃第二透明管12中吸附水更快捷，提高了檢測效率。

斷棒器13和儲樣器14的作用為在第二透明管12處燃料棒下端11處通過斷棒器13斷棒，將燃料棒內(nèi)芯塊倒入儲樣器14內(nèi)?，F(xiàn)有技術(shù)此處設(shè)計參照了質(zhì)譜法測量水當(dāng)量裝置，透明的真空軟管利于觀察倒芯塊時狀態(tài)，預(yù)防卡樣時能夠直觀觀察到問題位置，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)真空軟管吸附水很難釋放，是影響系統(tǒng)空白穩(wěn)定時間及空白值大小的主要因素之一，球閥014和儲樣瓶015部分管路設(shè)計也導(dǎo)致在分析過程中水分釋放緩慢，嚴(yán)重影響空白穩(wěn)定時間及檢測效率的原因。本發(fā)明去除了現(xiàn)有技術(shù)中真空軟管及球閥014，斷棒器13直接與儲樣器14連接，將氣路出口設(shè)置在儲樣器14靠近底部位置，極大縮小了檢測裝置的空腔，降低了橡膠軟管吸附水后不容易釋放導(dǎo)致系統(tǒng)空白穩(wěn)定時間長 的問題，避免了現(xiàn)有技術(shù)儲樣瓶015部分氣路吹掃不暢的問題，提高了檢測效率及檢測裝置的可操作性。

管式電爐7的作用為加熱燃料棒使棒內(nèi)壁吸附水分快速釋放出來。本發(fā)明依據(jù)不同規(guī)格的燃料棒，加工相匹配的半開式管式爐，再進(jìn)行檢測前就可以將燃料棒上下端都密封入測量裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)必須要分析完棒內(nèi)氦氣將棒內(nèi)芯塊倒入儲樣瓶015后，才能將燃料棒上端5密封入檢測裝置的問題，減少了檢測過程中密封燃料棒上端5時空氣水分的干擾。

為了能使本發(fā)明檢測裝置可以檢測不同型號的燃料棒，本發(fā)明針對不同型號的燃料棒，更換不同規(guī)格的燃料棒第一連接器6，燃料棒第二連接器8和斷棒器13，可以滿足不同型號燃料棒的當(dāng)量水含量測量，拓展檢測裝置的應(yīng)用范圍。