本發(fā)明屬于裂變產(chǎn)物釋放機(jī)理研究，具體涉及一種測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、反應(yīng)堆在運(yùn)行時(shí)，堆芯的燃料組件在裂變過程中會(huì)產(chǎn)生大量放射性裂變產(chǎn)物，然而在微動(dòng)磨蝕、異物磨蝕、化學(xué)腐蝕、輻照蠕變及腫脹及燃料包殼內(nèi)裂變產(chǎn)物的高壓作用下可能導(dǎo)致燃料包殼發(fā)生破損，從而向冷卻劑釋放裂變產(chǎn)物。從破口釋放的裂變產(chǎn)物除了常見的裂變氣體外，還有固態(tài)裂變產(chǎn)物和液態(tài)裂變產(chǎn)物等非氣態(tài)裂變產(chǎn)物。在程序計(jì)算中，一般把液態(tài)和固態(tài)裂變產(chǎn)物統(tǒng)一用氣溶膠顆粒進(jìn)行模擬，當(dāng)前在開展鉛鉍堆機(jī)理源項(xiàng)分析過程中，破口釋放的氣溶膠份額采取假定值，給源項(xiàng)計(jì)算結(jié)果引入了不確定度。因此，亟需針對(duì)鉛鉍快堆裂變產(chǎn)物從燃料元件向液態(tài)鉛鉍合金冷卻劑釋放這復(fù)雜物理過程進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究獲取裂變產(chǎn)物遷移過程的關(guān)鍵參數(shù)，如氣體釋放速率、釋放結(jié)束后氣溶膠的總釋放份額等，為模型開發(fā)和源項(xiàng)分析計(jì)算提供支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置及方法，可用于研究不同裂變氣體壓力和不同破口尺寸及形貌下氣溶膠及裂變氣體的釋放特性。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，該裝置包括高壓氣罐1、氣溶膠混合裝置2、模擬燃料棒3、破口封閉裝置4、收集裝置5、粒徑譜儀6及管道閥門和流量壓力測(cè)量?jī)x表；

4、其中，所述高壓氣罐1用于提供整個(gè)裝置所需氣體，設(shè)置于該裝置的最前端，通過通氣管道與氣溶膠混合裝置2連接；

5、所述氣溶膠混合裝置2用于均勻混合氣體和所用氣溶膠粉末，向模擬燃料棒3提供指定濃度的氣溶膠，設(shè)置于靠近模擬燃料棒3的前端氣體入口處，通過通氣管道與模擬燃料棒3連接，保證氣溶膠在混合后快速進(jìn)入，減少管道殘留；

6、所述模擬燃料棒3用于容納高壓氣溶膠并在燃料棒包殼上構(gòu)造不同形狀和尺寸的破口，且參照真實(shí)鉛鉍堆燃料棒尺寸和構(gòu)造設(shè)計(jì)，前端氣體先后通過高壓氣罐1與氣溶膠混合裝置2進(jìn)入模擬燃料棒3；

7、所述破口封閉裝置4具有封閉模擬燃料棒破口的功能，能構(gòu)造封閉的模擬燃料棒內(nèi)部空間以承載高壓氣體，設(shè)置于模擬燃料棒3上作為氣體出口，同時(shí)后端連接收集裝置5；

8、所述收集裝置5作為經(jīng)模擬燃料棒釋放后氣溶膠的容納場(chǎng)所，便于后續(xù)取樣測(cè)量，位置設(shè)置于氣體流動(dòng)路徑最后端，并從內(nèi)引出氣體測(cè)量管路連接粒徑譜儀6；

9、所述粒徑譜儀6用于測(cè)量樣品氣體的氣溶膠顆粒濃度，從收集裝置5中采集被測(cè)氣體。

10、所述高壓氣罐1由多個(gè)氣罐組成以向氣溶膠混合裝置2提供足量的氣體，高壓氣罐通過氣罐調(diào)壓閥7與氣溶膠混合裝置2的氣溶膠注入段相連，以此調(diào)整氣溶膠注入段的上端壓力。

11、所述高壓氣罐1中的氣體為氦氣。

12、所述氣溶膠混合裝置2主體由混合裝置外殼2-2和位于外殼2-2內(nèi)的旋轉(zhuǎn)螺桿2-1構(gòu)成，所述混合裝置外殼2-2上設(shè)置有混合裝置氣體進(jìn)口2-3和混合裝置氣溶膠出口2-4，由電機(jī)2-5提供動(dòng)力帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿旋轉(zhuǎn)軸2-6旋轉(zhuǎn)從使旋轉(zhuǎn)螺桿2-1旋轉(zhuǎn)，所述混合裝置外殼2-2內(nèi)底部布置有氣溶膠粉末2-7，通過所述旋轉(zhuǎn)螺桿2-1旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)氣溶膠粉末2-7向上運(yùn)動(dòng)從而和來流氣體混合形成氣溶膠。

13、所述氣溶膠粉末2-7為二氧化鈦粉末。

14、所述模擬燃料棒3由上端塞3-1、燃料棒包殼3-2和內(nèi)部的芯塊單元構(gòu)成，所述上端塞3-1和燃料棒包殼3-2通過螺紋連接組成燃料棒整體，其中芯塊單元由相連接的彈簧3-3和芯塊3-4構(gòu)成，所述模擬燃料棒3各部分尺寸均參照真實(shí)鉛鉍快堆燃料棒尺寸設(shè)計(jì)；在所述上端塞3-1處放置了燃料棒壓力表3-8以測(cè)量模擬燃料棒內(nèi)部氣體壓力，在所述燃料棒包殼3-2上設(shè)計(jì)有破口3-5、注氣口3-6及取樣口3-7，分別用于釋放高壓氣體、向模擬燃料棒注入高壓氣體和對(duì)高壓氣體進(jìn)行取樣測(cè)量。

15、所述破口封閉裝置4包括相對(duì)設(shè)置在模擬燃料棒3上的兩個(gè)密封裝置，每個(gè)密封裝置包括壓蓋4-1和壓桿4-2，兩個(gè)壓蓋4-1對(duì)接，所述壓蓋4-1內(nèi)部結(jié)構(gòu)和燃料棒包殼形狀一致且光滑以保證能貼合燃料棒包殼從而保證其密封性，密封破口時(shí)通過向兩個(gè)密封裝置的壓桿4-2外加沿模擬燃料棒徑向的力使兩個(gè)密封裝置封閉破口同時(shí)能保持燃料棒受力的均衡，打開破口時(shí)撤去徑向力移動(dòng)破口封閉裝置4露出破口。

16、所述收集裝置5的收集裝置外殼5-1與燃料棒包殼3-2為一整體，作為從模擬燃料棒釋放出的氣溶膠容納場(chǎng)所并方便取樣測(cè)量，通過設(shè)置在收集裝置外殼5-1上的取樣管5-2吸取樣品。

17、9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于，所述粒徑譜儀6包括掃描電遷移率粒徑譜儀6-1以及與掃描電遷移率粒徑譜儀6-1直接連通的預(yù)測(cè)量通道6-2、包殼內(nèi)測(cè)量通道6-4、收集裝置測(cè)量通道6-6、殘留氣體清理通道6-9；預(yù)測(cè)量通道6-2上設(shè)有預(yù)測(cè)量通道閥門6-3，包殼內(nèi)測(cè)量通道6-4上設(shè)有包殼內(nèi)測(cè)量通道閥門6-5，收集裝置測(cè)量通道6-6上設(shè)有收集裝置測(cè)量通道閥門6-7，殘留氣體清理通道6-9上設(shè)有殘留氣體清理通道閥門6-8。

18、本發(fā)明所解決的技術(shù)問題和優(yōu)點(diǎn)：

19、本發(fā)明所解決的技術(shù)問題：

20、1)本發(fā)明所述裝置解決了鉛鉍堆燃料破損后裂變產(chǎn)物釋放份額和速率的測(cè)量問題；

21、2)本發(fā)明所述裝置解決了實(shí)驗(yàn)中難以還原真實(shí)鉛鉍堆燃料棒結(jié)構(gòu)尺寸的問題。

22、本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

23、1)本發(fā)明的裝置采用了實(shí)際鉛鉍反應(yīng)堆燃料棒的構(gòu)造和尺寸，最大程度上貼近實(shí)際反應(yīng)堆，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠奠定了基礎(chǔ)。

24、2)本發(fā)明的氣體和氣溶膠粉末分別采用氦氣和二氧化鈦粉末，對(duì)環(huán)境與人體均無污染和危害，因此可直接向環(huán)境排放，大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)的廢物收集環(huán)節(jié)。

25、3)本發(fā)明的裝置由于其特殊的供氣方式(高壓氣罐供氣)，可以根據(jù)需求增減氣罐數(shù)量以滿足實(shí)驗(yàn)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間要求。

26、4)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工拆裝方便，可靠性高。

技術(shù)特征：

1.一種測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于：該裝置包括高壓氣罐(1)、氣溶膠混合裝置(2)、模擬燃料棒(3)、破口封閉裝置(4)、收集裝置(5)、粒徑譜儀(6)及管道閥門和流量壓力測(cè)量?jī)x表；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于，所述高壓氣罐(1)由多個(gè)氣罐組成以向氣溶膠混合裝置(2)提供足量的氣體，高壓氣罐通過氣罐調(diào)壓閥(7)與氣溶膠混合裝置(2)的氣溶膠注入段相連，以此調(diào)整氣溶膠注入段的上端壓力。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于，所述高壓氣罐(1)中的氣體為氦氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于，所述氣溶膠混合裝置(2)主體由混合裝置外殼(2-2)和位于外殼(2-2)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)螺桿(2-1)構(gòu)成，所述混合裝置外殼(2-2)上設(shè)置有混合裝置氣體進(jìn)口(2-3)和混合裝置氣溶膠出口(2-4)，由電機(jī)(2-5)提供動(dòng)力帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿旋轉(zhuǎn)軸(2-6)旋轉(zhuǎn)從使旋轉(zhuǎn)螺桿(2-1)旋轉(zhuǎn)，所述混合裝置外殼(2-2)內(nèi)底部布置有氣溶膠粉末(2-7)，通過所述旋轉(zhuǎn)螺桿(2-1)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)氣溶膠粉末(2-7)向上運(yùn)動(dòng)從而和來流氣體混合形成氣溶膠。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于，所述氣溶膠粉末(2-7)為二氧化鈦粉末。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于，所述模擬燃料棒(3)由上端塞(3-1)、燃料棒包殼(3-2)和內(nèi)部的芯塊單元構(gòu)成，所述上端塞(3-1)和燃料棒包殼(3-2)通過螺紋連接組成燃料棒整體，其中芯塊單元由相連接的彈簧(3-3)和芯塊(3-4)構(gòu)成，所述模擬燃料棒(3)各部分尺寸均參照真實(shí)鉛鉍快堆燃料棒尺寸設(shè)計(jì)；在所述上端塞(3-1)處放置了燃料棒壓力表(3-8)以測(cè)量模擬燃料棒內(nèi)部氣體壓力，在所述燃料棒包殼(3-2)上設(shè)計(jì)有破口(3-5)、注氣口(3-6)及取樣口(3-7)，分別用于釋放高壓氣體、向模擬燃料棒注入高壓氣體和對(duì)高壓氣體進(jìn)行取樣測(cè)量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于，所述破口封閉裝置(4)包括相對(duì)設(shè)置在模擬燃料棒(3)上的兩個(gè)密封裝置，每個(gè)密封裝置包括壓蓋(4-1)和壓桿(4-2)，兩個(gè)壓蓋(4-1)對(duì)接，所述壓蓋(4-1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和燃料棒包殼形狀一致且光滑以保證能貼合燃料棒包殼從而保證其密封性，密封破口時(shí)通過向兩個(gè)密封裝置的壓桿(4-2)外加沿模擬燃料棒徑向的力使兩個(gè)密封裝置封閉破口同時(shí)能保持燃料棒受力的均衡，打開破口時(shí)撤去徑向力移動(dòng)破口封閉裝置(4)露出破口。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于，所述收集裝置(5)的收集裝置外殼(5-1)與燃料棒包殼(3-2)為一整體，作為從模擬燃料棒釋放出的氣溶膠容納場(chǎng)所并方便取樣測(cè)量，通過設(shè)置在收集裝置外殼(5-1)上的取樣管(5-2)吸取樣品。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置，其特征在于，所述粒徑譜儀(6)包括掃描電遷移率粒徑譜儀(6-1)以及與掃描電遷移率粒徑譜儀(6-1)直接連通的預(yù)測(cè)量通道(6-2)、包殼內(nèi)測(cè)量通道(6-4)、收集裝置測(cè)量通道(6-6)、殘留氣體清理通道(6-9)；預(yù)測(cè)量通道(6-2)上設(shè)有預(yù)測(cè)量通道閥門(6-3)，包殼內(nèi)測(cè)量通道(6-4)上設(shè)有包殼內(nèi)測(cè)量通道閥門(6-5)，收集裝置測(cè)量通道(6-6)上設(shè)有收集裝置測(cè)量通道閥門(6-7)，殘留氣體清理通道(6-9)上設(shè)有殘留氣體清理通道閥門(6-8)。

10.一種如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置的使用方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種測(cè)量鉛鉍堆燃料破口處氣溶膠釋放份額及速率的裝置及方法，該裝置包括高壓氣罐、氣溶膠混合裝置、模擬燃料棒、破口封閉裝置、收集裝置、粒徑譜儀及管道閥門和流量壓力等測(cè)量?jī)x表。高壓氣罐用于提供所需氣體，氣溶膠混合裝置用于混合氣體和所用氣溶膠粉末，模擬燃料棒參照真實(shí)鉛鉍堆燃料棒尺寸和構(gòu)造設(shè)計(jì)用于容納高壓氣溶膠并構(gòu)造不同形狀和尺寸的包殼破口，破口封閉裝置用于封閉破口構(gòu)造燃料棒內(nèi)部的封閉環(huán)境，收集裝置作為氣溶膠的容納場(chǎng)所便于后續(xù)取樣測(cè)量，粒徑譜儀用于測(cè)量樣品氣體的氣溶膠顆粒濃度。本發(fā)明能完成燃料棒芯塊?包殼間隙內(nèi)氣溶膠通過包殼破口釋放份額及氣體通過破口釋放速率的測(cè)量，用于研究不同裂變氣體壓力和不同破口尺寸及形貌下氣溶膠及裂變氣體的釋放特性。

技術(shù)研發(fā)人員：章靜,何濟(jì)君,楊國(guó)瑞,肖琮予,巫英偉,賀亞男,王明軍,蘇光輝,田文喜,秋穗正
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19