模擬loca工況下對核燃料包殼管性能評估的實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評估的實驗裝置，特別涉及一種模擬LOCA工況發生時在高溫水蒸氣氧化及淬火中用于評估核燃料包殼性能的實驗裝置。
【背景技術】
[0002]核燃料包殼管為核燃料芯塊外面的一層保護層，它保護燃料芯塊不受冷卻劑的侵蝕，避免燃料中裂變產物外泄，使冷卻劑免受污染，同時還能保持燃料元件的幾何形狀并使之有足夠的剛度和機械強度。包殼是反應堆中工況最苛刻的重要部件。其工況條件為其包容核燃料，承受高溫高壓和強烈的中子輻射，受裂變氣體壓力、腐蝕、燃料腫脹、吸氫致脆等危害，受冷卻劑壓力、沖刷、振動和腐蝕以及氫脆等威脅。因此核燃料包殼管的性能十分重要，關系到核電站的安全。
[0003]LOCA為反應堆運行過程中非常嚴重的事故，該事故發生主要由以下原因引起的:一回路一根管道或輔助系統的管道破裂;一回路或輔助系統管道的閥門意外打開或不能關閉;輸送一回路介質的栗的軸封或閥桿泄露。LOCA事故發生時反應堆失去一回路冷卻劑，堆芯冷卻不良導致包殼溫度快速升高，使其氧化速率加快，造成包殼材料氧化膜厚度快速增加。在LOCA的后期，大量的水注入反應堆活性區，使包殼材料溫度快速下降，可以認為該過程是對包殼材料的淬火，如果包殼材料沒有足夠的抗沖擊能力便會發生破裂，導致放射性裂變產物釋放，對反應堆的安全構成威脅。
[0004]如果用堆內實驗獲得燃料包殼材料在LOCA工況下的行為，不僅技術復雜，而且耗費較大。因此，基本上采用反應堆外模擬技術及裝置來評估燃料核燃料包殼管的性能。目前，進行模擬LOCA工況下包殼行為的裝置較少，大部分為了利于控溫采取外部加熱的方式，該方式與LOCA真實工況不相符合，不能夠更加真實的反應工況下材料的性能。同時，一部分實驗裝置在加熱過程中核燃料包殼管不能自由膨脹，因此燃料核燃料包殼管在整個試驗過程中承受了一定的外力，這將對試驗結果產生一定的影響，不能準確的反應材料的真實性能，還有一部分實驗裝置在加熱過程中核燃料包殼管能夠自由膨脹，但其存在了膨脹后變彎的問題，無法使得包殼管能夠自由伸縮，更準確的測試材料的性能。
【發明內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評估的實驗裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型采取如下技術方案:
[0007]—種模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評估的實驗裝置，其包括:
[0008]用于容納核燃料包殼管的型腔，該型腔包括通過密封件分隔形成的位于上下兩端的真空腔和位于中部的淬火腔，在密封件上設有通孔，核燃料包殼管至少有兩節，每兩節之間通過連接件相密封連接，且多節核燃料包殼管中有一節為尺寸滿足實驗需求的實驗管，在相連接后的多節核燃料包殼管的上下兩端部分別穿過相對應端部的通孔、并分別位于上下兩端的真空腔內，其中連接件的兩端部分別能夠滑動地設置在核燃料包殼管內，且在連接件上開設有連接孔，實驗管在受熱膨脹后能夠自由伸縮；
[0009]用于密封相連接后的多節核燃料包殼管兩端部的上封頭和下封頭，且分別在上封頭和下封頭上開設有上孔和下孔；
[0010]加熱裝置，其包括兩端部分別穿入上孔和下孔中、且位于連接孔中的發熱體，上封頭和下封頭、以及連接件將發熱體與核燃料包殼管的內壁絕緣隔開。
[0011]優選地，連接件、上封頭和下封頭的材質相同，均為石英、陶瓷或碳化硼中的一種。其中材質碳化硼最佳，便于連接件的加工成型。
[0012]優選地，發熱體的兩端部分別伸出上封頭和下封頭，加熱裝置還包括分別連接在發熱體兩端部的電極。
[0013]進一步的，電極的材質為銅。
[0014]進一步的，加熱裝置還包括分別設置在真空腔內、用于將電極與真空腔相絕緣的絕緣層。
[0015]根據本實用新型的一個具體實施和優選方面，相連接后的多節核燃料包殼管豎直位于型腔的中部，且在下封頭的底部還設有用于支撐所述發熱體的支撐塊，該支撐塊為絕緣體。
[0016]優選地，上孔、下孔、連接孔的中心位于同一條直線上，所述的發熱體位于相連接后的多節所述核燃料包殼管的中部。
[0017]優選地，核燃料包殼管有兩節，實驗管位于下方，當對實驗管進行淬火處理時，位于淬火腔內的淬火液的液位處于連接件的下方。防止淬火液滲進實驗管的內部。
[0018]根據本實用新型的又一個具體實施和優選方面，實驗裝置還包括氣體保護裝置，該氣體保護裝置包括保護氣體存儲器;分別向真空腔、淬火腔、以及核燃料包殼管內通入保護氣體的管道;以及控制閥。
[0019]此外，密封件為水冷密封件，相連接后的多節核燃料包殼管的上下兩端部分別與通孔由石墨密封圈進行密封。
[0020]淬火腔上還設有測溫窗口。便于實際操控。同時，淬火腔上還設有與淬火腔相連通的水蒸氣入口管道和出口管道、以及用于通入或排出淬火液的管道。
[0021]由于以上技術方案的實施，本實用新型與現有技術相比具有如下優點:
[0022]本實用新型的裝置設計巧妙，合理，使得燃料包殼管在管受熱過程中可以自由膨脹和伸縮，同時由連接件將相鄰兩個燃料包殼管活動且密封設置，還能夠解決核燃料包殼管在加熱過程中膨脹變彎的問題，從而能夠準確的評估核燃料包殼管性能，結構簡單，操作方便，且成本低。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和具體的實施例對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0024]圖1為根據本實用新型的實驗裝置的結構示意圖；
[0025]其中:1、核燃料包殼管(鋯合金包殼管)；2、型腔;3、密封件(水冷密封件)；4、真空腔;5、淬火腔；6、連接件;7、上封頭;8、下封頭;9、加熱裝置;90、發熱體;91、電極；10、氣體保護裝置;100、保護氣體的管道;11、墨密封圈；12、測溫窗口； 13、水蒸氣的入口管道;14、水蒸氣的出口管道;15、淬火液的管道(通入或排出)；16、支撐塊。
【具體實施方式】
[0026]如圖1所示，本實施例提供模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評估的實驗裝置，其主要包括:用于容納核燃料包殼管I的型腔2，該型腔2包括通過密封件3分隔形成的位于上下兩端的真空腔4和位于中部的淬火腔5，在密封件3上設有通孔(圖中未顯示)，核燃料包殼管I至少有兩節，每兩節之間通過連接件6相密封連接，且多節核燃料包殼管I中有一節為尺寸滿足實驗需求的實驗管，在相連接后的多節核燃料包殼管I的上下兩端部分別穿過相對應端部的通孔、并分別位于上下兩端的真空腔4內，其中連接件6的兩端部分別能夠滑動地設置在核燃料包殼管I內，且在連接件6上開設有連接孔，實驗管在受熱膨脹后能夠自由