[发明专利]模块式套管型随堆辐照考验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种核反应堆材料的测试装置，具体是模块式套管型随堆辐照考验装置。

背景技术

在核反应堆材料的设计、研制过程中，除进行反应堆外的各种性能测试外，最重要的一个环节就是进行堆内辐照考验及辐照后检验评价，堆内辐照考验可以获得新材料耐辐照性能的关键数据，为材料的成分调整及制造工艺改进提供数据支持。核安全法规规定，任何新研发的燃料组件及结构材料必须通过辐照考验才能进行实际工程应用。

材料堆内辐照考验必须使用相应的辐照考验装置，由于高通量工程试验堆（HFETR）内层孔道γ热值约为外层孔道的10倍，现有的辐照考验装置应用于内层孔道不能有效导出辐照试验过程中的高释热，为了确保辐照考验装置安全和反应堆安全，现有材料辐照考验装置主要安装在反应堆铝反射层以及堆芯外围孔道。然而，高通量工程试验堆内、外层孔道快中子通量分布具有较大差异，中心孔道快中子通量约为1.6×10¹⁵n·(cm²·s)^-1，而外层孔道快中子通量仅为0.25×10¹⁵n·(cm²·s)^-1，前者为后者的6.4倍。使用外层孔道进行辐照试验明显大于使用内层孔道进行辐照试验所需的时间，将材料辐照考验装置安装在反应堆外层孔道，能够较容易地控制材料辐照样品温度，但却使材料堆内辐照考验周期延长，并且辐照装置长期占用辐照孔道，影响反应堆的运行管理，增大了试验成本，致使高通量工程试验堆高快中子通量优势不能得到充分发挥。因此，开发适用于高通量工程试验堆高通量区的材料辐照考验装置成为目前人们普遍关注的问题，然而现今没有相应的设备，也未见相关的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种可应用于高通量工程试验堆内层孔道进行辐照试验，且辐照试验过程中便于导出高释热，进而可缩短辐照时间的模块式套管型随堆辐照考验装置。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：模块式套管型随堆辐照考验装置，包括试验装置、进气管及出气管，所述试验装置包括内套管、外套管、顶法兰、底法兰及材料夹持装置，所述内套管设置在外套管内，内套管和外套管两者的两端均分别与顶法兰和底法兰连接，顶法兰、底法兰、内套管及外套管整体构成具有环形空腔的辐照罐，所述内套管内部的通道构成冷却剂流道；所述材料夹持装置构成圆柱状，材料夹持装置设有贯穿其两个圆形端面的中央通孔、气管通孔、样品存放槽及多个电加热元件孔，所述中央通孔的两端开口分别位于材料夹持装置两个圆形端面的中央部位，材料夹持装置位于辐照罐的环形空腔内，内套管穿过材料夹持装置的中央通孔且与中央通孔大小匹配，多个电加热元件孔环绕中央通孔设置，所述进气管一端依次穿过顶法兰和气管通孔后设置在辐照罐内，所述出气管一端穿过顶法兰且设置在辐照罐内。本发明创造应用时进气管连接外部充气装置，本发明工作时通过调节辐照罐内气体成分来调节热阻，从而调节材料辐照样品考验温度；本发明创造中内套管构成的冷却剂流道为辐照罐的内流道，材料夹持装置填充辐照罐的环形空腔后环形空腔剩余的空间构成辐照罐的环形气隙，进气管和出气管一端设置在辐照罐内后均与辐照罐的环形气隙接通。

本发明应用时在材料夹持装置内夹块电加热元件孔内布置电加热元件实现对辐照样品阴、阳面考验温度的不均匀性补偿，具体过程为：根据热电偶监测结果投入相应方向的电加热元件加热辐照样品，使整个材料辐照样品考验温度一致。本发明应用时辐照罐内表面与材料夹持装置外表面间形成环形间隙，内充惰性混合气体，当热源变化时，通过调节混合气体成分，从而使得材料辐照样品温度缓慢改变，克服由于热源变化引起的辐照样品材料冷热效应。本发明应用时可对安装于电加热元件孔内的电加热元件分别进行控制，根据需要决定是否投入使用。此外，在电加热器内部根据计算分段缠绕线圈，每段线圈密度不一致，使得各段的电加热功率不均匀。