[发明专利]陶瓷坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及一种坩埚，具体而言涉及一种陶瓷坩埚。

背景技术

核反应堆在严重事故工况下，堆芯熔融物（堆芯熔熔融物的主要成分为含铀、锆的氧化物混合物）移位至压力容器下封头，并重新混合重组，形成稳定熔池。如能对堆芯熔融物熔池进行有效的冷却，将其滞留在压力容器内，就可避免压力容器失效，从而为限制核反应堆裂变产物向安全壳内大规模释放提供了实体屏障，同时防止了多数可能威胁安全壳完整性的核反应堆堆外现象，进而保证安全壳的完整性。堆芯熔融物熔池直接接触压力容器下封头，压力容器下封头传热热流大小直接关系到熔融物堆内滞留过程的有效性，所以需要对堆芯熔融物熔池的传热现象进行研究。

基于上述原因，需要设计一种陶瓷坩埚，其能够实现具有内热源等壁温的自然对流传热的半球形熔池，以对堆芯熔融物氧化物熔池（主要成分为含铀、锆的氧化物混合物）的传热现象进行研究。为此陶瓷坩埚需要满足：1）耐高温(例如大约1000度)；2）熔池呈半球形；3）可准确测量出半球形熔池在半球形边界上的不同极角处的热流密度值；4）具有比较均匀的坩埚内热源；5）熔池被壳层包裹，壳层的主要组分为熔池组分；以及6）熔池具有等温边界，这是因为壳层组分（熔池组分）的凝固温度为恒定温度。半球形熔池边界上的热流密度分布曲线是研究熔池传热的关键参数，是准确评估堆芯熔融物在压力容器内滞留过程的重要因素，因而需要准确测量出半球形熔池在半球形边界上的不同极角处的热流密度值。

冷坩埚感应加热技术可用于熔化堆芯熔熔融物模拟物。授权公告号CN 201983623 U（授权公告日 2011.09.21）公开了一种具有高悬浮能力的感应熔炼技术的冷坩埚。该冷坩埚采用分瓣结构，为增强悬浮能力坩埚底部区域采用收缩的结构，可以采取球面形状。该冷坩埚在应用于研究芯熔融物熔池传热现象中会产生以下问题：1.未指明可以熔化含铀锆氧化物混合物；2.无法测量出熔池在半球形边界上不同极角处的热流密度；3.坩埚内壁面没有特殊处理，会造成坩埚底部区域的壳层厚度过厚，使熔池形状偏离半球形，而形成半椭球形状。不能解决芯熔融物熔池技术特征1、特征2和特征3。

申请公布号CN 102072649 A（申请公布日 2011.05.25）公开了一种冷坩埚感应加热悬浮炉。该悬浮炉的冷坩埚上部为内锥小于3°的圆柱体，底部为半球体。该冷坩埚在应用于研究芯熔融物熔池传热现象中会产生以下问题：1.未指明可以熔化含铀锆氧化物混合物；2. 无法测量出熔池在半球形边界上不同极角处的热流密度；3.因为产生悬浮现象而在底部区域不形成壳层；4.悬浮后熔池的形状近球形，而非半球形。不满能解决芯熔融物熔池技术特征1、特征2、特征3和特征5。

文章《Application of cold crucible for melting of UO₂/ZrO₂ mixture》（期刊《Materials Science and Engineering》 A357(2003)297-303）提及了一种冷坩埚结构，用于熔化UO₂/ZrO₂的混合物。该冷坩埚在应用于研究堆芯熔融物熔池传热现象中会产生以下问题：1. 无法测量出熔池在半球形边界上不同极角处的热流密度；2.坩埚为圆柱形状不能形成半球形熔池。不满能解决芯熔融物熔池技术特征2和特征3。