[发明专利]一种模拟核反应堆燃料棒的电加热装置及装配工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种电工工具，具体涉及一种模拟核反应堆燃料棒的电加热装置及装配工艺。

背景技术

提高反应堆运行的安全性是核能应用发展过程中始终不变的任务。福岛事故后，国际上核技术发达国家诸如美国、法国等纷纷提出缓解与预防同等重要，尤其对于一些小概率大风险的严重事故现象必须要引起足够重视。严重事故管理中，注水淹没堆芯是很重要的应对策略，它对终止事故发展，缓解事故后果起到重要作用，这种策略的重要性在福岛核事故中得到了体现。但是，在成功冷却燃料组件之前，水的注入可能会导致锆合金与水发生放热的锆水反应，从而引起堆芯温度快速上升以及氢气的产生。这一现象在三里岛事故后分析以及随后开展的多项国际性合作实验中得到验证。

为了掌握注水时机、注水流量以及材料类型等的影响，为压水堆失水事故的正确干预提供参考，必须开展压水堆用燃料元件高温降质及再淹没行为实验。因此，需要一种模拟核反应堆燃料棒的电加热装置，以实现电加热功率精确可控，实现严重事故下核反应堆燃料棒发生的锆水反应、表层破裂等现象的模拟，在模拟燃料棒表层破损条件下，仍可继续发热用于模拟衰变热，可耐受2400℃以上高温同时实时测量壁温等。

以关键词高温(High temperature)、模拟装置(Simulator)、电加热(Electric Heating)、锆水反应(zirconium-steam/water reaction)、再淹没(Reflooding)、燃料棒(Fuel Rod)、骤冷(Quench)在专利网和中英文期刊网上进行了检索，没有检索到涉及该方面技术的记载。实现电加热功率精确可控，实现严重事故下核反应堆燃料棒发生的锆水反应、表层破裂等现象的模拟技术是本领域的技术瓶颈，亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟核反应堆燃料棒的电加热装置及装配工艺，实现电加热功率精确可控，实现严重事故下核反应堆燃料棒发生的锆水反应、表层破裂等现象的模拟，达到在模拟燃料棒表层破损条件下，仍可继续发热用于模拟衰变热，可耐受2400℃以上高温同时实时测量壁温的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种模拟核反应堆燃料棒的电加热装置，包括模拟包壳，在模拟包壳内设置有在模拟包壳的轴向上叠放的多个模拟燃料元件芯块，模拟燃料元件芯块的横截面为环状结构，在模拟燃料元件芯块上设置有沿其轴向延伸的16个通孔，在部份所述的通孔内安装有热电偶丝正极、在部份所述的通孔内安装有热电偶丝负极，在其余的所述通孔内存储惰性气体；在模拟燃料元件芯块的内部空腔中安装有电加热棒；在模拟包壳外侧安装有多个外置式壁温热电偶。本发明的电加热装置电加热功率精确可控，加热器可耐受3000℃高温，在模拟燃料棒表层包壳破损条件下，仍可继续发热用于模拟衰变热，模拟燃料芯块无放射性且与二氧化铀物理性质相似，可以较好的模拟燃料芯块的热特性，可以模拟严重事故下核反应堆燃料棒发生的锆水反应、表层破裂等现象；在包壳发生破损时会发生特殊惰性气体泄漏，泄漏出的特殊惰性气体可用于表层破损的实时监测。在模拟燃料棒包壳外焊接设置壁温热电偶，同时采用嵌入式热电偶，可设置的测点更多，耐温更高，实时测量0℃～2400℃壁面温度。本发明主要用于实验室模拟核反应燃料棒，开展严重事故条件下压水堆用燃料棒高温降质及再淹没行为实验。工作介质为水介质、蒸汽介质或惰性气体介质，工作压力常压～5MPa，长期工作温度为常温～1800℃，短期工作温度为常温～2400℃。

所述的电加热棒采用钨、钼、钨钼合金或钼铜合金制成棒状结构，其一端为平面，另一端为球形端面，从棒状结构的平面端进行切割加工形成间隙，在该间隙内安装绝缘层。进一步讲，本发明金属棒采用分瓣式结构，受热条件下会增大膨胀量，使得金属棒和模拟燃料芯块接触更为紧密，减小传热热阻，在相同模拟包壳温度条件下降低金属棒温度，延长电加热棒寿命，扩大工作温度范围；本发明的金属棒作为电加热器，采用分瓣式中间设置绝缘层的结构，可实现电缆单端进出，降低模拟燃料棒的密封难度。

采用ZrO₂材料模拟燃料芯块，无放射性且物理性质相似，可以较好的模拟燃料芯块的热特性。表层包壳采用模拟燃料棒包壳同种材料，可以模拟严重事故下核反应堆燃料棒发生的锆水反应、表层破裂等现象；模拟包壳内设置有特殊惰性气体储存空间，在包壳发生破损时会发生特殊惰性气体泄漏，泄漏出的特殊惰性气体可用于表层破损的实时监测；在模拟燃料棒包壳外焊接设置壁温热电偶，同时采用嵌入式热电偶，可设置的测点更多，耐温更高，实时测量0℃～2400℃壁面温度。