[发明专利]一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法

说明书

一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法，该系统包括试验容器，其内部安装加热炉，通过电磁感应加热将物料进行加热熔化，获取高温熔融物；试验容器中高纯度的金属钠通过其底部相连的储钠罐提供，其排出的含有杂质的金属钠由沉淀罐接收，并通过管路上的过滤装置进行净化，净化后的金属钠再次排入储钠罐；试验系统中包含由氩气回路和真空泵，通过抽真空和充氩气的方式去除试验系统中的空气，为试验系统提供惰性环境保护，此外，试验系统中液态金属钠的流动依靠重力和容器间的压差实现；本发明通过开展熔融物与液态金属相互作用的试验，揭示熔融物在冷却剂中的碎裂行为特性，为液态金属反应堆的安全设计提供评估。

技术领域

本发明涉及反应堆严重事故条件下堆芯熔融物与冷却剂相互作用研究的技术领域，具体涉及一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法。

背景技术

当钠冷快堆发生严重事故时，高温堆芯熔融物在冷却剂中的碎裂过程相当复杂和关键，过去几十年积累了大量有关堆芯损坏事故的知识和理论，有助于增加实验依据和计算机程序升级。但是有关堆芯熔融物在冷却剂中的碎裂机理仅存有是某些定性的结论，缺乏有关堆芯熔融物的碎裂特性的完整数据以及数学物理模型。在堆芯熔融物与冷却剂接触过程中，由于各种原因的共同作用致使熔融物在液态钠中发生碎裂现象，碎裂现象的出现对于严重事故后续的事故进程尤为重要，直接决定严重事故的影响范围和威胁程度，因此开展对熔融物碎裂后碎片的物理特征等相关问题的研究不仅可以深入了解熔融物在液态金属钠中的行为机理，而且积累大量实验数据和相关现象机理，不仅可为钠冷快堆严重事故分析程序的开发和验证提供支撑，而且为钠冷快堆的安全设计以及事故预防和缓解措施的制定具有指导意义。

例如，文献(Zhi-Gang Zhang,Ken-Ichiro Sugiyama.Fragmentation of asingle molten metal droplet penetrating into sodium pool.IV.Thermal andhydrodynamic effects on fragmentation in copper[J].Journal of Nuclear Scienceand Technology,2012,49(6):602-609)公开了一种熔融物与液态金属钠相互作用的试验装置，采用电磁感应加热方式获得熔融物，并通过提升氧化铝套管的方式将熔化后的物料释放进行研究熔融物在液态金属钠中的行为特性以及碎片的物理特征；但是该实验装置对熔融物的装量仅为克量级，与真实的反应堆工况差异极大；此外，石墨坩埚在高温下，由于碳元素的扩散特性会对熔融物料引入杂质，影响试验结果；并且无法研究熔融物液柱直径对熔融物在液态金属钠中碎裂特性的影响。

例如，文献(Satoshi Nishimura,Zhi-Gang Zhang,Ken-Ichiro Sugiyama,etal.Transformation and fragmentation behavior of molten metal drop in sodiumpool[J].Nuclear Engineering and Design,2007,237:2201–2209)也公开了一种熔融物与液态金属钠相互作用的实验装置，其采用电加热的方式获取高温熔融物，并通过旋转熔炉坩埚的方式将熔融物倒入液态金属钠中；但是该装置对坩埚旋转的操作要求极高，并且无法形成具有一定直径的熔融物液柱，无法研究熔融物液柱直径对熔融物在液态金属钠中碎裂特性的影响。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法，开展高温熔融物与液态金属相互作用的试验，获得熔融物与液态金属钠相互作用的实验数据，揭示熔融物在液态金属中的行为机理。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：