[发明专利]一种燃料芯块熔点测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔点测试领域，尤其涉及一种燃料芯块熔点测量装置及方法。

背景技术

芯块熔点是核燃料元件重要的考核指标，是性能分析必须的重要参数。目前，成熟的二代加以及三代水堆核电站，均采用UO₂芯块，UO₂的性能得到了广泛的研究，其熔点约2800℃。2011年3月11日，由地震叠加海啸诱发的日本福岛核事故导致了堆芯熔毁及放射性物质大范围扩散的灾难性后果。日本福岛核事故后，全世界更加关注核安全，对核安全也提出了更高要求。为了降低现役和新建核电站严重事故发生的可能性，提高核电站预防和缓解严重事故的能力，世界核能界进行了广泛而深入的讨论。美国能源部首先从政府层面提出开展事故容错燃料（ATF，Accident Tolerant Fuel）研究，以提高核燃料抵御严重事故的能力，并优先开发提升事故安全性能的核燃料和包壳。在ATF核燃料芯块研发方面，目前主要集中在高密度、高热导率燃料芯块方向，包括：UN、U₃Si₂、FCM-UO₂（SiC陶瓷基体弥散TRISO燃料）、含添加剂的氧化物燃料（主要提高其热导率）等。

熔点作为新型核燃料芯块的重要检测指标之一，其数据的准确性对反应堆运行安全有重要影响。核燃料芯块熔点检测，由于一直以来广泛采用UO₂芯块，其熔点得到广泛的认可，目前国内没有相关机构具备检测核燃料熔点的能力；对于ATF核燃料芯块，比如添加BeO的氧化物燃料，具有较强的毒性，且在高温时挥发严重；ATF核燃料芯块尚处于选型阶段，研究方向较多，需要一种准确、安全、高效的分析手段。

目前现有的一种检测方法是检验熔化状态法。将样品(例如UO₂)放到钨坩埚内，焊接密封，然后将钨柑锅加热到预先估计的各个不同温度，保温三分钟，测量坩埚盖上的黑体洞温度。待坩埚冷却后，用X光探伤仪逐一检查其中样品是否熔化。一系列加热以后，在不熔化的最高温度和熔化的最低温度之间确定其熔点。该方法虽然测试结果较于精准，但过程复杂，成本高，不易多次操作。有些材料在高温时挥发严重，如果采用上述方法，样品直接放入发热体内，高温时的挥发物会大量沉积在观察窗上，严重地影响测温精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的测量过程复杂、成本高等缺陷，提供一种燃料芯块熔点测量装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种燃料芯块熔点测量装置，包括：真空腔、设置在所述真空腔内盛放待测样品的加热容器、加热所述待测样品的加热装置、设置在所述加热容器外围的废气收集管道、设置在所述真空腔外与所述废气收集管道连接抽气的抽气装置、以及监测所述待测样品温度的温度感应装置。

优选的，所述加热容器包括一侧开口的坩埚；所述待测样品设置在所述坩埚中。

优选的，所述坩埚的开口侧设置有碳纤维封口。

优选的，所述真空腔与所述坩埚开口相对的位置处设置有观察窗。

优选的，所述燃料芯块熔点测量装置还包括设置在所述真空腔外、通过所述观察窗拍摄所述待测样品的摄像装置。

优选的，所述温度感应装置包括设置在所述真空腔外、感测所述待测样品温度的红外温度传感器。

优选的，所述废气收集管道包括在所述坩埚的开口侧设置的收集管道；所述收集管道上设置有毛细洞口。

优选的，所述抽气装置包括与所述废气收集管道连接的过滤装置、设置在所述过滤装置后端的抽真空泵、以及与所述抽真空泵连接的排风装置。

优选的，所述加热装置包括设置在所述加热容器外围的感应线圈、以及设置在所述真空腔外、连接并控制所述感应线圈产生高频磁场的控制系统。

本发明还提供一种燃料芯块熔点测量方法，包括以下步骤：

S1：将燃料芯块制作成具有黑体洞的待测样品，放置于加热容器中；

S2：通过加热装置对所述待测样品进行加热；

S3：在所述待测样品受热熔化时，通过抽气装置通过废气收集管道将所述待测样品产生的废气进行抽吸收集；

S4：通过温度感应装置监测所述待测样品的温度变化，并在所述待测样品的黑体洞消失时记录为所述待测样品的熔点。

实施本发明的有益效果是：本发明通过在真空腔内设置废气收集管道，可以及时的抽出待测样品受热所产生的废气、高温挥发物等，从而可以保证有毒物质可以被有效处理，具有操作方便，可多次重复，适用范围广等优点。

附图说明