[发明专利]一种用于高温芯轴试验的包壳破裂失效实时监测系统

说明书

本发明公开了一种用于高温芯轴试验的包壳破裂失效实时监测系统，包括高纯氩气罐，炉体，炉体顶部的柱形腔室，连接柱形腔室上壁面的气压表，连接炉体侧壁面的气压表，连接柱形腔室与氩气罐的氩气进口管及减压阀，连接炉体侧壁面的空气进口管及减压阀，连接炉体底部和氧分析仪的气体出口管，还包括炉体内部的密封盖及密封底座，密封盖和密封底座之间的芯轴试验段，插入芯轴试验段内部的柱塞；利用炉体加热，实现芯轴试验段的温度控制；利用芯轴试验段两侧的密封盖和密封底座，实现芯轴试验段内外表面的气体隔离；通过控制减压阀实现芯轴试验段外表面气压大于内表面气压；利用气体流经密封底座并通入氧分析仪，实现对包壳破裂失效的实时监测。

技术领域

本发明属于核燃料及材料性能测试技术领域，具体涉及一种用于高温芯轴试验的包壳破裂失效实时监测系统。

背景技术

商用核燃料包壳管作为核反应堆内的关键构件，在堆内面临高温、辐照、氧化、化学腐蚀等复杂的环境，并且随着燃耗的增加，棒状燃料元件非常容易发生PCI(包壳芯块相互作用)，使包壳管破裂失效。新型的商用燃料棒包壳管在入堆前必须充分了解包壳管在正常和极限工况下的失效情况。其中，芯轴试验便是新型包壳管入堆前所必须进行的项目之一。

随着国内外对包壳性能的研究日趋成熟，能够更有效、直接的获得不同包壳的稳定性优劣以及失效准则成为当下新型包壳管入堆前的研究重点，因此搭建高温环境下的芯轴试验台架以及包壳破裂失效实时监测系统比不可少。其中，需要解决包壳温度控制问题、包壳破裂失效判定问题。

然而核反应堆正常工况下，包壳管处于高温环境，具有更好的延展性。芯轴试验的高温控制、包壳管高温破裂失效判定是包壳失效准则制定的技术难点。

目前在核燃料及材料性能测试技术领域，国内缺少芯轴试验装台架，更缺少高温环境下的芯轴试验台架。而国外进行的芯轴试验大部分在常温下进行，在高温下进行的芯轴试验没有有效的包壳失效判定方法。

例如文献《Nilsson,Karl Fredrik,et al.The segmented expanding cone-mandrel test revisited as material characterization and component test forfuel claddings.Nuclear Engineering and Design 241.2(2011):445-458.》详细介绍了常温下包壳管锥体芯轴试验装置。该实验装置使用非接触式变形测量传感器对包壳管变形进行测量与分析，通过包壳管完全断裂来判定包壳失效。此装置测量原理简单，能够对比不同包壳材料力学性能，但无法模拟高温环境，也无法模拟内表面碘蒸气环境以及真实堆内包壳失效情形。

又如文献《Grosjean C,Dominique P,Salabura J C,et al.Cladding TubeTesting in Creep Conditions under Multiaxial Loading:A New Device and SomeExperimental Results[C].Transactions,SMiRT 19.Toronto,August 2007.》详细介绍了高温环境下包壳管的蠕变测试多轴加载系统。该实验系统能够提供包壳管高温环境，并使用电子拉伸机对包壳管实现多轴加载，能够获得高温下包壳蠕变性能。此实验系统能够进行包壳管高温蠕变性能测试，但无法获得包壳管在高温环境下的失效准则，也无法模拟包壳PCI效应。