CN107331425A - 一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法

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：

一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统，所述试验系统包括储钠罐1、回钠罐2、氩气缓冲罐3、反应容器4、电磁感应加热熔炉5、油冷回路6、真空泵7、油冷压缩机8、油泵9、液态金属钠过滤装置10以及管道阀门；所述的反应容器4为该试验系统的主要装置，其内上部空间安装有电磁感应加热熔炉5，通过电磁感应加热的方式为实验提供熔融物；下部空间充有从储钠罐1充入的液态金属钠，根据实验工况要求，将熔融物注入液态金属钠中，从而完成熔融物与液态金属相互作用实验。

反应容器4内液态金属钠池中布置有多组热电偶412，对其温度变化进行测量，其底部安装有托盘对熔融物碎片进行收集，其外壁面缠绕有电加热丝并包裹保温棉，对内部液态金属钠的温度进行控制。

所述的电磁感应加热熔炉5由氧化锆坩埚601、设置在氧化锆坩埚601外部的石墨坩埚602、设置在石墨坩埚602外部的电磁感应线圈603以及烧结电磁感应线圈603的镁砂打结体604组成，并通过其下部的支撑结构605将其固定在反应容器4的内壁面上，电磁感应线圈603的供电和冷却通过第一电源接线柱608和第二电源接线柱609以及第一冷却管线606和第二冷却管线607完成，且电源接线柱和冷却管线镶嵌在法兰盘上，该法兰盘通过与反应容器4上的法兰相连接，实现贯穿件的高度密封；反应容器4外部的电磁感应线圈油冷回路6上分布有油冷压缩机8和油泵9，驱动低温冷却油对电磁感应线圈603进行持续冷却；第一电源接线柱608和第二电源接线柱609与中频感应电源相连，为电磁感应线圈603提供高频的交流电源。

储钠罐1、回钠罐2和反应容器4中均涉及金属钠，初始试验时需通过真空泵7和氩气缓冲罐3提供的氩气对试验系统去除残留的空气，从而提供惰性环境保护；通过氩气缓冲罐3以及不同气阀间的开关配合实现容器内压的不同，储钠罐1、回钠罐2和反应容器4中液态金属钠的流动依靠重力及各容器间的压差驱动。

储钠罐1位于反应容器4的底部，并通过第一钠阀101和第二钠阀102相连，为反应容器4注入高纯度液态金属钠；回钠罐2位于储钠罐1的侧位，依次通过第一钠阀101、第三钠阀103、过滤装置10、和第五钠阀105与反应容器4相连，接收由反应容器4回流的液态金属钠；经过过滤装置10对回流的液态金属钠进行过滤后，最终流入回钠罐2中进行沉淀，待回流的金属钠在回钠罐2中沉淀充分后，依靠储钠罐1和回钠罐2之间的压差，将净化后的金属钠注入储钠罐1中。

储钠罐1和回钠罐2分别安装三个储钠罐电加热棒组件和三个回钠罐电加热棒组件，每个电加热棒组轴向分布三层，每层周向均匀分布3根，并在外壁面缠绕有电加热丝和包裹保温棉；其内部金属钠的温度由轴向布置的三根储钠罐热电偶401～403和三根回钠罐热电偶404～406进行测量，储钠罐1和回钠罐2内金属钠的液位分别由储钠罐液位探针501和回钠罐液位探针502进行监测，内部氩气压力分别由储钠罐压力表302和回钠罐压力表303进行测量显示。

在液态金属钠的流动管道和阀门位置上，布置多个热电偶进行温度的测量和监测，避免金属钠凝固堵塞。

氩气缓冲罐3为整个试验系统提供氩气，并通过压力表301测量显示其内部的压力，出口总阀201控制整个氩气回路的开关；氩气主管路和真空泵7通过支路与储钠罐1、回钠罐2和反应容器4相连，进行抽真空和充入氩气。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

本发明所述的一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法，是针对钠冷快堆严重事故条件下的堆芯熔融物在液态金属钠中碎裂特性研究而发明的试验系统，本发明的试验系统采用千克量级的高温熔融物开展试验，初始条件接近于反应堆真实工况，试验结果能较大限度的应用于工程实际中；

本发明所述的一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法，可对金属、金属氧化物以及金属和金属氧化物的混合物作为堆芯熔融物进行实验，从而可以开展燃料芯块和包壳不同熔化量对堆芯熔融物在液态金属钠中碎裂特性的影响。

本发明所述的一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法，采用电磁提升的方式将熔化的物料通过坩埚底部的陶瓷释放管以射流的形式注入到液态金属钠中，可以开展不同熔融物射流直径等因素对堆芯熔融物在液态金属钠中的碎裂特性的影响，方便快捷，安全可靠。

附图说明

图1为本发明一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统示意图。

图1中：1为储钠罐，2为回钠罐，3为氩气缓冲罐，4为反应容器，5为电磁感应加热熔炉，6为油冷回路，7为真空泵，8为油冷压缩机，9为油泵，10为液态金属钠过滤装置；101为第一钠阀，102为第二钠阀，103为第三钠阀，104为第四钠阀，105为第五钠阀；201为出口总阀，202为第二气阀，203为第三气阀，204为第四气阀，205为第五气阀，206为第六气阀，207为第七气阀，208为第八气阀；301为压力表，302为储钠罐压力表，303为回钠罐压力表；401为第一储钠罐热电偶，402为第二储钠罐热电偶，403为第三储钠罐热电偶，404为第一回钠罐热电偶，405为第二回钠罐热电偶，406为第三回钠罐热电偶，407为第七热电偶，408为第八热电偶，409为第九热电偶，410为第十热电偶，411为第十一热电偶，412为第十二热电偶；501为储钠罐液位探针，502为回钠罐液位探针；601为氧化锆坩埚，602为石墨坩埚，603为电磁感应线圈，604为镁砂打结体，605为支撑结构，606为第一冷却管线，607为第二冷却管线，608为第一电源接线柱，609为第二电源接线柱；701为第一储钠罐电加热棒组件，702为第二储钠罐电加热棒组件，702为第三储钠罐电加热棒组件，704为第一回钠罐电加热棒组件，705为第二回钠罐电加热棒组件，706为第三回钠罐电加热棒组件；801为不锈钢托盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明：

如图1所示，本发明一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统及方法，所述试验系统包括储钠罐1，回钠罐2，氩气缓冲罐3，反应容器4，电磁感应加热熔炉5，油冷回路6，真空泵7，油冷压缩机8，油泵9，液态金属钠过滤装置10以及管道阀门；所述的反应容器4为该试验系统的主要装置，其上部空间安装有电磁感应加热熔炉5，通过电磁感应加热的方式为实验提供熔融物；下部空间充有从储钠罐1充入的液态金属钠，根据实验工况要求，将熔融物注入液态金属钠中，从而完成熔融物与液态金属相互作用实验。

反应容器4中间设置法兰连接；实验过程中，底部空间充有一定深度的液态金属钠，在不用高度和不同径向上布置有多组热电偶412，对液态金属钠在实验过程中的温度变化进行测量；其底部安装有不锈钢托盘801，用于熔融物碎片的收集，每次实验工况，均需要打开反应容器4的连接法兰，将不锈钢托盘801取出；此外，反应容器4外壁面缠绕有电加热丝并包裹保温棉，实验过程中起到加热保温的作用，实验完成后，需要将保温棉拆卸，对反应容器4进行自然对流冷却。

所述的电磁感应加热熔炉5由氧化锆坩埚601、石墨坩埚602，电磁感应线圈603和镁砂打结体604组成，并通过其下部的支撑结构605将其固定在反应容器4的内壁面上，电磁感应线圈603的供电和冷却通过第一电源接线柱608和第二电源接线柱609以及第一冷却管线606和第二冷却管线607完成，且电源接线柱和冷却管线镶嵌在法兰盘上，该法兰盘通过与反应容器4上的法兰相连接，实现贯穿件的高度密封；反应容器4外部的电磁感应线圈油冷回路6上分布有油冷压缩机8和油泵9，驱动低温冷却油对电磁感应线圈603进行持续冷却；第一电源接线柱608和第二电源接线柱609与中频感应电源相连，为电磁感应线圈提供高频的交流电源；在每次开启电磁感应加热熔炉电源时，先启动油冷系统对线圈进行冷却；每次实验工况之前，将规定的物料放入氧化锆坩埚内，并对反应容器4进行法兰连接密封。

储钠罐1、回钠罐2和反应容器4中均涉及金属钠，由耐腐蚀的316L不锈钢加工制作，可耐受一定的压力冲击；去内部残留的空气通过真空泵7和氩气缓冲罐3提供的氩气去除，从而提供惰性环境保护；此外，氩气缓冲罐3以及不同气阀间的开关配合实现容器内压的不同，储钠罐1、回钠罐2和反应容器4中液态金属钠的流动依靠重力及各容器间的压差驱动。

储钠罐1位于反应容器4的底部，并通过第一钠阀101和第二钠阀102相连，为反应容器4注入高纯度液态金属钠；回钠罐2位于储钠罐1的侧位，依次通过第一钠阀101、第三钠阀103、第五钠阀105和反应容器4相连，接收由反应容器4回流的液态金属钠；经过过滤装置10对回流的液态金属钠进行过滤后，最终流入回钠罐2中进行沉淀，待回流的金属钠在回钠罐2中沉淀充分后，依靠储钠罐1和回钠罐2之间的压差，将净化后的金属钠注入储钠罐1中。

储钠罐1和回钠罐2分别安装储钠罐电加热棒组件701～703和回钠罐电加热棒组件704～706，每个电加热棒组件轴向分布三层，每层周向均匀分布3根，并在外壁面缠绕有电加热丝和包裹保温棉；其内部金属钠的温度由轴向布置的三根储钠罐热电偶401～403和三根回钠罐热电偶404～406进行测量，储钠罐1和回钠罐2内金属钠的液位分别由储钠罐液位探针501和回钠罐液位探针502进行监测，内部氩气压力分别由储钠罐压力表302和回钠罐压力表303进行测量显示。

在液态金属钠的流动管道和阀门位置上，需要布置加热丝并包裹保温棉，壁面布置多个热电偶进行温度的测量和监测，避免金属钠凝固堵塞。

氩气缓冲罐3设计压力为1.5MPa，其氩气入口通过减压阀与氩气瓶相连，内部压力稳定为0.5MPa，内部压力由压力表301测量显示，出口总阀201控制整个氩气回路的开关；氩气主管路和真空泵7通过支路与储钠罐1、回钠罐2和反应容器4相连，对相关容器进行抽真空和充入氩气。

试验时需单独对储钠罐2、回钠罐2和反应容器4进行残留空气的去除；关闭所有阀门后，打开第七气阀207和第二气阀202，同时启动真空泵7对储钠罐1抽真空，抽真空环节结束后，减小第二气阀202的开度，同时打开出口总阀201对储钠罐1充入氩气，并重复多次抽真空和充氩气，最终使得储钠罐1内部压力维持于大气压；采取同样操作对回钠罐2和反应容器4抽真空和充氩气。

反应容器4的充钠操作依靠压差驱动，打开第二钠阀102和第一钠阀101，并逐步提高储钠罐1内部压力，将液态金属钠缓慢注入反应容器4中，充钠完成后，关闭所有阀门进行实验。

反应容器4的排钠操作依靠重力驱动，打开第一钠阀101、第三钠阀103和第五钠阀105，并对反应容器4加压以及回钠罐2泄压，液态金属钠经过过滤装置10进行过滤后流入回钠罐2中进行沉淀，最终关闭所有阀门；待回钠罐2中液态金属钠沉淀充分后，对储钠罐1泄压以及对回钠罐2加压，打开第二钠阀102和第四钠阀104，将纯净的金属钠重新排入储钠罐1中，关闭所有阀门，为下次实验做准备。

将反应容器4法兰打开，取出不锈钢托盘801，并向氧化锆坩埚601中装入物料，并关闭反应容器4的法兰；由于开启过程中空气的进入，需要对反应容器4重新抽真空和充氩气，并保压测试；然后启动电磁感应线圈7的冷却回路，并对电磁感应线圈603通电，电能在石墨坩埚602上转化为热能，并通过氧化锆坩埚601将热量传递于氧化锆坩埚601中待熔化的物料，当物料熔化后并达到所要求的温度时，实现熔炼的目的。

将氧化锆坩埚601内部物料进行加热熔化时，对反应容器4内部注入的液态金属钠加热至预设温度后进行保温操作，并且氧化锆坩埚601内部熔化的物料温度达到预期温度后，将氧化锆坩埚601内部熔化的物料倾倒至反应容器4底部的液态金属钠池中，熔融物与液态金属钠发生相互作用，在熔融物与液态金属相互作用的过程中，通过试验系统安装的温度及压力测量传感器，借助NI数据采集系统，对相互作用过程中的温度和压力信号进行监测和保存，获得实验数据，判断高温熔融物与热传导性能极佳的液态金属钠相互作用过程时是否产生压力波和强烈震动现象；

高温熔融物与液态金属相互作用后，反应容器4降温后将其中的液态金属排入回钠罐2中进行沉淀净化，其后打开反应容器4取出不锈钢托盘801，并借助酒精和水对残留凝固金属钠的不锈钢托盘801进行清洗，并最终对熔融物碎片进行尺寸及质量的测量；

通过实验过程中温度和压力信号随时间的变化趋势和信号的突变程度，推断熔融物与液态金属相互作用过程中能量释放的剧烈程度以及熔融物与液态金属相互作用过程中能量交换导致钠池温度分布的不均匀性；实验后，通过对熔融物碎片的尺寸和质量进行测量，并对测量数据进行统计分析，绘制熔融物碎片质量与尺寸的函数曲线，并计算得到熔融物碎片在其总质量1/2时的尺寸值，即熔融物碎片的质量中称直径，用以评估熔融物在与液态金属相互作用过程中的碎化程度，结合熔融物与液态金属相互作用过程中温度及压力信号的变化趋势，推断熔融物在液态金属冷却剂中的碎裂行为机理，从而为液态金属反应堆的安全设计和评估提供数据支撑和理论指导。

以上内容是结合具体试验方案对发明做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方案仅限于此，对于本发明所属的从业人员来说，不脱离本发明构思前提下所作的简单推演或替换，都应当作本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统，其特征在于：包括储钠罐(1)、回钠罐(2)、氩气缓冲罐(3)、反应容器(4)、电磁感应加热熔炉(5)、油冷回路(6)、真空泵(7)、油冷压缩机(8)、油泵(9)、液态金属钠过滤装置(10)以及管道阀门；所述的反应容器(4)为该试验系统的主要装置，其内上部空间安装有电磁感应加热熔炉(5)，通过电磁感应加热的方式为实验提供熔融物；下部空间充有从储钠罐(1)充入的液态金属钠，根据实验工况要求，将熔融物注入液态金属钠中，从而完成熔融物与液态金属相互作用实验；

反应容器(4)内液态金属钠池中布置有多组热电偶(412)，对其温度变化进行测量，其底部安装有托盘对熔融物碎片进行收集，其外壁面缠绕有电加热丝并包裹保温棉，对内部液态金属钠的温度进行控制；

所述的电磁感应加热熔炉(5)由氧化锆坩埚(601)、设置在氧化锆坩埚(601)外部的石墨坩埚(602)、设置在石墨坩埚(602)外部的电磁感应线圈(603)以及烧结电磁感应线圈(603)的镁砂打结体(604)组成，并通过其下部的支撑结构(605将其固定在反应容器(4)的内壁面上，电磁感应线圈(603)的供电和冷却通过第一电源接线柱(608)和第二电源接线柱(609)以及第一冷却管线(606)和第二冷却管线(607)完成，且电源接线柱和冷却管线镶嵌在法兰盘上，该法兰盘通过与反应容器(4)上的法兰相连接，实现贯穿件的高度密封；反应容器(4)外部的电磁感应线圈油冷回路(6)上分布有油冷压缩机(8)和油泵(9)，驱动低温冷却油对电磁感应线圈(603)进行持续冷却；第一电源接线柱(608)和第二电源接线柱(609)与中频感应电源相连，为电磁感应线圈(603)提供高频的交流电源；

储钠罐(1)、回钠罐(2)和反应容器(4)中均涉及金属钠，初始试验时需通过真空泵(7)和氩气缓冲罐(3)提供的氩气对试验系统去除残留的空气，从而提供惰性环境保护；通过氩气缓冲罐(3)以及不同气阀间的开关配合实现容器内压的不同，储钠罐(1)、回钠罐(2)和反应容器(4)中液态金属钠的流动依靠重力及各容器间的压差驱动；

储钠罐(1)位于反应容器(4)的底部，并通过第一钠阀(101)和第二钠阀(102)相连，为反应容器(4)注入高纯度液态金属钠；回钠罐(2)位于储钠罐(1)的侧位，依次通过第一钠阀(101)、第三钠阀(103)、液态金属钠过滤装置(10)、和第五钠阀(105)与反应容器(4)相连，接收由反应容器(4)回流的液态金属钠；经过液态金属钠过滤装置(10)对回流的液态金属钠进行过滤后，最终流入回钠罐(2)中进行沉淀，待回流的金属钠在回钠罐(2)中沉淀充分后，依靠储钠罐(1)和回钠罐(2)之间的压差，将净化后的金属钠注入储钠罐(1)中；

储钠罐(1)和回钠罐(2)分别安装三个储钠罐电加热棒组件和三个回钠罐电加热棒组件，每个储钠罐电加热棒组件和回钠罐电加热棒组件轴向分布三层，每层周向均匀分布3根，并在外壁面缠绕有电加热丝和包裹保温棉；其内部金属钠的温度由轴向布置的三根储钠罐热电偶和三根回钠罐热电偶进行测量，储钠罐(1)和回钠罐(2)内金属钠的液位分别由储钠罐液位探针(501)和回钠罐液位探针(502)进行监测，内部氩气压力分别由储钠罐压力表(302)和回钠罐压力表(303)进行测量显示；

在液态金属钠的流动管道和阀门位置上，布置多个热电偶进行温度的测量和监测，避免金属钠凝固堵塞；

氩气缓冲罐(3)为整个试验系统提供氩气，并通过压力表(301)测量显示其内部的压力，出口总阀(201)控制整个氩气回路的开关；氩气主管路和真空泵(7)通过支路与储钠罐(1)、回钠罐(2)和反应容器(4)相连，进行抽真空和充入氩气。

2.权利要求1所述的熔融物与液态金属相互作用研究的试验系统的试验方法，其特征在于：试验时需单独对储钠罐(2)、回钠罐(2)和反应容器(4)进行残留空气的去除；关闭所有阀门后，打开第七气阀(207)和第二气阀(202)，同时启动真空泵(7)对储钠罐(1)抽真空，抽真空环节结束后，减小第二气阀(202)的开度，同时打开出口总阀(201)对储钠罐(1)充入氩气，并重复多次抽真空和充氩气，最终使得储钠罐(1)内部压力维持于大气压；采取同样操作对回钠罐(2)和反应容器(4)抽真空和充氩气；

反应容器(4)的充钠操作依靠压差驱动，打开第二钠阀(102)和第一钠阀(101)，并逐步提高储钠罐(1)内部压力，将液态金属钠缓慢注入反应容器(4)中，充钠完成后，关闭所有阀门进行实验；

反应容器(4)的排钠操作依靠重力驱动，打开第一钠阀(101)、第三钠阀(103)和第五钠阀(105)，并对反应容器(4)加压以及回钠罐(2)泄压，液态金属钠经过液态金属钠过滤装置(10)进行过滤后流入回钠罐(2)中进行沉淀，最终关闭所有阀门；待回钠罐(2)中液态金属钠沉淀充分后，对储钠罐(1)泄压以及对回钠罐(2)加压，打开第二钠阀(102)和第四钠阀(104)，将纯净的金属钠重新排入储钠罐(1)中，关闭所有阀门，为下次实验做准备；

将反应容器(4)法兰打开，取出不锈钢托盘(801)，并向氧化锆坩埚(601)中装入物料，并关闭反应容器(4)的法兰；由于开启过程中空气的进入，需要对反应容器(4)重新抽真空和充氩气，并保压测试；然后启动电磁感应线圈(7)的冷却回路，并对电磁感应线圈(603)通电，电能在石墨坩埚(602)上转化为热能，并通过氧化锆坩埚(601)将热量传递于氧化锆坩埚(601)中待熔化的物料，当物料熔化后并达到所要求的温度时，实现熔炼的目的；

将氧化锆坩埚(601)内部物料进行加热熔化时，对反应容器(4)内部注入的液态金属钠加热至预设温度后进行保温操作，并且氧化锆坩埚(601)内部熔化的物料温度达到预期温度后，将氧化锆坩埚(601)内部熔化的物料倾倒至反应容器(4)底部的液态金属钠池中，熔融物与液态金属钠发生相互作用，在熔融物与液态金属相互作用的过程中，通过试验系统安装的温度及压力测量传感器，借助NI数据采集系统，对相互作用过程中的温度和压力信号进行监测和保存，获得实验数据，判断高温熔融物与热传导性能极佳的液态金属钠相互作用过程时是否产生压力波和强烈震动现象；高温熔融物与液态金属相互作用后，反应容器(4)降温后将其中的液态金属排入回钠罐(2)中进行沉淀净化，其后打开反应容器(4)取出不锈钢托盘(801)，并借助酒精和水对残留凝固金属钠的不锈钢托盘(801)进行清洗，并最终对熔融物碎片进行尺寸及质量的测量；

通过实验过程中温度和压力信号随时间的变化趋势和信号的突变程度，推断熔融物与液态金属相互作用过程中能量释放的剧烈程度以及熔融物与液态金属相互作用过程中能量交换导致钠池温度分布的不均匀性；实验后，通过对熔融物碎片的尺寸和质量进行测量，并对测量数据进行统计分析，绘制熔融物碎片质量与尺寸的函数曲线，并计算得到熔融物碎片在其总质量1/2时的尺寸值，即熔融物碎片的质量中称直径，用以评估熔融物在与液态金属相互作用过程中的碎化程度，结合熔融物与液态金属相互作用过程中温度及压力信号的变化趋势，推断熔融物在液态金属冷却剂中的碎裂行为机理，从而为液态金属反应堆的安全设计和评估提供数据支撑和理论指导。