CN108231224B - 一种熔盐堆中的核材料的模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种熔盐堆中的核材料的模拟方法，包括提供一种模拟熔盐堆中的核材料的装置；将核材料试样悬挂于升降装置的底端并形成一个与外界环境隔绝的模拟系统；开启高温炉以将熔盐加热到400‑650℃，核材料试样浸没在液态的熔盐中进行浸泡；通过升降装置将核材料试样自动从熔盐中拉伸到熔盐的液面上方；通过进气管路向罐体通入混合气体使得该混合气体与薄盐膜相互作用以进行高温测试，该混合气体为Ar‑HF、Ar‑HF‑O2、Ar‑HF‑CO2‑CO、或Ar‑HF‑CO2‑H2。根据本发明的熔盐堆中的核材料的模拟方法，具有高度安全性和样品升降过程的自动控制性，并且可以进行不同环境下的模拟监测，具有广泛的应用前途。

Description

一种熔盐堆中的核材料的模拟方法
技术领域
本发明涉及熔盐领域，更具体地涉及一种熔盐堆中的核材料的模拟方法。
背景技术
由于熔盐堆选用含锂氟盐作为一回路冷却剂，经堆内中子照射后会产生大量的氚。根据美国橡树岭国家实验室对熔盐堆的相关研究表明，熔盐堆中产生的氚主要以氟化氚(TF)和HT的形式存在，强腐蚀性的TF易腐蚀堆回路管道，降低材料的使用寿命，氚控制成为熔盐堆研究中一个关键的科学及技术问题。
显然，实现氚控制就需要对熔盐中的氚与核材料之间的相互作用进行研究，也就需要对熔盐堆中的核材料进行模拟。但是，在现有技术中，缺乏成熟有效的方法和装置来模拟熔盐堆中的核材料。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的无法模拟熔盐堆中的核材料的问题，本发明旨在提供一种熔盐堆中的核材料的模拟方法。
本发明所述的熔盐堆中的核材料的模拟方法，具体包括步骤：S1，提供一种模拟熔盐堆中的核材料的装置，其包括用于盛放FLiNaK的熔盐的罐体、用于对罐体内的熔盐进行加热的高温炉、用于将核材料试样悬挂于罐体内的升降装置、用于将气体引入罐体内的进气管路和用于将气体引出罐体的出气管路；S2，将固态的熔盐置于罐体内，将罐体设置于高温炉的上方，将核材料试样悬挂于升降装置的底端并设置于罐体内的熔盐的上方，将进气管路和出气管路与罐体连通以形成一个与外界环境隔绝的模拟系统；S3，开启高温炉以将熔盐加热到400-650℃，其中，固态的熔盐逐渐融化为液态的熔盐，核材料试样浸没在液态的熔盐中进行浸泡；S4，通过升降装置将核材料试样自动从熔盐中拉伸到熔盐的液面上方，其中，核材料试样与熔盐相互作用并在核材料试样的表面形成薄盐膜；S5，通过进气管路向罐体通入混合气体使得该混合气体与薄盐膜相互作用以进行高温测试，模拟系统的气体通过出气管路排出，其中，该混合气体为Ar-HF、Ar-HF-O2、Ar-HF-CO2-CO、或Ar-HF-CO2-H2。
高温炉带有用于实时监测熔盐温度的热电偶。
罐体具有热电偶预置管、核材料试样预置管、进气管路通气管和出气管路通气管。
在步骤S3中，从热电偶监测熔盐的温度达到600℃后的30min内，核材料试样始终浸泡在液态的熔盐中。
核材料试样通过箔丝悬挂于升降装置的底部。
熔盐为摩尔比为45:14:41的LiF-NaF-KF。
在步骤S4中，核材料试样被自动拉伸到距离熔盐液面的3-5cm处。
在步骤S5中，高温测试时间为10h。
在步骤S5中，混合气体为99.9％Ar-0.05％HF-0.15％CO2-0.05％H2、99.9％Ar-0.1％HF、99.9％Ar-0.05％HF-0.05％O2、或99.8％Ar-0.05％HF-0.15％CO2-0.05％CO。
在步骤S5中，混合气体的通入流速控制在5ml/min。
根据本发明的熔盐堆中的核材料的模拟方法，具有高度安全性和样品升降过程的自动控制性，并且可以进行不同环境下的模拟监测，具有广泛的应用前途。
附图说明
图1是根据本发明的模拟熔盐堆中的核材料的装置。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
根据本发明的熔盐堆中的核材料的模拟方法，具体包括步骤S1，提供一种如图1所示的模拟熔盐堆中的核材料的装置，包括罐体1、高温炉2、升降装置3、进气管路4和出气管路5，其中，罐体1被设计为用于盛放FLiNaK的熔盐11，高温炉2被设置于罐体1的下方以用于对罐体1内的熔盐11进行加热，升降装置3被设计为用于将核材料试样31悬挂于罐体1内，进气管路4被设计为与罐体1相通以将气体引入罐体1内，而出气管路5同样被设计为与罐体1相通以将气体引出罐体1。其中，高温炉2带有热电偶21，用于实时监测熔盐11的温度并将其反馈至高温炉2。核材料试样31通过箔丝悬挂于升降装置3的底部。出气管路5的尾部设置有尾气处理罐51，其内可容置有NaOH以进行尾气处理。
在实施例中，罐体1采用316L不锈钢材料形成，罐体整体密封焊接，上方预置四个套管，套管的选材都采用八分之一英寸管，分别作为热电偶21的预置管、核材料试样31伸入的预置管、进气管路4的通气管和出气管路5的通气管。其中，作为热电偶21的预置管的套管在伸入熔盐11中的底端处于密封状态，而顶端敞开；作为进气管路4的通气管的套管的敞开的底端伸入熔盐11中；作为出气管路5的通气管的套管的敞开的底端处于熔盐11的上方作为出气口；作为核材料试样31伸入的预置管的套管的敞开的底端同样位于熔盐11的上方，悬挂的核材料试样31伸入该套管内，该套管的顶端通过密封圈与升降装置3进行密封。
根据本发明的熔盐堆中的核材料的模拟方法，接下来包括步骤S2，将固态的熔盐11置于罐体1内，将罐体1设置于高温炉2的上方，将热电偶21插入罐体1的热电偶预置管中，将核材料试样31悬挂于升降装置3的底端并通过升降装置3将核材料试样31伸入罐体1的核材料试样预置管中并设置于罐体1内的熔盐11的上方，将进气管路4和出气管路5分别插入罐体1的进气管路通气管和出气管路通气管以形成一个与外界环境隔绝的模拟系统。
在本实施例中，固态的熔盐11为摩尔比为45:14:41的LiF-NaF-KF。
根据本发明的熔盐堆中的核材料的模拟方法，接下来包括步骤S3，开启高温炉2以将熔盐11加热到400-650℃，其中，固态的熔盐11逐渐融化为液态的熔盐，核材料试样31浸没在液态的熔盐中进行浸泡。
在本实施例中，从热电偶21监测熔盐11的温度达到600℃后的30min内，核材料试样31始终浸泡在液态的熔盐11中。
根据本发明的熔盐堆中的核材料的模拟方法，接下来包括步骤S4，通过升降装置3将核材料试样31自动从熔盐11中拉伸到熔盐11的液面上方，其中，核材料试样31与熔盐11相互作用并在核材料试样31的表面形成薄盐膜。
在本实施例中，核材料试样31被自动拉伸到距离熔盐液面的3-5cm处。
根据本发明的熔盐堆中的核材料的模拟方法，接下来包括步骤S5，通过进气管路4向罐体1通入混合气体使得该混合气体与薄盐膜相互作用以进行高温测试，模拟系统的气体通过出气管路5排出，其中，该混合气体为Ar-HF、Ar-HF-O2、Ar-HF-CO2-CO、或Ar-HF-CO2-H2。
在本实施例中，高温测试时间为10h。
混合气体为99.9％Ar-0.05％HF-0.15％CO2-0.05％H2。应该理解，该混合气体可以是99.9％Ar-0.1％HF，可以是99.9％Ar-0.05％HF-0.05％O2，也可以是99.8％Ar-0.05％HF-0.15％CO2-0.05％CO。
在本实施例中，混合气体的通入流速控制在5ml/min。
通过控制混合气体的成分和流速，可以实现不同熔盐与核材料的相互作用的模拟，从而模拟不同熔盐环境中的模拟氚条件。
在本实施例中，核材料试样31的材料为核石墨IG110。应该理解，核材料试样31的材料也可以是堆用材料-哈氏合金等。
显然，根据本发明的熔盐堆中的核材料的模拟方法，具有高度安全性和样品升降过程的自动控制性，并且可以进行不同环境下的模拟监测，具有广泛的应用前途。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (8)

1.一种熔盐堆中的核材料的模拟方法，其特征在于，具体包括步骤：
S1，提供一种模拟熔盐堆中的核材料的装置，其包括用于盛放FLiNaK的熔盐的罐体、用于对罐体内的熔盐进行加热的高温炉、用于将核材料试样悬挂于罐体内的升降装置、用于将气体引入罐体内的进气管路和用于将气体引出罐体的出气管路；
S2，将固态的熔盐置于罐体内，将罐体设置于高温炉的上方，将核材料试样悬挂于升降装置的底端并设置于罐体内的熔盐的上方，将进气管路和出气管路与罐体连通以形成一个与外界环境隔绝的模拟系统；
S3，开启高温炉以将熔盐加热到400-650℃，其中，固态的熔盐逐渐融化为液态的熔盐，核材料试样浸没在液态的熔盐中进行浸泡；
S4，通过升降装置将核材料试样自动从熔盐中拉伸到熔盐的液面上方直至距离熔盐液面的3-5cm处，其中，核材料试样与熔盐相互作用并在核材料试样的表面形成薄盐膜；
S5，通过进气管路向罐体通入混合气体使得该混合气体与薄盐膜相互作用以进行高温测试，从而模拟熔盐环境中的氚条件，模拟系统的气体通过出气管路排出，其中，该混合气体为Ar-HF、Ar-HF-O2、Ar-HF-CO2-CO、或Ar-HF-CO2-H2。
2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，高温炉带有用于实时监测熔盐温度的热电偶。
3.根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于，罐体具有热电偶预置管、核材料试样预置管、进气管路通气管和出气管路通气管。
4.根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于，在步骤S3中，从热电偶监测熔盐的温度达到600℃后的30min内，核材料试样始终浸泡在液态的熔盐中。
5.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，核材料试样通过箔丝悬挂于升降装置的底部。
6.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，熔盐为摩尔比为45:14:41的LiF-NaF-KF。
7.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，在步骤S5中，高温测试时间为10h。
8.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，在步骤S5中，混合气体的通入流速控制在5ml/min。
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