CN111537545A - 一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒 - Google Patents

一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，所述实验燃料棒包括上端盖、棒体、燃料和源项；所述棒体为一端开口的中空结构，所述棒体与上端盖可拆卸式连接，所述棒体与上端盖连接后内部形成密封腔体；所述燃料和源项均匀混合装载在棒体内，所述燃料采用非放同位素颗粒，所述源项采用非放同位素元素颗粒。本发明将燃料和源项密封在棒体内，可近似模拟燃料和源项在严重事故后发生的相互反应和释放过程。本实验燃料棒不带放射性，加工方便，易于安装操作，非常适合源项释放特性研究。

Description

一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒
技术领域
本发明涉及严重事故实验设备技术领域，具体涉及一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒。
背景技术
核反应堆在正常运行条件下，由核裂变产生的源项主要聚集在燃料芯块与包壳的间隙，以及燃料芯块的晶间中。当核反应堆发生严重事故后，随着燃料元件温度持续升高，挥发性源项以气体形式从芯块晶间析出，以气泡形式存在于晶间或晶内，并由径向相温度较低区域运动。可溶性氧化物源项主要固溶在燃料基体中，还有一部分氧化物在燃料基体中会达到极限溶解度，沉淀在燃料基体中，有些源项不易发生氧化，会以金属态沉淀在燃料基体中。随着温度升高，燃料包壳发生破裂，燃料芯块和包壳气隙间积聚的易挥发性源项，不易挥发溶解/沉淀在燃料基体中的源项，随着燃料基体释放出来。源项从燃料元件中的释放特性是堆芯严重事故缓解控制措施的基础性关键参数，需要通过实验进行准确研究。真实的燃料元件带有强放射性，并且其释放的源项也带有强放射性，使得实验开展难度很大。而采用非放同位素开展源项释放特性实验，又难以模拟源项的释放过程。因此，亟需创新源项释放实验方法，开发出新的源项释放特性研究的实验燃料棒。
经调研，目前国际上针对严重事故源项释放特性研究的实验燃料棒是采用乏燃料棒作为研究对象。乏燃料棒带有非常强的放射性，获得困难，实验过程困难，使得实验研究受到较大局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，该实验燃料棒不带放射性，并且接近真实源项释放过程，能够用于研究不同堆型和不同燃耗严重事故各种源项释放特。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，包括上端盖、棒体、燃料和源项；
所述棒体为一端开口的中空结构，所述棒体与上端盖可拆卸式连接，所述棒体与上端盖连接后内部形成密封腔体；
所述燃料和源项均匀混合装载在棒体内，所述燃料采用非放同位素颗粒，所述源项采用非放同位素元素颗粒。
本发明所述棒体为一端开口的中空结构，用于盛放所述的燃料和源项，所述棒体与上端盖可拆卸式连接，用于拆装实验燃料棒，在实验过程中装载所需的燃料和源项，所述燃料和源项都采用非放同位素，比如UO2芯块燃料元件，燃料采用UO2、ZrO2、Zr混合物，源项采用I、Cs、Mo、Ru、La、Ce、Sr、Ba等，混合比例根据研究燃耗决定，使得实验过程不带放射性，可根据研究堆型和燃耗，选择燃料和源项的比例，实现不同堆型和不同燃耗的各种源项释放特性研究。
本发明所述实验燃料棒可实现冷态条件下装料，在常温惰性条件下，可精确装载易挥发性源项(I、Cs等)和不易挥发源项(Mo、Ru、La、Ce、Sr、Ba等)，根据研究要求比例尽量装满，可同时研究各种常温固态或液态源项的释放特性。
本真实情况为：严重事故条件下，释放在燃料芯块与包壳的间隙，以及燃料芯块的晶间中裂变产物源项在包壳中发生相互作用，包壳破损后，源项释放出来。
本发明通过将非放燃料和源项封在实验燃料棒内，在实验时对实验燃料棒外部进行加热，燃料和源项在棒体内发生相互作用，实验燃料棒破损后，源项释放出来。
可见，实验燃料棒源项释放过程接近真实源项释放过程。
本发明通过将非放燃料和源项密封在燃料棒内，可近似模拟燃料和源项在严重事故后发生的相互反应和释放过程；本实验燃料棒不带放射性，加工方便，易于安装操作，非常适合源项释放特性研究，能够用于研究不同堆型和不同燃耗严重事故各种源项释放特。
进一步地，上端盖和棒体的材料均与所研究堆型的包壳材料匹配。
上端盖和棒体为同种材料，在加热过程中变形同步，不易发生源项提前泄露，且上端盖和棒体的材料均与所研究堆型的包壳材料匹配，进一步实现实验燃料棒源项释放过程接近真实源项释放过程。
进一步地，棒体与上端盖采用螺纹连接。
螺纹连接具有拆除安装方便的优点。
进一步地，棒体的开口端设置有棒体外螺纹，所述上端盖的内壁设置有与棒体外螺纹匹配的上端盖内螺纹。
进一步地，上端盖与棒体的连接处设置有上端盖倒角，所述棒体与上端盖的连接处设置有棒体倒角。
倒角的设置可以保证棒体插入上端盖过程中不损伤螺纹。
进一步地，上端盖的外壁设置有上端盖定位槽。
所述定位槽用于连接外部驱动机构，可精确定位实验燃料棒的插入时间和插入温度。
进一步地，上端盖定位槽设置有多个，多个上端盖定位槽在周向上均匀布置。
进一步地，棒体为管状结构。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过将非放燃料和源项密封在燃料棒内，可近似模拟燃料和源项在严重事故后发生的相互反应和释放过程；本实验燃料棒不带放射性，加工方便，易于安装操作，非常适合源项释放特性研究，能够用于研究不同堆型和不同燃耗严重事故各种源项释放特。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为实验燃料棒的整体示意图；
图2为上端盖与棒体连接示意图；
图3为棒体与上端盖连接示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-上端盖，2-棒体，3-燃料，1-1-上端盖定位槽，1-2-上端盖内螺纹，1-3-上端盖倒角，2-1-棒体倒角，2-2-棒体外螺纹。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-图3所示，一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，包括上端盖1、棒体2、燃料3和源项；
所述棒体2为一端开口的中空管，所述棒体2与上端盖1可拆卸式连接，具体地，所述棒体2的开口端设置有棒体外螺纹2-2，所述上端盖1的内壁设置有与棒体外螺纹2-2匹配的上端盖内螺纹1-2，通过上端盖内螺纹1-2与棒体外螺纹2-2的配合实现可拆卸式连接，所述棒体2与上端盖1连接后内部形成密封腔体，所述上端盖1和棒体2的材料均与所研究堆型的包壳材料匹配；
所述燃料3和源项均匀混合装载在棒体2内，尽量装满以减小密封后实验燃料棒中的气体，所述燃料3采用非放同位素颗粒，所述源项采用非放同位素元素颗粒；
所述上端盖1的外壁设置有4个上端盖定位槽1-1；4个上端盖定位槽1-1在周向上均匀布置。
本实施例以UO2燃料芯块和锆包壳的压水堆在发生严重事故后，源项释放特性实验研究进行描述：
验燃料棒在实验开始前，根据研究堆型和燃耗，在棒体2内均匀装载一定比例的燃料3和源项，尽量按比例装满，然后将棒体2插入到上端盖1内，缓慢旋紧上端盖1，将燃料3和源项密封在实验燃料棒内。再将实验燃料棒上端盖1上的定位槽1-1与实验惰化室的驱动机构相连接；在惰化室内建立好熔融池后，通过上端盖定位槽1-1将实验燃料棒按温度和时间要求插入到熔融池内，实验燃料棒被熔融池加热，燃料3和源项在实验燃料棒内相互作用，随着温度升高，实验燃料棒发生破损，燃料3和源项释放出来，接近真实燃料熔化环境。
经过在某源项释放特性实验中使用，发现其安装方便，能很好模拟燃料和源项的相互作用以及源项的释放时间和温度，能够达到期功能，因此本发明非常适合源项释放特性研究。
实施例2：
如图1-图3所示，本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于：
所述上端盖1与棒体2的连接处设置有上端盖倒角1-3，所述棒体2与上端盖1的连接处设置有棒体倒角2-1。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，其特征在于，包括上端盖(1)、棒体(2)、燃料(3)和源项；
所述棒体(2)为一端开口的中空结构，所述棒体(2)与上端盖(1)可拆卸式连接，所述棒体(2)与上端盖(1)连接后内部形成密封腔体；
所述燃料(3)和源项均匀混合装载在棒体(2)内，所述燃料(3)采用非放同位素颗粒，所述源项采用非放同位素元素颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，其特征在于，所述上端盖(1)和棒体(2)的材料均与所研究堆型的包壳材料匹配。
3.根据权利要求1所述的一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，其特征在于，所述棒体(2)与上端盖(1)采用螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，其特征在于，所述棒体(2)的开口端设置有棒体外螺纹(2-2)，所述上端盖(1)的内壁设置有与棒体外螺纹(2-2)匹配的上端盖内螺纹(1-2)。
5.根据权利要求3所述的一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，其特征在于，所述上端盖(1)与棒体(2)的连接处设置有上端盖倒角(1-3)，所述棒体(2)与上端盖(1)的连接处设置有棒体倒角(2-1)。
6.根据权利要求1所述的一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，其特征在于，所述上端盖(1)的外壁设置有上端盖定位槽(1-1)。
7.根据权利要求6所述的一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，其特征在于，所述上端盖定位槽(1-1)设置有多个，多个上端盖定位槽(1-1)在周向上均匀布置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于源项释放特性研究的实验燃料棒，其特征在于，所述棒体(2)为管状结构。
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