CN111968767B - 一种肋式控温辐照装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种肋式控温辐照装置及其应用，所述肋式控温辐照装置包括用于容纳辐照对象的辐照盒，分别位于辐照盒顶端面和底端面的端塞I、端塞II，布置于辐照对象与辐照盒之间的周向间隙内的肋。本发明提供的肋式控温辐照装置，使得材料样品的辐照温度符合辐照要求，且装置结构简单，可靠性高。本发明的肋式控温辐照装置适用于棒状辐照对象或其他规则形状辐照对象，可广泛适用于各种研究堆型。
Description
技术领域
本发明属于核电材料领域，具体涉及一种肋式控温辐照装置及其应用。
背景技术
核电“走出去”是我国的发展战略，实现我国核电技术自主化是“走出去”的重要支撑。若要实现核电国产化，走出国门，必须拥有具有自主知识产权的核电材料体系，燃料棒、控制棒等关键元件的材料问题应首先解决。研发燃料棒、控制棒等，在行业内通常做法是，首先在研究堆内开展各类候选芯块材料和包壳材料的辐照实验，筛选材料类型，然后，优选部分芯块与包壳材料，制成缩比小棒，在研究堆内开展小棒辐照实验，最后，确定数个候选材料，制成全尺寸燃料棒或控制棒，开展商业堆内辐照实验。
小棒辐照实验是燃料棒、控制棒材料研发的重要环节，主要用于考验芯块材料与包壳材料的相互作用和包壳的辐照行为。在商业堆内，燃料棒、控制棒等长期工作在特定的温度环境中，温度是影响材料性能变化的关键因素，因此在研究堆内开展小棒辐照实验时，必须解决长时间内特定温度环境可靠加载的技术问题。
目前研究堆内小棒辐照实验的温度加载技术有以下三种：在特定的试验回路中辐照、带加热元件的仪表化辐照装置和静态辐照装置。其中，试验回路建设和运行成本高昂，辐照空间受限，绝大部分研究项目难以承受；仪表化辐照装置也受研发成本、管线布置、加热器件可靠性等的制约，使用成本较高；静态辐照装置由于其结构简单、使用成本低等优点，应用广泛。常见的用于小棒辐照实验的静态辐照装置，利用小棒自身发热，使用惰性气体间隙作为保温层，通过调节气隙厚度或惰性气体成分(一般为氦气或氖气)，使得材料样品温度符合要求。然而为了在较短时间内达到预期燃耗，小棒所处辐照位置中子注量率较高，使得小棒发热率高，同时惰性气体热导率低，因此温度对气隙厚度的敏感性高，导致：a)气隙的加工和组装精度要求高，甚至为了获得目标间隙尺寸，批量加工辐照盒，筛选与小棒匹配的辐照盒，增加了试验成本；b)随着燃耗加深，小棒可能会肿胀、蠕变等，尺寸发生变化，使得辐照周期始末，辐照温度有较为明显漂移。
发明内容
有鉴于此，针对上述小棒静态辐照装置的温度加载技术，本发明提供一种适用于研究堆内的肋式控温辐照装置，较传统控温辐照装置的惰性气体保温层，降低了辐照装置机械加工的精度要求，同时，辐照周期内辐照温度稳定。
本发明具体采用如下技术方案：
一种肋式控温辐照装置，所述肋式控温辐照装置包括用于容纳辐照对象的辐照盒，分别位于辐照盒顶端面和底端面的端塞I、端塞II，布置于辐照对象与辐照盒之间的周向间隙内的肋；所述肋紧密夹持于辐照对象与辐照盒之间，肋与辐照对象基本平齐、且与辐照对象的纵轴平行，所述的辐照对象从辐照盒的一端插入至辐照盒内适当位置；所述的端塞I包括凸台I和基座I、端塞II包括凸台II和基座II；所述端塞I、端塞II密封连接至辐照盒；所述的肋的数目、宽度及厚度根据辐照温度确定，各肋之间留有空隙。
进一步，所述肋数量为3～8个，均匀分布在周向间隙内；所述肋的厚度小于10mm；所述的辐照对象与肋之间留有0.01～0.03mm间隙。
进一步，所述肋为板状体、圆柱体或弧状体中任一种。
进一步，所述肋的硬度低于辐照对象的最外层材料硬度。
进一步，所述周向间隙内填充有气体或抽真空。
进一步，所述周向间隙的厚度，即辐照盒内表面与辐照对象外表面的径向距离，比肋的厚度大0.01～0.03mm，且不大于10mm。
进一步，所述端塞I包括与辐照盒内表面、辐照对象端面相配合的凸台I，及与辐照盒端面配合的基座I所述的端塞II包括与辐照盒内表面、辐照对象端面配合的凸台II及与辐照盒端面配合的基座II。
进一步，所述的端塞I、端塞II均为一体成型结构。
进一步，所述的凸台I与辐照对象之间、或凸台II与辐照对象之间留有空腔；所述的凸台I侧与辐照盒内表面之间、凸台II侧面与辐照盒内表面之间均留有间隙。
本发明还提供了一种基于前述肋式控温辐照装置的应用，该装置适用于棒状辐照对象或其他规则形状辐照对象。
本发明的肋式控温辐照装置对辐照盒的加工精度要求较低，降低了试验成本，且在辐照寿期内，辐照温度稳定。
附图说明
图1为本发明的肋式控温辐照装置示意图；
图2为图1所示肋式控温辐照装置在A-A处的横截面图；
图中，1.辐照对象 2.肋 3.辐照盒 4.端塞I 5.端塞II 6.周向间隙 401.基座I402.凸台I 501.基座II 502.凸台II。
具体实施方式
本发明的肋式控温辐照装置包括：用于容纳辐照对象1的辐照盒3，分别位于辐照盒顶端面和底端面的端塞I4、端塞II5，布置于辐照对象1与辐照盒3之间的周向间隙6内的肋2；所述肋2紧密夹持于辐照对象1与辐照盒3之间，肋2与辐照对象1基本平齐、且与辐照对象1的纵轴平行，所述的辐照对象1从辐照盒3的一端插入至辐照盒3内适当位置；所述的端塞I4包括凸台I402和基座I401、端塞II5包括凸台II502和基座II501；所述端塞I4、端塞II5密封连接至辐照盒3；所述的肋2的数目、宽度及厚度根据辐照温度确定，各肋之间留有空隙。
进一步，所述肋2数量为3～8个，均匀分布在周向间隙6内；所述肋2的厚度小于10mm；所述的辐照对象1与肋2之间留有0.01～0.03mm间隙。
进一步，所述肋2为板状体、圆柱体或弧状体中任一种。
进一步，所述肋2的硬度低于辐照对象1的最外层材料硬度。所述的辐照对象1的最外层材料应选择硬度较高材料，如不锈钢、锆合金等，所述的肋2应选择低硬度、高延展金属材料，如铝等。
进一步，根据温度调节需要，所述周向间隙6内填充有气体，如空气、氮气、惰性气体等，或抽真空。
进一步，所述周向间隙6的厚度，即辐照盒内表面301与辐照对象外表面101的径向距离，比肋2的厚度或直径大0.01～0.03mm，且不大于10mm。
进一步，所述端塞I4包括与辐照盒内表面301、辐照对象端面相配合的凸台I402，及与辐照盒端面配合的基座I401所述的端塞II5包括与辐照盒内表面301、辐照对象端面配合的凸台II502及与辐照盒3端面配合的基座II502。
进一步，所述的端塞I4、端塞II5均为一体成型结构，即，凸台I402和基座I401一体成型、凸台II502和基座II501一体成型。
进一步，所述的凸台I402与辐照对象1之间、或凸台II502与辐照对象1之间留有空腔；所述的凸台I402侧与辐照盒内表面301之间、凸台II502侧面与辐照盒内表面301之间均留有间隙。
本发明还提供一种基于前述肋式控温辐照装置的应用，其特点是，所述的肋式控温辐照装置适用于棒状辐照对象或其他规则形状辐照对象。
本发明的肋式控温辐照装置结构简单、可靠，制造成本低，大大降低了具有温度调节功能的辐照装置研发成本。
本发明是一种静态辐照装置，无需引出管线至研究堆外，降低了辐照过程中的安全风险，广泛适用于各类研究堆。
本发明若周向间隙使用空气或真空，则可降低对辐照装置密封性能的要求，提高了装置的可靠性。
实施例1
本发明的肋式控温辐照装置包括：用于容纳棒状辐照对象1的辐照盒3，分别位于辐照盒顶端面和底端面的端塞I4、端塞II5，布置于棒状辐照对象1与辐照盒3之间的周向间隙6内的弧形肋2；各肋2紧密夹持于辐照对象1与辐照盒3之间，肋2与辐照对象1基本平齐、且与辐照对象1的纵轴平行，所述的辐照对象1从辐照盒3的一端插入至辐照盒3内适当位置；所述的端塞I4包括一体成型的凸台I402和基座I401、端塞II5包括一体成型的凸台II502和基座II501；所述端塞I4、端塞II5密封连接至辐照盒3；所述周向间隙抽真空。
本实施例中，辐照对象为外径10.5mm的碳化硼小棒，其加载温度，即辐照温度，为330℃，所述肋2共3根、宽2mm、厚0.2mm，周向间隙6的厚度为0.21mm，肋2的材质为高纯铝材，辐照对象最外层材料为316不锈钢。
本实施例得到加载温度测试试验验证，开展了两项测试：(1)在辐照装置其他参数保持一致时，模拟辐照对象的肿胀行为对加载温度的影响，即周向间隙6的厚度从0.21mm增加至0.23mm时，加载温度仅降低2℃；(2)辐照装置持续测试两周，辐照温度仅降低1℃。由此可见，本专利在长辐照周期内的温度加载稳定性方面得到明显改善。
Claims (8)
1.一种肋式控温辐照装置，其特征在于，所述肋式控温辐照装置包括用于容纳辐照对象(1)的辐照盒(3)，分别位于辐照盒顶端面和底端面的端塞I(4)、端塞II(5)，布置于辐照对象(1)与辐照盒(3)之间的周向间隙(6)内的肋(2)，所述肋(2)紧密夹持于辐照对象(1)与辐照盒(3)之间，肋(2)与辐照对象(1)平齐、且与辐照对象(1)的纵轴平行，所述的辐照对象(1)从辐照盒(3)的一端插入至辐照盒(3)内适当位置；所述的端塞I(4)包括凸台I(402)和基座I(401)、端塞II(5)包括凸台II(502)和基座II(501)；所述端塞I(4)、端塞II(5)密封连接至辐照盒(3)；所述的肋(2)的数目、宽度及厚度根据辐照温度确定，各肋之间留有空隙；
所述肋(2)数量为3～8个，均匀分布在周向间隙(6)内；所述肋(2)的厚度小于10mm；所述的辐照对象(1)与肋(2)之间留有0.01～0.03mm间隙；
所述周向间隙(6)内填充有气体或抽真空。
2.根据权利要求1所述的肋式控温辐照装置，其特征在于，所述肋(2)为板状体、圆柱体或弧状体中任一种。
3.根据权利要求1所述的肋式控温辐照装置，其特征在于，所述肋(2)的硬度低于辐照对象(1)的最外层材料硬度。
4.根据权利要求1所述的肋式控温辐照装置，其特征在于，所述周向间隙(6)的厚度，即辐照盒内表面(301)与辐照对象外表面(101)的径向距离，比肋(2)的厚度大0.01～0.03mm，且不大于10mm。
5.根据权利要求1所述的肋式控温辐照装置，其特征在于，所述端塞I(4)包括与辐照盒内表面(301)、辐照对象端面相配合的凸台I(402)，及与辐照盒端面配合的基座I(401)；所述的端塞II(5)包括与辐照盒内表面(301)、辐照对象端面配合的凸台II(502)，及与辐照盒(3)端面配合的基座II(502)。
6.根据权利要求1或5所述的肋式控温辐照装置，其特征在于，所述的端塞I(4)、端塞II(5)均为一体成型结构。
7.根据权利要求5所述的肋式控温辐照装置，其特征在于，所述的凸台I(402)与辐照对象(1)之间、或凸台II(502)与辐照对象(1)之间留有空腔；所述的凸台I(402)侧与辐照盒内表面(301)之间、凸台II(502)侧面与辐照盒内表面(301)之间均留有间隙。
8.一种基于前述权利要求1-7任一项所述的肋式控温辐照装置的应用，其特征在于，所述的肋式控温辐照装置适用于棒状辐照对象或其他规则形状辐照对象。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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