CN113936826B - 一种高功率燃料棒控温辐照装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高功率燃料棒控温辐照装置，该装置包括：辐照胶囊、控温对开套和惰性气体，辐照胶囊上设置定位台，控温对开套上设计用于调解温度的沟槽。本发明公开的高功率燃料棒控温辐照装置，适用于核燃料或核发热极高材料的辐照实验。本发明通过控温对开套将燃料棒的辐射热传递到辐照胶囊达到散热的目的；通过调整控温对开套外表面矩形沟槽的数量和沟槽尺寸，实现温度调控的目的；辐照胶囊中空腔体与控温对开套的顶部之间留有间隙，保证辐照实验结束后，燃料棒的顺利取出，以及为燃料棒包壳可能发生破损后气体释放留有空间；辐照胶囊外的定位凸台保证了控温辐照装置安装的稳定性。

Description

一种高功率燃料棒控温辐照装置
技术领域
本发明属于核电材料领域，尤其涉及一种高功率燃料棒控温辐照装置。
背景技术
燃料棒等关键核电材料是支撑大型先进压水堆或者高温气冷堆等核电站发展的关键因 素，也是制约核电技术飞速发展的瓶颈之一。随着我国核电自主化工作的深入，开展燃料棒 辐照考验，通过辐照考验进行检测分析并获取燃料棒功率跃迁的失效限值，建立燃料棒功率 瞬态行为模型，是燃料棒核电材料研发的重要环节。辐照考核对待考核材料的温度有很高的 要求，需要控制核电材料样品的温度在10℃左右的极小温度范围内波动。
目前为反应堆内辐照材料样品提供温度加载的装置主要是静态控温辐照装置，常见的静 态控温辐照装置主要利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，实 现待测燃料棒的辐照温度控制，然而以现有的静态控温装置作为燃料棒的控温辐照装置并不 适合，这是因为现有的静态控温装置主要通过惰性气体保温层，降低考核核电材料辐射散热， 从而为辐照材料提供温度加载，如果利用现有的静态控温装置作为燃料棒考核的辐照装置， 将存在以下问题：a)燃料棒的发热率极高，在辐照考核过程中会产生大量的热，因此需要 通过辐照装置进行一定程度的散热，但现有静态辐照装置中的惰性气体导热性并不高，因此 仅依靠惰性气体间隙是无法满足目标辐照温度，且这种利用气隙调控温度的装置其控温误差 很大；b)燃料棒对气隙厚度的敏感性极高，当辐照罐晃动或者燃料棒在控温辐照装置内部 的位置发生改变时，从而导致其实际辐照温度也发生了变化。
因此，亟需一种控温辐照装置，该控温辐照装置能够用于高功率燃料棒的辐照实验。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高功率燃料棒控温辐照装置。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种高功率燃料棒控温辐照装置，所述装置包 括：辐照胶囊、控温对开套和惰性气体；
所述辐照胶囊由上下两部分严密焊接而成，其具有中空腔体，辐照胶囊外侧设置有定位 凸台；
所述控温对开套外表面沿轴线方向开设有多个矩形沟槽，控温对开套嵌入辐照胶囊的中 空腔体中，且其外表面与辐照胶囊的中空腔体内表面紧紧贴合，控温对开套的多个矩形沟槽 与辐照胶囊的中空腔体内表面形成气体腔，所述矩形沟槽数量可调整；
所述惰性气体注入上述气体腔中；
所述控温对开套内固定燃料棒，燃料棒外壁贴合控温对开套内壁，控温对开套的内径和 外径根据固定燃料棒的直径进行调整。
优选的，所述辐照胶囊材料为纯铝、核级铝合金和镍基合金中的任意一种，所述辐照胶 囊材料导热率＞200W·m-1·K-1。
优选的，所述辐照胶囊内的中空腔体的长度大于控温对开套的长度，控温对开套顶部与 辐照胶囊内表面之间充入惰性气体。
优选的，所述控温对开套由两个半圆套拼接而成。
优选的，所述控温对开套采用导热率＜30W·m-1·K-1，熔点＞1200℃的不锈钢材料制成。
优选的，所述控温对开套的多个矩形沟槽的深度均为0.5mm～3mm，宽度均为 1mm1～5mm。
优选的，所述控温对开套导热率低于辐照胶囊的导热率。
优选的，所述气体腔压强为1.0×10-5pa～1Mpa。
本发明的有益效果是：本发明公开的高功率燃料棒控温辐照装置，适用于核燃料或核发 热极高材料的辐照实验。本发明通过控温对开套将燃料棒的辐射热传递到辐照胶囊达到散热 的目的；通过调整控温对开套外表面矩形沟槽的数量和沟槽尺寸，实现温度调控的目的；辐 照胶囊中空腔体与控温对开套的顶部之间留有间隙，保证辐照实验结束后，燃料棒的顺利取 出，以及为燃料棒包壳可能发生破损后气体释放留有空间；辐照胶囊外的定位凸台保证了控 温辐照装置安装的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例中的高导率等温体控温辐照装置的结构剖视图；
图2为本发明实施例中的高导率等温体控温辐照装置的横截面结构示意图；
图3为本发明实施例中控温对开套的的截面示意图；
图中：1.辐照胶囊 2.控温对开套 3.惰性气体 4.燃料棒 11.定位凸台。
具体实施方式
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原 理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术 人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形 和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1、图2和图3所示的一种高功率燃料棒控温辐照装置，如图1所示，该装置包括： 辐照胶囊1、控温对开套2和惰性气体3；其中：
辐照胶囊1具有中空腔体，其由上下两部分严密焊接而成，保证位于其中空腔体的部件 的取放，辐照胶囊1外侧设置有定位凸台11，该凸台用于固定辐照胶囊在辐照圆形孔道内居 中放置，不会出现偏心及孔道内大范围摆动的情况，定位凸台11可以设计为：在辐照胶囊1 外呈十字排布，上下两端各四个。辐照胶囊1采用高热导率材料制成，其材料为纯铝、核级 铝合金和镍基合金中的任意一种，辐照胶囊1材料导热率＞200W·m-1·K-1
控温对开套2嵌入辐照胶囊1的中空腔体中，且其外表面与辐照胶囊1的中空腔体内表 面紧紧贴合；如图3所示，控温对开套2的外表面沿轴线方向上开设有多个矩形沟槽，这些 矩形沟槽与辐照胶囊1的中空腔体内表面形成气体腔，气体腔内注入惰性气体3，且矩形沟 槽数量可根据具体辐照实验对燃料棒的温度要求进行调整。
控温对开套2的长度小于辐照胶囊1内的中空腔体的长度，这样可以保证辐照材料在考 核完成后，可以打开辐照胶囊1上部后，取出考核材料，另一方面也为燃料棒包壳可能发生 破损后气体释放留有空间，实验过程中在该空间中充入惰性气体。
控温对开套2由两个半圆套拼接而成，且采用导热率＜30W·m-1·K-1，熔点＞1200℃的不 锈钢材料制成，控温对开套2的导热率远低于辐照胶囊的导热率，这样可满足燃料棒外表面 到辐照胶囊内表面的高温度梯度的要求。
控温对开套2的多个矩形沟槽的深度均为0.5mm～3mm，宽度均为1mm1～5mm，矩形沟 槽的尺寸可以根据实际实验对燃料棒温度的需求进行调整。
上述气体腔内充入对性气体的压强为1.0×10-5pa～1Mpa。
如图2所示，控温对开套2用于固定燃料棒4，燃料棒4外壁贴合控温对开套2内壁，控温对开套2的内径和外径根据固定燃料棒4的直径进行调整，控温对开套2对燃料棒4起到很好的包裹保护作用，增加了燃料棒4控温辐照装置在反应堆内辐照的安全性。控温对开套2内侧直接接触温度极高的燃料棒4，外侧接触温度接近常温被研究堆冷却水强迫冷却的辐照胶囊1，加上控温对开套2导热率相对较低，可满足燃料棒外表面到辐照胶囊内表面的高温度梯度的要求。

Claims (4)

1.一种高功率燃料棒控温辐照装置，其特征在于，所述装置包括：辐照胶囊(1)、控温对开套(2)和惰性气体(3)；
所述辐照胶囊(1)由上下两部分严密焊接而成，其具有中空腔体，所述中空腔体的长度大于控温对开套(2)的长度，控温对开套(2)顶部与辐照胶囊(1)内表面之间充入惰性气体；辐照胶囊(1)外侧设置有定位凸台(11)；
所述控温对开套(2)外表面沿轴线方向开设有多个矩形沟槽，且由两个半圆套拼接而成，控温对开套(2)嵌入辐照胶囊(1)的中空腔体中，且其外表面与辐照胶囊(1)的中空腔体内表面紧紧贴合，控温对开套(2)的多个矩形沟槽与辐照胶囊(1)的中空腔体内表面形成气体腔，所述矩形沟槽数量可调整；所述控温对开套(2)采用导热率＜30W·m-1·K-1，熔点＞1200℃的不锈钢材料制成；
所述惰性气体(3)注入上述气体腔中；
所述控温对开套(2)内固定燃料棒(4)，燃料棒(4)外壁贴合控温对开套(2)内壁，控温对开套(2)的内径和外径根据固定燃料棒(4)的直径进行调整。
2.根据权利要求1所述的高功率燃料棒控温辐照装置，其特征在于，所述辐照胶囊(1)材料为纯铝、核级铝合金和镍基合金中的任意一种，所述辐照胶囊(1)材料导热率＞200W·m-1·K-1。
3.根据权利要求1所述的高功率燃料棒控温辐照装置，其特征在于，所述控温对开套(2)的多个矩形沟槽的深度均为0.5mm～3mm，宽度均为1mm1～5mm。
4.根据权利要求1所述的高功率燃料棒控温辐照装置，其特征在于，所述气体腔压强为1.0×10-5pa～1Mpa。
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