CN115420671A - 实验用品以及制作实验用品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种实验用品，包括：锆合金管；密封件，密封件设置成密封锆合金管两端的开口；碘，碘设置于锆合金管内。本发明的实施例还提供了一种制作实验用品的方法，包括：获取锆合金管和密封件；使用密封件密封锆合金管两端的开口；向锆合金管内加入碘，制作完成实验用品。本发明的实施例提供的实验用品可以在实验条件下更准确地模拟反应堆燃料棒的包壳管内发生的碘致应力腐蚀现象。

Description

实验用品以及制作实验用品的方法

技术领域

本发明涉及反应堆安全领域，具体涉及一种实验用品以及制作实验用品的方法。

背景技术

反应堆燃料棒的包壳管为锆合金材质，包壳管中容纳有芯块，芯块中的铀235裂变会产生碘，碘能够腐蚀锆合金材质的包壳管，即产生碘致应力腐蚀现象，在碘的作用下，包壳管可能会开裂，威胁反应堆的安全运行。因此，通过实验来探究包壳管在碘的作用下的力学性能表现，具有重要意义。

公开号为CN203299069U的实用新型专利公开了一种用于探究包壳管的材料在碘的作用下的力学性能表现的实验装置，但是其将锆合金样品设置在具有碘蒸气气氛的密封箱中，这种设置方式不能模拟锆合金管在反应堆中的实际工况，影响测量结果的准确性。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明。

本发明的实施例提供了一种实验用品，包括：锆合金管；密封件，密封件设置成密封锆合金管两端的开口；碘，碘设置于锆合金管内。

本发明的实施例还提供了一种制作实验用品的方法，包括：获取锆合金管和密封件；使用密封件密封锆合金管两端的开口；向锆合金管内加入碘，制作完成实验用品。

本发明的实施例提供的实验用品可以在实验条件下更准确地模拟反应堆燃料棒的包壳管内发生的碘致应力腐蚀现象。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的实验用品的示意图；

图2为本发明实施例的实验用品的示意图；

图3为本发明实施例的实验用品的示意图；

图4为本发明实施例的实验用品的示意图；

图5为本发明实施例的制作实验用品的流程示意图。

需要说明的是，附图不一定按比例绘制，其仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

参见图1，本发明的实施例提供了一种实验用品，包括：锆合金管10；密封件20，密封件20设置成密封锆合金管10两端的开口；碘30，碘30设置于锆合金管10内。

本发明的实施例提供的实验用品用于模拟反应堆燃料棒的包壳管发生的碘致应力腐蚀现象，具体地，在实验用品的锆合金管10的内部含有碘的情况下，通过拉伸锆合金管10来模拟反应堆燃料棒的包壳管发生的碘致应力腐蚀现象，也就是说，本发明实施例提供的实验用品在实验过程中用作被测试的试样，本发明实施例提供的实验用品具体可以作为轴向拉伸实验中的被拉伸的试样。

锆合金管10用于模拟反应堆燃料棒的包壳管，锆合金管10具有中空的管腔，锆合金管10的两端具有开口，开口能够将管腔与锆合金管10的外部连通，锆合金管10的具体形状可以根据反应堆燃料棒的形状确定，一般地，锆合金管10可以为圆柱形管，本发明对锆合金管10的尺寸不做限定。另外需要说明的是，本领域技术人员可以理解，反应堆燃料棒的包壳管的材质可能会略有不同，例如锆合金管的具体合金种类不同，或者锆合金管上涂有其他涂层等等，因此，本发明实施例中的锆合金管10可以是任何适用于作为反应堆燃料棒的包壳管的材质。

密封件20用于防止碘30从锆合金管10的管腔挥发至锆合金管10的外部，密封件20设置成密封锆合金管10两端的开口。密封件20可以为任意形状，其能够实现对锆合金管10两端的开口进行密封即可。密封件20可以为任意材质，但优选地，密封件20为与锆合金管10相同的材质，即，密封件20的材质为锆合金。密封件20可以通过任何适合的方式安装并密封锆合金管10两端的开口。

碘30用于模拟反应堆燃料棒的包壳管中的铀235裂变产生的碘。碘30与锆合金管10相互作用，以此来模拟锆合金管10受到的碘致应力腐蚀现象。

反应堆在运行过程中，反应堆燃料棒的包壳管内产生碘，但实际工况是包壳管内产生的碘并不会出现在包壳管外部，包壳管内产生的碘仅位于包壳管内部，包壳管内产生的碘仅对包壳管的内壁进行腐蚀。本发明的实施例中，通过将碘30设置在锆合金管10的内部，并通过密封件使锆合金管10内部形成密封的管腔，以此来使碘仅位于锆合金管10的内部，仅使锆合金管10的内壁受到碘的腐蚀。通过这种设置方式，可以在实验条件下更准确地模拟反应堆燃料棒的包壳管内发生的碘致应力腐蚀现象。

在某些实施例中，实验用品还包括有机溶剂，有机溶剂设置于锆合金管10内，碘30溶解于有机溶剂中。

有机溶剂可以是任何能够使碘30溶解于其中的有机溶剂，本发明对此不做限定。本发明的实施例通过将碘溶解于有机溶剂中后加入锆合金管10内，相对于直接加入气态的碘或固态的碘而言，可以防止碘在加入锆合金管10的过程中挥发，便于准确控制加入的碘的量，便于进一步研究碘的量对锆合金的影响，例如，可以通过直接将溶解了碘的有机溶剂注入锆合金管10的内部的方式将碘设置于锆合金管10内，既便于控制碘的含量，也便于在加入碘之后对锆合金管10进行密封。

参见图2、图3及图4，在某些实施例中，密封件20包括第一密封件201和第二密封件202，第一密封件201和第二密封件202分别密封锆合金管10两端的开口；第一密封件201设置有进碘通道40，进碘通道40能够将锆合金管10的内部与锆合金管10的外部连通，进碘通道40在将碘30加入锆合金管10之后处于密封状态。

在第一密封件201和第二密封件202装配在锆合金管10两端的开口上之后，通过进碘通道40将锆合金管10的外部的碘加入至锆合金管10的内部，在加入碘30之后，再使进碘通道40处于密封状态，以防止碘30挥发到锆合金管10的外部。本实施例对进碘通道40的形状、长度不做限制，进碘通道40能够将锆合金管10的外部和锆合金管10的内部连通即可。进碘通道40可以设置在第一密封件201上并沿第一密封件201的轴线贯穿第一密封件201。本实施例对使进碘通道40处于密封状态的方法不做限制，其能够使进碘通道40处于密封状态即可。

参见图4，在某些实施例中，第一密封件201远离锆合金管10的一端具有沿锆合金管10的轴线远离锆合金管10的方向尺寸逐渐变小的端部2011，进碘通道40的进口401设置在端部2011上。

第一密封件201设置在锆合金管10的一个开口上，第一密封件201的一个端部设置在锆合金管10上，与之相对地，第一密封件201具有一个远离锆合金管10的端部2011。当第一密封件201装配在锆合金管10上时，第一密封件201的轴线通常与锆合金管10的轴线重合，端部2011的尺寸沿着锆合金管10的轴线远离锆合金管的方向逐渐变小。需要说明的是，本实施例中所说的逐渐变小并不是指变化是连续的，例如可以是阶段性地逐渐变小，在同一阶段中，尺寸可以不发生变化。当第一密封件201为圆柱形时，端部2011的尺寸的逐渐变小可以具体体现为端部的直径或半径逐渐变小。例如，端部2011可以为圆锥形或圆台形，或者为如图4所示的多个共轴且尺寸逐渐变小的圆柱体拼接成的形状。

进碘通道40的进口401设置在端部2011上时，通过将端部2011设置成尺寸逐渐变小的形状，可以便于对进口401进行密封。例如，通过对进口401进行堵孔焊实现进碘通道40的密封时，端部2011设置成尺寸逐渐变小的形状可以便于堵孔焊对进口401进行密封。具体可以采用激光堵孔焊对进口401进行密封，激光的照射面积较小，端部2011具有尺寸较小的部分时，激光可以方便地使尺寸较小的部分融化，进而封堵进口401使进碘通道40处于密封状态。进碘通道40的内径也可以随着端部2011的尺寸变小而相应变小，进碘通道40的内径较小可以便于对进碘通道40进行密封。

参见图2、图3及图4，在某些实施例中，密封件20具有插入锆合金管10的部分，密封件20插入锆合金管10的部分与锆合金管10的管壁贴合并支撑管壁。

本发明的实施例提供的实验用品用于轴向拉伸实验时，需要使用夹具对实验用品进行夹持。而本实施例中，夹具对锆合金管10直接进行夹持，但锆合金管10的强度不够，在被夹持时锆合金管10的管壁容易在夹持力的作用下发生变形。因此，通过将密封件20插入锆合金管10中，使密封件20插入锆合金管10的部分与锆合金管10的管壁贴合并支撑管壁，来增加锆合金管10的管壁的强度，使其能够被夹具直接夹持而不出现管壁变形的情况。锆合金管10的管壁被支撑的部分形成第一夹持部51和第二夹持部52，夹具可以直接夹持在第一夹持部51和第二夹持部52上，通过第一夹持部51和第二夹持部52对锆合金管10沿轴向施加拉伸力，以对锆合金管10进行轴向拉伸。

在某些实施例中，密封件20与锆合金管10之间通过焊接实现密封。

通过焊接的方式，可以将密封件20可靠地固定在锆合金管10上，同时能够实现可靠的密封。可以使用电子束进行焊接。焊接时可以通过环焊的方式将密封件20和锆合金管10之间的环状缝隙全部密封。

通过上述内容的描述，可以理解，本发明的实施例提供的实验用品，可以直接安装在应力腐蚀试验机上进行慢应变速率的轴向拉伸实验，而不需要额外提供碘蒸汽环境，避免了用于提供碘蒸气环境的装置的设置以及碘蒸汽泄漏对操作人员的危害。本发明的实施例提供的实验用品在进行拉伸实验时，仅需将实验用品置于一定温度(例如反应堆在工作状态时，燃料棒的包壳管所处的环境的温度)的环境中，就能使锆合金管10内的碘30变成碘蒸汽状态，模拟反应堆燃料棒的包壳管的内部环境。

参见图5，本发明的实施例还提供了一种制作实验用品的方法，包括：

S101，获取锆合金管和密封件；

S102，使用密封件密封锆合金管两端的开口；

S103，向锆合金管内加入碘，制作完成实验用品。

下面对每个步骤进行详细地描述。

S101，获取锆合金管和密封件。

可以直接从用于制作反应堆燃料棒的包壳管上截取一定长度作为锆合金管10。然后加工密封件20，使密封件20的尺寸与锆合金管10两端的开口相匹配。以密封件20的材质为锆合金为例，可以将锆合金加工成圆柱状的端塞作为密封件20，使密封件20的外径等于锆合金管10的内径。

S102，使用密封件密封锆合金管两端的开口。

将密封件20装配到锆合金管10两端的开口，然后对密封件20与锆合金管10之间的缝隙再进行密封。

S103，向锆合金管内加入碘，制作完成实验用品。

步骤S102中用于密封锆合金管10两端的开口的密封件20上可以留有用于加入碘30的通道，例如上文所述的设置在第一密封件201上的进碘通道40，向锆合金管10内加入碘30后，再对锆合金管10的内部进行完全密封。

在某些实施例中，向锆合金管10内加入碘30包括：将碘30溶解于有机溶剂；将溶解了碘30的有机溶剂加入至锆合金管10内。

有机溶剂可以是任何能够使碘30溶解于其中的有机溶剂，本发明对此不做限定。本发明的实施例通过将碘溶解于有机溶剂中后加入锆合金管10内，相对于直接加入气态的碘或固态的碘而言，可以防止碘在加入锆合金管10的过程中挥发，便于准确控制加入的碘的量，便于进一步研究碘的量对锆合金的影响，例如，可以通过直接将溶解了碘的有机溶剂注入锆合金管10的内部的方式将碘设置于锆合金管10内，既便于控制碘的含量，也便于在加入碘之后对锆合金管10进行密封。

在某些实施例中，密封件包括第一密封件201和第二密封件202，使用第一密封件201和第二密封件202分别密封锆合金管10两端的开口；其中，加工第一密封件201，在第一密封件201上开设进碘通道40，当第一密封件201安装在锆合金管10的开口上且锆合金管10内未加入碘30时，进碘通道40能够将锆合金管10的内部与锆合金管10的外部连通；向锆合金管10内加入碘30之后，密封进碘通道40。

在某些实施例中，加工第一密封件201还包括：将第一密封件201不用于装配在锆合金管上的一端加工成尺寸逐渐变小的端部2011，将进碘通道40的进口401设置在端部2011上。进碘通道40的出口可以设置在第一密封件201用于装配在锆合金管上的一端。

在某些实施例中，可以通过堵孔焊封闭进口401，以密封进碘通道40。堵孔焊可以具体为激光堵孔焊。

在某些实施例中，使用密封件20密封锆合金管10两端的开口时，将密封件20的至少一部分插入锆合金管10，以使密封件20插入锆合金管10的部分与锆合金管10的管壁贴合并支撑管壁。

在某些实施例中，使用密封件20密封锆合金管10两端的开口时，通过焊接实现密封件20与锆合金管10之间的密封。具体地，可以通过电子束进行焊接。当密封件20为圆柱状的端塞时，可以通过环焊的方式将密封件20和锆合金管10之间的环状缝隙全部密封。

在某些实施例中，通过焊接实现密封件20与锆合金管10之间的密封后，再向锆合金管10内加入碘30。在某些实施例中，通过焊接实现密封件20与锆合金管10之间的密封后，再通过密封件20上设置的进碘通道40向锆合金管10内加入碘30。

在某些实施例中，制作多个实验用品，每个实验用品中加入碘30的量不同。

通过在不同的实验用品中加入不同量的碘30，可以探究碘30的量与锆合金管10被腐蚀程度的关系。

在某些实施例中，加入体积相同但浓度不同的溶解有碘30的有机溶剂，来实现每个实验用品中加入碘30的量不同。

通过控制加入的溶解有碘30的有机溶剂的体积一致，来避免有机溶剂的体积对实验结果的干扰，通过改变碘在有机溶剂中的浓度，来改变每个实验用品中加入的碘30的量。

在某些实施例中，不同的实验用品的锆合金管10具有相同的外径和内径。在某些实施例中，通过控制密封件20在锆合金管10内的插入深度，使不同的实验用品的锆合金管10具有体积相等的可容纳碘30的内部空间。

在某些实施例中，获取锆合金管10后，在锆合金管10上设置标记，标记与碘30的量相对应。通过对锆合金管10设置标记，来区分装有不同量的碘30的实验用品。

在某些实施例中，制作完成实验用品之后，对实验用品进行氦气检漏。通过对实验用品进行氦气检漏，剔除气密性差的实验用品。

对于本申请的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (19)

1.一种实验用品，包括：

锆合金管；

密封件，所述密封件设置成密封所述锆合金管两端的开口；

碘，所述碘设置于所述锆合金管内。

2.根据权利要求1所述的实验用品，还包括：

有机溶剂，所述有机溶剂设置于所述锆合金管内，所述碘溶解于所述有机溶剂中。

3.根据权利要求1所述的实验用品，其中，

所述密封件包括第一密封件和第二密封件，所述第一密封件和所述第二密封件分别密封所述锆合金管两端的开口；

所述第一密封件设置有进碘通道，所述进碘通道能够将所述锆合金管的内部与所述锆合金管的外部连通，所述进碘通道在将所述碘加入所述锆合金管之后处于密封状态。

4.根据权利要求3所述的实验用品，其中，

所述第一密封件远离所述锆合金管的一端具有沿所述锆合金管的轴线远离所述锆合金管的方向尺寸逐渐变小的端部，所述进碘通道的进口设置在所述端部上。

5.根据权利要求4所述的实验用品，其中，

通过对所述进口进行堵孔焊实现所述进碘通道的密封。

6.根据权利要求1所述的实验用品，其中，

所述密封件具有插入所述锆合金管的部分，所述密封件插入所述锆合金管的部分与所述锆合金管的管壁贴合并支撑所述管壁。

7.根据权利要求1所述的实验用品，其中，

所述密封件与所述锆合金管之间通过焊接实现密封。

8.根据权利要求1所述的实验用品，其中

所述密封件的材质为锆合金。

9.一种制作实验用品的方法，包括：

获取锆合金管和密封件；

使用所述密封件密封所述锆合金管两端的开口；

向所述锆合金管内加入碘，制作完成所述实验用品。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，向所述锆合金管内加入碘包括：

将碘溶解于有机溶剂；

将溶解了所述碘的所述有机溶剂加入至所述锆合金管内。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述密封件包括第一密封件和第二密封件，

使用所述第一密封件和所述第二密封件分别密封所述锆合金管两端的开口；

其中，在所述第一密封件上开设进碘通道，当所述第一密封件安装在所述锆合金管的开口上且所述锆合金管内未加入所述碘时，所述进碘通道能够将所述锆合金管的内部与所述锆合金管的外部连通；

向所述锆合金管内加入所述碘之后，密封所述进碘通道。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，加工第一密封件还包括：

将所述第一密封件不用于装配在所述锆合金管上的一端加工成尺寸逐渐变小的端部，将所述进碘通道的进口设置在所述端部上。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

通过堵孔焊封闭所述进口，以密封所述进碘通道。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，

使用所述密封件密封所述锆合金管两端的开口时，将所述密封件的至少一部分插入所述锆合金管，以使所述密封件插入所述锆合金管的部分与所述锆合金管的管壁贴合并支撑所述管壁。

15.根据权利要求9所述的方法，其中，

使用所述密封件密封所述锆合金管两端的开口时，通过焊接实现所述密封件与所述锆合金管之间的密封。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，

制作多个所述实验用品，每个所述实验用品中加入所述碘的量不同。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，

加入体积相同但浓度不同的溶解有所述碘的所述有机溶剂，来实现每个所述实验用品中加入所述碘的量不同。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，

获取锆合金管后，在所述锆合金管上设置标记，所述标记与所述碘的量相对应。

19.根据权利要求9所述的方法，其中，

制作完成所述实验用品之后，对所述实验用品进行氦气检漏。

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