CN115980178A - 燃料棒氧化膜标样组件及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了燃料棒氧化膜标样组件及其制备方法、应用，燃料棒氧化膜标样组件，包括标样架，所述标样架上设置有多个具有不同厚度氧化膜的包壳管标样，所述包壳管标样采用注锌工艺腐蚀包壳管在其表面形成氧化膜，所述注锌工艺采用的腐蚀介质与AP1000水化学一致，水化学环境为注锌溶液。本发明所述标样组件中包括多个能够模拟AP1000燃料棒氧化膜的标样，能够用于对AP1000燃料棒氧化膜检测系统的测量精度进行标定和校核，确保氧化膜测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及辐照后燃料组件池边测量技术领域，具体涉及燃料棒氧化膜标样组件及其制备方法、应用。
背景技术
料棒包壳与冷却剂发生相互反应，形成大约100μm以内厚度的锆氧化物形成于核燃料棒上。
从燃料棒包壳管向冷却剂/慢化剂进行热传导的过程中，由于锆氧化物的不断生长使得包壳壁的厚度越来越薄，导致包壳结构完整性方面的损伤的金属损失。因此各燃料棒上容许的氧化物的最大量存在限制。一旦达到该限定值，则必须更换燃料棒。为了评判燃料棒包壳氧化层的厚度是否超过限值，需要通过涡流法对燃料棒氧化膜进行测量。
为了确保涡流法对燃料棒氧化膜进行测量的准确性，需要设计标样对氧化膜检测系统的测量精度进行标定和校核。
AP1000水化学环境为注锌环境，不同于其他类型核电水化学环境，氧化膜具有独特的结构和物理特性，在国内对于AP1000核电站燃料棒氧化膜标样制备及氧化膜测量研究尚无开展。
因此，亟需设计一种能用AP1000核电站燃料棒氧化膜标样，用于对AP1000燃料棒氧化膜检测系统的测量精度进行标定和校核。
发明内容
本发明的目的在于提供燃料棒氧化膜标样组件，该标样组件中包括多个能够模拟AP1000燃料棒氧化膜的标样，能够用于对AP1000燃料棒氧化膜检测系统的测量精度进行标定和校核，确保氧化膜测量精度。
此外，本发明还提供上述燃料棒氧化膜标样组件的制备方法和应用。
本发明通过下述技术方案实现：
燃料棒氧化膜标样组件，包括标样架，所述标样架上设置有多个具有不同厚度氧化膜的包壳管标样，所述包壳管标样采用注锌工艺腐蚀包壳管在其表面形成氧化膜，所述注锌工艺采用的腐蚀介质与AP1000水化学一致，水化学环境为注锌溶液。
本发明的包壳管标样采用与AP1000水化学一致的腐蚀工艺，氧化膜的产生机理与堆内燃料棒氧化膜的产生机理一致，水和锆的氧化方式和纯水腐蚀基本相同，完全可以模拟堆内实际环境，制备的包壳管标样能够用于对AP1000燃料棒氧化膜检测系统的测量精度进行标定和校核，确保氧化膜测量精度。
进一步地，包壳管标样采用ZIRLOTM包壳管，注锌溶液的浓度为5-40ppb。
进一步地，标样架上设置有5个不同厚度氧化膜的包壳管标样，5个包壳管标样的氧化膜厚度分别为5μm、15μm、30μm、60μm、90μm、125μm。
进一步地，还包括上部芯棒和下部芯棒，所述包壳管标样设置在上部芯棒和下部芯棒之间，所述包壳管标样、上部芯棒和下部芯棒同轴设置，所述包壳管标样、上部芯棒和下部芯棒构成燃料棒标样，所述上部芯棒和下部芯棒用于实现燃料棒标样与标样架连接。
进一步地，上部芯棒和下部芯棒均为一端大一端小的凸台结构，所述上部芯棒和下部芯棒的小端上靠近大端处分别设置有用于固定包壳管标样的第一定心轴套和第二定心轴套，所述上部芯棒的小端端部设置有插杆，所述下部芯棒的小端端部设置有与插杆装配的插孔。
本发明上述结构的燃料棒标样能够保证包壳管标样、上部芯棒和下部芯棒装配后的同心度，且装配方便，作为优选地，上部芯棒和下部芯棒的大端与包壳管标样具有相同外径。
燃料棒标样的装配过程为：
将包壳管标样的一端套设在第一定心轴套上且包壳管标样的端部与上部芯棒大端端部接触，然后将下部芯棒的小端沿着包壳管标样插入，使插杆插入到插孔内，完成装配，此时，包壳管标样的另一端套设在第二定心轴套上，且包壳管标样的另一端端部与下部芯棒大端端部接触。
进一步地，标样架包括支撑板、立柱和限位板；
所述支撑板上对称设置有两个立柱，所述限位板滑动设置两个立柱上；
多个燃料棒标样在限位板的压紧作用下固定在限位板和支撑板之间。
进一步地，上部芯棒的顶部设置有上定位孔，所述限位板上设置有与上定位孔相配合的第一凸起，所述下部芯棒的底部设置下定位孔，所述支撑板上设置有与下定位孔相配合的第二凸起。
燃料棒氧化膜标样组件的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用注锌工艺腐蚀包壳管，制备不同厚度氧化膜的包壳管标样；
S2、将包壳管标样与上部芯棒和下部芯棒装配，形成具有不同厚度氧化膜的燃料棒标样；
S3、将燃料棒标样固定在标样架上。
燃料棒氧化膜标样组件在标定和校核AP1000燃料棒氧化膜检测系统测量精度中的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的燃料棒氧化膜标样组件能够用于燃料棒氧化膜测量系统标定和精度校核，满足核电站辐照后燃料组件燃料棒氧化膜厚度测量要求。
2、本发明通过进行试验，获得了氧化膜厚度分别为5μm、15μm、30μm、60μm、90μm、125μm的腐蚀工艺。
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为本发明屏燃料棒氧化膜标样组件的结构示意图；
图2为燃料棒标样的整体结构示意图；
图3为燃料棒标样的展开示意图
图4为燃料棒标样的剖视图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-标样架；2-包壳管标样；3-上部芯棒；4-下部芯棒；11-支撑板；12-立柱；13-限位板；14-顶板；31-上定位孔；32-第一定心轴套；33-插杆；41-下定位孔；42-第二定心轴套；43-插孔。
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1-4所示，燃料棒氧化膜标样组件，包括标样架1，所述标样架1上设置有多个具有不同厚度氧化膜的包壳管标样2，各个包壳管标样2的养护膜的厚度均在0-120μm之间，用于模拟堆内实际环境，燃料棒氧化膜的厚度，所述包壳管标样2高压釜腐蚀技术，采用注锌工艺腐蚀包壳管在其表面形成氧化膜，所述注锌工艺采用的腐蚀介质与AP1000水化学一致，水化学环境为注锌溶液；注锌溶液的浓度为5-40ppb，高压釜腐蚀溶液参照AP1000核电厂水化学规范要求，360℃/20MPa去离子水生成；包壳管标样2采用ZIRLOTM包壳管，锆合金在高温高压水或过热蒸汽环境中工作时，锆和水发生反应，在工件表面会形成氧化膜。
本实施例的包壳管标样2采用与AP1000水化学一致的腐蚀工艺，氧化膜的产生机理与堆内燃料棒氧化膜的产生机理一致，水和锆的氧化方式和纯水腐蚀基本相同，完全可以模拟堆内实际环境，制备的包壳管标样2能够用于对AP1000燃料棒氧化膜检测系统的测量精度进行标定和校核，确保氧化膜测量精度。
其中，标样架1上包壳管标样2的数量和包壳管标样2的氧化膜厚度可根据需要进行设定，具体可通过控制腐蚀工艺参数实现氧化膜厚度的控制。
具体地：标样架1上设置有5个不同厚度氧化膜的包壳管标样2，5个包壳管标样2的氧化膜厚度分别为5μm、15μm、30μm、60μm、90μm、125μm。
其中，标样架1的具体结构也不受限定能够实现包壳管标样2的固定即可，且包壳管标样2与标样架1的连接方式也不受限定。
具体地，标样架1的具体连接方式可以是：
为了实现包壳管标样2与标样架1的连接，将包壳管标样2与上部芯棒3和下部芯棒4连接组成燃料棒标样，通过上部芯棒3和下部芯棒4与标样架1的连接实现将包壳管标样2固定在标样架1上。
包壳管标样2设置在上部芯棒3和下部芯棒4之间，所述包壳管标样2、上部芯棒3和下部芯棒4同轴设置。为了确保包壳管标样2、上部芯棒3和下部芯棒4的同轴度，三者的具体连接方式为：上部芯棒3和下部芯棒4均为一端大一端小的凸台结构，所述上部芯棒3和下部芯棒4的小端上靠近大端处分别设置有用于固定包壳管标样2的第一定心轴套32和第二定心轴套42，第一定心轴套32和第二定心轴套42由弹性材料制成，锥体结构，弹性材料可以是耐腐蚀橡胶等，所述上部芯棒3的小端端部设置有插杆33，所述下部芯棒4的小端端部设置有与插杆33装配的插孔43。
上述结构的包壳管标样2、上部芯棒3和下部芯棒4的具体装配过程为：
将包壳管标样2的一端套设在第一定心轴套32上且包壳管标样2的端部与上部芯棒3大端端部接触，然后将下部芯棒4的小端沿着包壳管标样2插入，使插杆33插入到插孔43内，完成装配，此时，包壳管标样2的另一端套设在第二定心轴套42上，且包壳管标样3的另一端端部与下部芯棒4大端端部接触。
作为优选地，上部芯棒3和下部芯棒4的大端与包壳管标样2具有相同外径，使装配完成后的燃料棒标样整体呈等径的柱体结构。
其中，标样架1的具体结构可以是：
标样架1包括支撑板11、立柱12和限位板13；
支撑板11上端面对称设置有两个立柱12，所述限位板13滑动设置两个立柱12上，具体限位板13为水平板，在水平板的两端设置有与立柱12为间隙配合的装配孔，将两个立柱12分别插入水平板两端的装配孔内，通过装配孔实现限位板13在立柱12上上下滑动，可用于固定不同长度的燃料棒标样，为了提高限位板13固定的稳定性，可以在立柱12的侧壁上设置有条形槽，在装配孔上设置有与条形槽相对应的螺纹通孔，通过螺栓穿过螺纹通孔固定于条形槽内实现对限位板13的紧固，提高其与立柱12连接的稳定性。
多个燃料棒标样在限位板13的压紧作用下固定在限位板13和支撑板11之间。
在一个优选方案中，为了提高多个燃料棒标样固定在限位板13和支撑板11之间的稳定性，将上部芯棒3的顶部与限位板13装配连接，将下部芯棒4的底部与支撑板11装配连接，其中，装配连接的方式不受限定，可以采用间隙配合或螺钉锁紧等，其中，间隙配合具有操作方便的优点，实现间隙配合的具体结构可以为：
上部芯棒3的顶部设置有上定位孔31，所述限位板13上设置有与上定位孔31相配合的第一凸起，所述下部芯棒4的底部设置下定位孔41，所述支撑板11上设置有与下定位孔41相配合的第二凸起。
实现间隙配合的具体结构也可以为：
在支撑板11的上端面和限位板13的下端面设置分别与下部芯棒4的底部、上部芯棒3的顶部呈间隙配合的第一装配孔和第二装配孔。
在一个优选方案中，连个立柱12的顶部通过顶板14连接。
示例性的：
将5个氧化膜厚度分别为5μm、15μm、30μm、60μm、90μm、125μm的包壳管标样2分别通过上部芯棒3和下部芯棒4装配成燃料棒标样，其中，包壳管标样2的长度为50mm，燃料棒标样的整体长度为180mm，装配后，燃料棒标样为等径圆柱体结构，标样架1包括支撑板11、立柱12和限位板13，将5个燃料棒标样固定在标样架1上，固定方式为：下部芯棒4与支撑板11采用间隙配合，上部芯棒3与限位板13间隙配合；5个燃料棒标样成排布置，且氧化膜厚度按排列顺序呈递增或递减趋势。
本实施例的燃料棒氧化膜标样组件的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用注锌工艺腐蚀包壳管，制备不同厚度氧化膜的包壳管标样2；
S2、将包壳管标样2与上部芯棒3和下部芯棒4装配，形成具有不同厚度氧化膜的燃料棒标样；
S3、将燃料棒标样固定在标样架1上。
本实施例的燃料棒氧化膜标样组件在标定和校核AP1000燃料棒氧化膜检测系统测量精度中的应用。
具体地：将标样架1安装在在机械支架上，机械支架上安装有气缸，可以通过远程控制实现机械支架升降运动，当测量时，气缸推出带动包壳管标样2提升，可实现燃料棒氧化膜测量水下自动标定功能。
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。
需要注意的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
Claims (10)
1.燃料棒氧化膜标样组件，其特征在于，包括标样架(1)，所述标样架(1)上设置有多个具有不同厚度氧化膜的包壳管标样(2)，所述包壳管标样(2)采用注锌工艺腐蚀包壳管在其表面形成氧化膜，所述注锌工艺采用的腐蚀介质与AP1000水化学一致，水化学环境为注锌溶液。
2.根据权利要求1所述的燃料棒氧化膜标样组件，其特征在于，所述包壳管标样(2)采用ZIRLOTM包壳管。
3.根据权利要求1所述的燃料棒氧化膜标样组件，其特征在于，所注锌溶液的浓度为5-40ppb。
4.根据权利要求1所述的燃料棒氧化膜标样组件，其特征在于，所述标样架(1)上设置有5个不同厚度氧化膜的包壳管标样(2)，5个包壳管标样(2)的氧化膜厚度分别为5μm、15μm、30μm、60μm、90μm、125μm。
5.根据权利要求1所述的燃料棒氧化膜标样组件，其特征在于，还包括上部芯棒(3)和下部芯棒(4)，所述包壳管标样(2)设置在上部芯棒(3)和下部芯棒(4)之间，所述包壳管标样(2)、上部芯棒(3)和下部芯棒(4)同轴设置，所述包壳管标样(2)、上部芯棒(3)和下部芯棒(4)构成燃料棒标样，所述上部芯棒(3)和下部芯棒(4)用于实现燃料棒标样与标样架(1)连接。
6.根据权利要求5所述的燃料棒氧化膜标样组件，其特征在于，所述上部芯棒(3)和下部芯棒(4)均为一端大一端小的凸台结构，所述上部芯棒(3)和下部芯棒(4)的小端上靠近大端处分别设置有用于固定包壳管标样(2)的第一定心轴套(32)和第二定心轴套(42)，所述上部芯棒(3)的小端端部设置有插杆(33)，所述下部芯棒(4)的小端端部设置有与插杆(33)装配的插孔(43)。
7.根据权利要求5所述的燃料棒氧化膜标样组件，其特征在于，所述标样架(1)包括支撑板(11)、立柱(12)和限位板(13)；
所述支撑板(11)上对称设置有两个立柱(12)，所述限位板(13)滑动设置两个立柱(12)上；
多个燃料棒标样在限位板(13)的压紧作用下固定在限位板(13)和支撑板(11)之间。
8.根据权利要求7所述的燃料棒氧化膜标样组件，其特征在于，所述上部芯棒(3)的顶部设置有上定位孔(31)，所述限位板(13)上设置有与上定位孔(31)相配合的第一凸起，所述下部芯棒(4)的底部设置下定位孔(41)，所述支撑板(11)上设置有与下定位孔(41)相配合的第二凸起。
9.如权利要求5-8任一项所述燃料棒氧化膜标样组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用注锌工艺腐蚀包壳管，制备不同厚度氧化膜的包壳管标样(2)；
S2、将包壳管标样(2)与上部芯棒(3)和下部芯棒(4)装配，形成具有不同厚度氧化膜的燃料棒标样；
S3、将燃料棒标样固定在标样架(1)上。
10.如权利要求1-8任一项所述燃料棒氧化膜标样组件在标定和校核AP1000燃料棒氧化膜检测系统测量精度中的应用。
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