CN116007373A - 一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置和熔炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置和熔炼方法，包括惰化室、熔炼坩埚和电磁感应组件，惰化室的侧壁上设置有与其内部连通的进气接管和出气接管，熔炼坩埚设置在惰化室内，熔炼坩埚内部有熔炼填料，电磁感应组件设置在熔炼坩埚外侧，且对熔炼填料加热；熔炼坩埚包括铜管组件和冷却底座，冷却底座设置在铜管组件内，且冷却底座的上侧面与铜管组件的内侧面构成熔炼腔，熔炼填料设置在熔炼腔内；本发明通过冷却组件使得铜管组件温度较低，并通过电磁线圈对熔料填料进行加热，从而实现液态熔融物与熔炼坩埚边界之间形成了一层熔融物硬壳，硬壳的成分为熔融物成分避免对液体熔融物造成污染。

Description

一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置和熔炼方法

技术领域

本发明涉及核反应堆实验技术领域，具体涉及一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置和熔炼方法。

背景技术

反应堆在严重事故条件下，压力容器内的燃料元件、控制棒和不锈钢支撑件等材料会熔化，形成复杂的混合物，称为堆芯熔融物。堆芯熔融物的成分主要有UO2、ZrO2、Zr、SS(不锈钢)。反应堆严重事故的发展与堆芯熔融物的物理化学性质密切相关，制备堆芯熔融物是开展反应堆严重事故实验研究的基础。制备堆芯熔融物的关键是将UO2、ZrO2、Zr、SS等混合熔炼至2400℃以上，并可长时间保持熔融状态。传统的石墨、氧化物坩埚材料难以承受如此高的温度，同时坩埚材料会溶解到堆芯熔融物中，从而改变熔融物的物理化学性质，因此传统坩埚无法用于熔融物的制备。

UO2、ZrO2、Zr、SS的电导率差别非常大，而且UO2、ZrO2等氧化物在低温条件下属于半导体，电导率非常小，施加电磁场后不能产生感应电流，继而不能被加热熔化。但是当氧化物温度接近熔点时，电导率会突然增大，变成导体，可以被电磁感应加热。同时不锈钢合金的电导率非常大，电磁感应产生的集肤效应会改变磁场分布，造成坩埚内大部分区域的磁场强度过低，而无法产生有效感应热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是高熔点复杂的堆芯熔融物制备困难，目的在于提供一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置和熔炼方法，解决了堆芯熔融物实验样品的制备，为核反应堆严重事故研究提供核心的实验设备和技术手段。

本发明通过下述技术方案实现：25一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，包括惰化室、熔炼坩埚和电磁感应

组件，所述惰化室的侧壁上设置有与其内部连通的进气接管和出气接管，所述熔炼坩埚设置在所述惰化室内，所述熔炼坩埚内部有熔炼填料，所述电磁感应组件设置在所述熔炼坩埚外侧，且对所述熔炼填料加热；

所述熔炼坩埚包括铜管组件和冷却底座，所述冷却底座设置在所述铜管30组件内，且所述冷却底座的上侧面与所述铜管组件的内侧面构成熔炼腔，所

述熔炼填料设置在所述熔炼腔内；

所述电磁感应组件包括正电极、负电极和电磁线圈，所述电磁线圈套装在所述铜管组件的外侧，所述正电极和所述负电极设置在所述惰化室的侧壁

上且与所述电磁线圈电连接；

35所述熔炼装置还包括冷却组件，所述冷却组件与所述铜管组件连通。

具体地，所述铜管组件包括多个铜管和固定组件，多个所述铜管呈环形分布，且通过所述固定组件固定，相邻的两个所述铜管之间设置环形间隙；

所述冷却组件包括第一进水接管和第一出水接管，所述第一进水接管和

所述第一出水接管均设置在所述惰化室的侧壁上，所述第一进水接管通过分40水器与多个所述铜管的一端连通，所述第一出水接管通过集水器与多个所述

铜管的另一端连接。

所述冷却底座的进水端与所述分水器连通，所述冷却底座的出水端与所述集水器连通。

具体地，所述铜管包括竖直段和两个水平段，所述水平段和所述竖直段45呈直角分布，且两个所述水平段由所述铜管的两端同向弯折形成；

所述固定组件包括轴向限位环和径向限位环，所述轴向限位环的内环面上设置有多个与所述水平段对应的径向通孔，所述铜管的水平段设置在所述径向通孔内；

所述径向限位环的外环面上设置有多个与所述竖直段对应的轴向竖槽，所述铜管的竖直段设置在所述轴向竖槽内，所述铜管的外侧缠绕有密封固定带，所述密封固定带对所述铜管施加向内的作用力。

优选地，所述固定组件的数量为两个，且两个所述轴向限位环分别固定两个所述水平段，两个所述径向限位环分别固定所述竖直段的上端和下端；

所述密封固定带置于两个所述径向限位环之间，且所述密封固定带的下端位于所述冷却底座的上侧面的下方；

所述环形间隙小于2mm，所述冷却底座的外环面与所述铜管之间设置有间隙，且间隙小于0.5mm。

进一步，所述熔炼装置还包括卸料组件，所述卸料组件设置在所述熔炼坩埚下方且与所述冷却底座连接；

所述卸料组件包括水冷塞和移动机构，所述冷却底座设置有贯通的卸料孔，所述水冷塞的上端封闭设设置在所述卸料孔内，所述水冷塞内设置有冷却腔，且所述水冷塞设置有连通所述冷却腔有第二进水接管和第二出水接管，所述第二进水接管的出水端设置在所述冷却腔的上部，所述第二出水接管的进水端设置在所述冷却腔的下部；

所述移动机构的移动端与所述水冷塞固定连接，且驱动所述水冷塞垂直和水平移动。

进一步，所述熔炼装置还包括可视化组件，所述可视化组件设置在所述坩埚的上方，且与所述惰化室连接；

所述可视化组件包括连通管、动密封组件和可视窗，所述连通管的下端竖直穿过所述惰化室的侧壁，且通过所述动密封组件与所述惰化室滑动连接，所述可视窗通过第一密封件密封固定在所述连通管的上端。

可选地，所述可视化组件还包括惰性气体接管和储料管，所述惰性气体接管和所述储料管均与所述连通管固定连接且与所述连通管内部连通；

所述储料管倾斜设置，且所述储料管的下端与所述连通管内部连通，所述储料管上端通过第二密封件可拆卸密封，所述储料管内放置有不锈钢块，且所述储料管的下端设置有用于控制所述不锈钢块滑落的添料控制器。

可选地，所述连通管包括内层管、外层管、第三进水接管和第三出水接管，所述内层管同轴设置在所述外层管内部，且所述内层管与所述外层管之间设置有上下封闭的冷却流道，所述第三进水接管和所述第三出水接管均与所述外层管连接，且所述第三进水接管的出水端设置在冷却流道下端，所述第三出水接管的进水端设置在所述冷却流道的上端。

进一步，所述熔炼装置还包括破壳组件，所述破壳组件包括固定设置在所述连通管下端的破壳管、以及设置在所述惰化室外驱动所述连通管上下移动的驱动机构。

一种核反应堆堆芯熔融物熔炼方法，基于如上述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，所述方法包括：

装料方法：将UO2粉末装入熔炼坩埚，然后将ZrO2粉末铺设在UO2粉末上，在ZrO2粉末中层放置呈环形分布的Zr金属颗粒，在储料管内放置不锈钢块；

熔炼方法：通过进气管道对惰化室惰化，并向第一进水接管、第二进水接管和第三进水接管通入冷却水；接通正电极和负电极，待熔炼坩埚内的Zr金属颗粒、ZrO2粉末、UO2粉末完全熔化；控制填料控制器，将不锈钢块添加至熔炼坩埚中；形成液态的堆芯熔融物；

卸料方法：将水冷塞移出冷却底座，液态的堆芯熔融物从卸料孔卸出；

铸锭取出方法：拆除密封紧固带，将铜管沿径向向外移动，拆除径向限位环，分离铸锭。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明解决了UO2、ZrO2、Zr、SS、Ag-In-Cd等物质制备纯净熔融物技术难题；

本发明通过设置与铜管组件连通的冷却组件，使得铜管组件温度较低，并通过电磁线圈对熔料填料进行加热，从而实现了熔料填料在融化后，由于水冷的作用，在液态熔融物与熔炼坩埚边界之间形成了一层熔融物硬壳，硬壳的成分为熔融物成分避免对液体熔融物造成污染；同时熔融物硬壳的热导率非常低，起到了很好的隔热作用，既保护了水冷组件，也实现了熔融物在坩埚内部的高温熔炼；

本发明还通过设置卸料组件和可视化组件，实现了液态熔融物快速卸载以及高熔点复杂混合物的熔炼、卸料，并可在熔炼过程中进行测温和可视化监控。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1是根据本发明所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置的结构示意图。

图2是根据本发明所述的卸料组件的结构示意图。

图3是根据本发明所述的可视化组件的结构示意图。

图4是根据本发明所述的轴向限位环的径向剖视图。

图5是根据本发明所述的轴向限位环的轴向剖视图。

图6是根据本发明所述的径向限位环的结构示意图。

图7是根据本发明所述的熔炼填料的轴向剖视图。

图8是根据本发明所述的熔炼填料的轴向剖视图。

附图标记：1-惰化室；2-轴向限位环；3-软管；4-铜管；5-径向限位环；6-电磁线圈；7-密封固定带；8-堆芯熔融物；9-冷却底座；10-卸料组件；11-分水器；12-第一进水接管；13-正电极；14-负电极；15-第一出水接管；16-集水器；17-进气接管；18-出气接管；19-动密封组件；20-可视化组件；21-熔融物顶部硬壳；22-水冷塞；23-移动机构；24-第二进水接管；25-第二出水接管；26-熔融物底部硬壳；27-第一密封件；28-可视窗；29-第三出水接管；30-储料管；31-第二密封件；32-不锈钢块；33-添料控制器；34-外层管；35-内层管；36-冷却流道；37-破壳管；38-驱动机构；39-第三进水接管；40-惰性气体接管；41-观察通道；：42-径向通孔；43-Zr金属颗粒；44-ZrO2粉末；45-UO2粉末。

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，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，包括惰化室1、熔炼坩埚和电磁感应组件。

惰化室1的侧壁上设置有与其内部连通的进气接管17和出气接管18，通过通入惰性气体提供纯净熔炼环境，因此惰化室1需要保持密封良好状态。

熔炼坩埚设置在惰化室1内，熔炼坩埚内部有熔炼填料，并在本实施例中，将熔炼坩埚设置成为分体式结构，使其易于加工制造，组装工序简单，可重复多次实验，实现了快速拆装，方便熔融物铸锭的取出。

熔炼坩埚包括铜管组件和冷却底座9，冷却底座9设置在铜管组件内，且冷却底座9的上侧面与铜管组件的内侧面构成熔炼腔，熔炼填料设置在熔炼腔内，即冷却底座9、铜管组件为分体式的结构，冷却底座9的外环面与铜管组件之间设置有间隙，且间隙小于0.5mm。即冷却底座9与熔炼坩埚适配制作，防止坩埚内装料泄漏。

铜管组件包括多个铜管4和固定组件，多个铜管4呈环形分布，且通过固定组件固定，相邻的两个铜管4之间设置环形间隙；即多个铜管4之间也为分体式的结构。根据熔炉坩埚需要的内部直径，可设计铜管4的数量、直径和排列参数。

本实施例采用的原理是：通过使铜管组件降温，从而在液态熔融物与铜管组件之间形成了一层硬壳，硬壳作为液态熔融物的容器，因为硬壳的成分与熔融物相同，所以不会对液态熔融物造成干扰。

因此，需要对铜管组件进行冷却，熔炼装置还包括冷却组件，冷却组件与铜管组件连通，本实施例采用水冷。

冷却组件包括第一进水接管12和第一出水接管15，第一进水接管12和第一出水接管15均设置在惰化室1的侧壁上，第一进水接管12通过分水器11和软管3与多个铜管4的一端连通，第一出水接管15通过集水器16和软管3与多个铜管4的另一端连接，通过分水器11和集水器16使得每个铜管4均能通入冷却水。

冷却底座9为中空结构，且有进水端和出水端，冷却底座9的进水端与分水器11连通，冷却底座9的出水端与集水器16连通。

因为对钢管组件进行了冷却，所以不能通过接触式加热来融化熔炼填料，所以电磁感应组件设置在熔炼坩埚外侧，且对熔炼填料加热；电磁感应组件包括正电极13、负电极14和电磁线圈6，电磁线圈6套装在铜管组件的外侧，正电极13和负电极14设置在惰化室1的侧壁上且与电磁线圈6电连接。

电磁线圈6布置在铜管4的外侧，与正电极13和负电极14连接。电磁线圈6通入交流电时，产生的电磁场透过铜管4的缝隙，进入到坩埚内部，加热熔炼填料，即不影响硬壳的生成，也实现了熔炼填料在熔炼坩埚内部的高温熔炼。

利用高频电流感应加热熔融物，电磁场透过水冷组件的间隙进入到坩埚内部，水冷组件之间设计合理间隙，既保证充分的冷却作用，有保证较高的电磁加热效率。

实施例二

本实施例对铜管组件的具体结构进行说明，如图1所示，铜管4包括竖直段和两个水平段，水平段和竖直段呈直角分布，且两个水平段由铜管4的两端同向弯折90°形成，竖直段的高度由熔炼质量或体积决定，环形间隙小于2mm。

固定组件包括轴向限位环2和径向限位环5，固定组件的数量为两个，且两个轴向限位环2分别固定两个水平段，两个径向限位环5分别固定竖直段的上端和下端。

密封固定带7置于两个径向限位环5之间，且密封固定带7的下端位于冷却底座9的上侧面的下方；

如图4和图5所示，轴向限位环2的内环面上设置有多个与水平段对应的径向通孔42，铜管4的水平段设置在径向通孔42内；即轴向限位环2的高度大于铜管4的直径。

轴向限位环2的材质为绝缘材料，可以是聚酰亚胺或者聚四氟乙烯等，其上设计径向通孔42。铜管4的水平段由内向外穿过轴向限位环2的限位孔径向通孔42，约束铜管4的环向和轴向位移。

如图6所示，径向限位环5的外环面上设置有多个与竖直段对应的轴向竖槽，铜管4的竖直段设置在轴向竖槽内，铜管4的外侧缠绕有密封固定带7，密封固定带7对铜管4施加向内的作用力。即径向限位环5的环宽大于铜管4的直径，且轴向竖槽的深度应小于铜管4的直径，才能使得密封固定带7可以固定铜管4。

径向限位环5根据铜管4的数量、直径和排列参数进行设计。铜管4卡入上下两个径向限位环5后，外侧缠绕密封固定带7，密封固定带7可以选择耐高温绝缘胶带。由于铜管4通水冷却，可保证密封固定带7不被烧损。

通过轴向限位环2、径向限位环5和密封固定带7可完全限制铜管44的移动，并且实现了熔炼坩埚的侧向密封。

实施例三

为了实现对液态熔融物的卸料，本实施例中的熔炼装置还包括卸料组件10，如图2所示，卸料组件10设置在熔炼坩埚下方且与冷却底座9连接。冷却底座9与熔炼坩埚适配制作，防止坩埚内装料泄漏，冷却底座9设置有贯通的卸料孔。

卸料组件10包括水冷塞22和移动机构23，水冷塞22的上端封闭设设置在卸料孔内，水冷塞22内设置有冷却腔，且水冷塞22设置有连通冷却腔有第二进水接管24和第二出水接管25，第二进水接管24的出水端设置在冷却腔的上部，第二出水接管25的进水端设置在冷却腔的下部；水冷塞22的尺寸可根据期望的卸料液柱尺寸或卸料速率进行调整设计。第二进水接管24与分水器11连通，第二出水接管25与集水器16连通。

移动机构23的移动端与水冷塞22固定连接，且驱动水冷塞22垂直和水平移动。

通过第二进水接管24向水冷塞22通入冷却水，可以实现对水冷塞22+冷却底座9的降温，使得底部也生成硬壳，避免液态熔融物流出。

当时需要液态熔融物时，通过移动机构23将水冷塞22移出，缺少冷却后，硬壳被加热融化，使得卸料孔贯通，即可以实现卸料。

本实施例中的移动机构23可以有液压伸缩杆、气压伸缩杆、电动推杆、螺纹丝杠结构等能够实现移动的构件。

实施例四

如图3所示，本实施例提供熔炼装置还包括可视化组件20，可视化组件20设置在坩埚的上方，且与惰化室1连接；

可视化组件20包括连通管、动密封组件19和可视窗28，连通管的下端竖直穿过惰化室1的侧壁，且通过动密封组件19与惰化室1滑动连接，可视窗28通过第一密封件27密封固定在连通管的上端。

通过第一密封件27将可视窗28固定在连通管上，则可以穿过可视窗28和连通管对熔炼填料的融化情况进行查看。

可视化组件20还包括惰性气体接管40和储料管30，惰性气体接管40和储料管30均与连通管固定连接且与连通管内部连通；

设计有惰性气体入口，可以缓慢吹入惰性气体，防止挥发性气溶胶污染可视化观察通道41，影响温度测量和影像记录。

储料管30是为了配合特殊的工艺，详见实施例五。储料管30倾斜设置，且储料管30的下端与连通管内部连通，储料管30上端通过第二密封件31可拆卸密封，储料管30内放置有不锈钢块32，且储料管30的下端设置有用于控制不锈钢块32滑落的添料控制器33。

添料控制器33可以是穿过储料管30的销钉，阻挡不锈钢块32下滑，在需要添加不锈钢块32时，直接拔出销钉即可。

为了防止由于热辐射导致的可视化组件20温度过高，破坏可视化组件20与惰化室1之间的动密封组件19，连通管包括内层管35、外层管34、第三进水接管39和第三出水接管29，内层管35同轴设置在外层管34内部，且内层管35与外层管34之间设置有上下封闭的冷却流道36，第三进水接管39和第三出水接管29均与外层管34连接，且第三进水接管39的出水端设置在冷却流道36下端，第三出水接管29的进水端设置在冷却流道36的上端。即通过冷却水流道来对连通管进行冷却，第三进水接管39从上侧面插入到冷却流道36的底部，冷却水流经第三进水接管39、由下而上流经冷却流道36，最后经第三出水接管29流出。

内层管35的内部空间构成了观察通道41。可视窗28安装在观察通道41的上部，通过第一密封件27完成可视窗28与观察通道41的密封，惰性气体接管40穿过外层管34与观察通道41连通，储料管30穿过外层管34与观察通道41连通。

在测温或拍摄时，可能堆芯熔融物8顶端也存在熔融物顶部硬壳21，影响观测，因此本实施例熔炼装置还包括破壳组件，利用破壳组件打破熔融物顶部硬壳21，为测量或拍摄提供视野孔。

破壳组件包括固定设置在连通管下端的破壳管37、以及设置在惰化室1外驱动连通管上下移动的驱动机构38。

通过动密封组件19实现连通管与惰化室1的密封，并通过驱动机构38驱动连通管上下移动，驱动机构38可以为液压伸缩杆、气压伸缩杆、电动推杆、螺纹丝杠结构等能够实现移动的构件，破壳管37高强度也耐高温。

实施例五

UO2、ZrO2、Zr、SS的电导率差别非常大，而且UO2、ZrO2等氧化物在低温条件下属于半导体，电导率非常小，无法被感应加热。但是当氧化物温度接近熔点时，电导率突然增大，变成导体，可以被电磁感应加热。根据以上特征制定了本实施例的核反应堆堆芯熔融物8熔炼方法，基于如上述的实施例的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置。

装料方法：将UO2粉末45装入熔炼坩埚，然后将ZrO2粉末44铺设在UO2粉末45上，在ZrO2粉末44中层放置呈环形分布的Zr金属颗粒42，在储料管30内放置不锈钢块32。

如他7和图8，在熔炼实验准备阶段，根据实验工况，称重UO2粉末45首先装入熔炼坩埚中，然后铺上一层ZrO2粉末44。磁场在熔炼坩埚中心处最弱，沿半径方向，从内至外逐渐增强，因此在ZrO2粉末44上靠近熔炼坩埚内壁放置一圈Zr金属颗粒42，Zr金属颗粒42互相搭接构成金属颗粒环。在最上层再铺设一层ZrO2粉末44。根据实验预定的不锈钢重量，将不锈钢制作成颗粒，装入储料管30中。

熔炼方法：通过进气管道对惰化室1惰化，并向第一进水接管12、第二进水接管24和第三进水接管39通入冷却水；接通正电极13和负电极14，待熔炼坩埚内的Zr金属颗粒42、ZrO2粉末44、UO2粉末45完全熔化；控制填料控制器，将不锈钢块32添加至熔炼坩埚中；形成液态的堆芯熔融物8；

首先通过充排惰性气体的方式对惰化室1进行惰化，达到预定的氧浓度要求。对铜管4、冷却底座9、卸料组件10、可视化组件20持续通入冷却水。接通高频电源，电磁线圈6产生的电磁场进入坩埚内部。Zr金属的熔点约为1860℃，ZrO2的熔点约为2680℃，UO2的熔点约为2860℃以上。

在熔炼过程中，具有高电导率的Zr金属颗粒42会产生感应电流，Zr金属颗粒42互相搭接处的电阻非常大，在感应电流的作用下产生高温，继而加快熔化。

Zr金属颗粒42熔化后，会与相邻的ZrO2粉末44发生共晶反应，形成共晶熔融混合物，熔点逐步提高。随着越来越多的ZrO2粉末44与Zr金属共晶熔化后，熔点逐渐逼近2680℃。

通过前期形成的共晶熔融混合物加热相邻的ZrO2粉末44至逼近熔点，此时ZrO2粉末44从半导体转变为导体，可以被电磁感应加热熔化。上层的ZrO2粉末44熔化后会与UO2粉末45产生共晶反应，将熔融物的温度提升到UO2熔点。UO2粉末45从半导体转变为导体，可以被电磁感应加热熔化。经过一段时间，熔炼坩埚内的Zr金属颗粒42、ZrO2粉末44、UO2粉末45完全熔化。待Zr、ZrO2、UO2完全熔化后，其混合物具备了较高的电导率。

此时利用添料控制器33将不锈钢块32释放到熔炼坩埚内，最后所有的材料熔化后形成液态的堆芯熔融物8。

卸料方法：将水冷塞22移出冷却底座9，液态的堆芯熔融物8从卸料孔卸出；

将水冷塞22从坩埚底部移开后，缺失冷却的熔融物底部硬壳26会被加热至熔化，从而使得液态熔融物从坩埚底部卸出。

铸锭取出方法：拆除密封紧固带7，将铜管4沿径向向外移动，拆除径向限位环5，分离铸锭。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

325此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示

相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，330而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，其特征在于，包括惰化室(1)、熔炼坩埚和电磁感应组件，所述惰化室(1)的侧壁上设置有与其内部连通的进气接管(17)和出气接管(18)，所述熔炼坩埚设置在所述惰化室(1)内，所述熔炼坩埚内部有熔炼填料，所述电磁感应组件设置在所述熔炼坩埚外侧，且对所述熔炼填料加热；

所述熔炼坩埚包括铜管组件和冷却底座(9)，所述冷却底座(9)设置在所述铜管组件内，且所述冷却底座(9)的上侧面与所述铜管组件的内侧面构成熔炼腔，所述熔炼填料设置在所述熔炼腔内；

所述电磁感应组件包括正电极(13)、负电极(14)和电磁线圈(6)，所述电磁线圈(6)套装在所述铜管组件的外侧，所述正电极(13)和所述负电极(14)设置在所述惰化室(1)的侧壁上且与所述电磁线圈(6)电连接；

所述熔炼装置还包括冷却组件，所述冷却组件与所述铜管组件连通。

2.根据权利要求1所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，其特征在于，所述铜管组件包括多个铜管(4)和固定组件，多个所述铜管(4)呈环形分布，且通过所述固定组件固定，相邻的两个所述铜管(4)之间设置环形间隙；

所述冷却组件包括第一进水接管(12)和第一出水接管(15)，所述第一进水接管(12)和所述第一出水接管(15)均设置在所述惰化室(1)的侧壁上，所述第一进水接管(12)通过分水器(11)与多个所述铜管(4)的一端连通，所述第一出水接管(15)通过集水器(16)与多个所述铜管(4)的另一端连接；

所述冷却底座(9)的进水端与所述分水器(11)连通，所述冷却底座(9)的出水端与所述集水器(16)连通。

3.根据权利要求2所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，其特征在于，所述铜管(4)包括竖直段和两个水平段，所述水平段和所述竖直段呈直角分布，且两个所述水平段由所述铜管(4)的两端同向弯折形成；

所述固定组件包括轴向限位环(2)和径向限位环(5)，所述轴向限位环(2)的内环面上设置有多个与所述水平段对应的径向通孔(42)，所述铜管(4)的水平段设置在所述径向通孔(42)内；

所述径向限位环(5)的外环面上设置有多个与所述竖直段对应的轴向竖槽，所述铜管(4)的竖直段设置在所述轴向竖槽内，所述铜管(4)的外侧缠绕有密封固定带(7)，所述密封固定带(7)对所述铜管(4)施加向内的作用力。

4.根据权利要求3所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，其特征在于，所述固定组件的数量为两个，且两个所述轴向限位环(2)分别固定两个所述水平段，两个所述径向限位环(5)分别固定所述竖直段的上端和下端；

所述密封固定带(7)置于两个所述径向限位环(5)之间，且所述密封固定带(7)的下端位于所述冷却底座(9)的上侧面的下方；

所述环形间隙小于2mm，所述冷却底座(9)的外环面与所述铜管(4)之间设置有间隙，且间隙小于0.5mm。

5.根据权利要求3所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，其特征在于，所述熔炼装置还包括卸料组件(10)，所述卸料组件(10)设置在所述熔炼坩埚下方且与所述冷却底座(9)连接；

所述卸料组件(10)包括水冷塞(22)和移动机构(23)，所述冷却底座(9)设置有贯通的卸料孔，所述水冷塞(22)的上端封闭设设置在所述卸料孔内，所述水冷塞(22)内设置有冷却腔，且所述水冷塞(22)设置有连通所述冷却腔有第二进水接管(24)和第二出水接管(25)，所述第二进水接管(24)的出水端设置在所述冷却腔的上部，所述第二出水接管(25)的进水端设置在所述冷却腔的下部；

所述移动机构(23)的移动端与所述水冷塞(22)固定连接，且驱动所述水冷塞(22)垂直和水平移动。

6.根据权利要求5所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，其特征在于，所述熔炼装置还包括可视化组件(20)，所述可视化组件(20)设置在所述坩埚的上方，且与所述惰化室(1)连接；

所述可视化组件(20)包括连通管、动密封组件(19)和可视窗(28)，所述连通管的下端竖直穿过所述惰化室(1)的侧壁，且通过所述动密封组件(19)与所述惰化室(1)滑动连接，所述可视窗(28)通过第一密封件(27)密封固定在所述连通管的上端。

7.根据权利要求6所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，其特征在于，所述可视化组件(20)还包括惰性气体接管(40)和储料管(30)，所述惰性气体接管(40)和所述储料管(30)均与所述连通管固定连接且与所述连通管内部连通；

所述储料管(30)倾斜设置，且所述储料管(30)的下端与所述连通管内部连通，所述储料管(30)上端通过第二密封件(31)可拆卸密封，所述储料管(30)内放置有不锈钢块(32)，且所述储料管(30)的下端设置有用于控制所述不锈钢块(32)滑落的添料控制器(33)。

8.根据权利要求7所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，其特征在于，所述连通管包括内层管(35)、外层管(34)、第三进水接管(39)和第三出水接管(29)，所述内层管(35)同轴设置在所述外层管(34)内部，且所述内层管(35)与所述外层管(34)之间设置有上下封闭的冷却流道(36)，所述第三进水接管(39)和所述第三出水接管(29)均与所述外层管(34)连接，且所述第三进水接管(39)的出水端设置在冷却流道(36)下端，所述第三出水接管(29)的进水端设置在所述冷却流道(36)的上端。

9.根据权利要求8所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，其特征在于，所述熔炼装置还包括破壳组件，所述破壳组件包括固定设置在所述连通管下端的破壳管(37)、以及设置在所述惰化室(1)外驱动所述连通管上下移动的驱动机构(38)。

10.一种核反应堆堆芯熔融物(8)熔炼方法，其特征在于，基于如权利要求9所述的一种核反应堆堆芯熔融物熔炼装置，所述方法包括：

装料方法：将UO2粉末(45)装入熔炼坩埚，然后将ZrO2粉末(44)铺设在UO2粉末(45)上，在ZrO2粉末(44)中层放置呈环形分布的Zr金属颗粒(42)，在储料管(30)内放置不锈钢块(32)；

熔炼方法：通过进气管道对惰化室(1)惰化，并向第一进水接管(12)、第二进水接管(24)和第三进水接管(39)通入冷却水；接通正电极(13)和负电极(14)，待熔炼坩埚内的Zr金属颗粒(42)、ZrO2粉末(44)、UO2粉末(45)完全熔化；控制填料控制器，将不锈钢块(32)添加至熔炼坩埚中；形成液态的堆芯熔融物(8)；

卸料方法：将水冷塞(22)移出冷却底座(9)，液态的堆芯熔融物(8)从卸料孔卸出；

铸锭取出方法：拆除密封紧固带(7)，将铜管(4)沿径向向外移动，拆除径向限位环(5)，分离铸锭。

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