CN207611000U - 一种燃料芯块熔点测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料芯块熔点测量装置。该燃料芯块熔点测量装置包括：真空腔、设置在所述真空腔内盛放待测样品的加热容器、加热所述待测样品的加热装置、设置在所述加热容器外围的废气收集管道、设置在所述真空腔外与所述废气收集管道连接抽气的抽气装置、以及监测所述待测样品温度的温度感应装置。本实用新型通过在真空腔内设置废气收集管道，可以及时的抽出待测样品受热所产生的废气、高温挥发物等，从而可以保证有毒物质可以被有效处理，具有操作方便，可多次重复，适用范围广等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及熔点测试领域，尤其涉及一种燃料芯块熔点测量装置。
背景技术
芯块熔点是核燃料元件重要的考核指标，是性能分析必须的重要参数。目前，成熟的二代加以及三代水堆核电站，均采用UO2芯块，UO2的性能得到了广泛的研究，其熔点约2800℃。2011年3月11日，由地震叠加海啸诱发的日本福岛核事故导致了堆芯熔毁及放射性物质大范围扩散的灾难性后果。日本福岛核事故后，全世界更加关注核安全，对核安全也提出了更高要求。为了降低现役和新建核电站严重事故发生的可能性，提高核电站预防和缓解严重事故的能力，世界核能界进行了广泛而深入的讨论。美国能源部首先从政府层面提出开展事故容错燃料（ATF，Accident Tolerant Fuel）研究，以提高核燃料抵御严重事故的能力，并优先开发提升事故安全性能的核燃料和包壳。在ATF核燃料芯块研发方面，目前主要集中在高密度、高热导率燃料芯块方向，包括：UN、U3Si2、FCM-UO2（SiC陶瓷基体弥散TRISO燃料）、含添加剂的氧化物燃料（主要提高其热导率）等。
熔点作为新型核燃料芯块的重要检测指标之一，其数据的准确性对反应堆运行安全有重要影响。核燃料芯块熔点检测，由于一直以来广泛采用UO2芯块，其熔点得到广泛的认可，目前国内没有相关机构具备检测核燃料熔点的能力；对于ATF核燃料芯块，比如添加BeO的氧化物燃料，具有较强的毒性，且在高温时挥发严重；ATF核燃料芯块尚处于选型阶段，研究方向较多，需要一种准确、安全、高效的分析手段。
目前现有的一种检测方法是检验熔化状态法。将样品(例如UO2)放到钨坩埚内，焊接密封，然后将钨柑锅加热到预先估计的各个不同温度，保温三分钟，测量坩埚盖上的黑体洞温度。待坩埚冷却后，用X光探伤仪逐一检查其中样品是否熔化。一系列加热以后，在不熔化的最高温度和熔化的最低温度之间确定其熔点。该方法虽然测试结果较于精准，但过程复杂，成本高，不易多次操作。有些材料在高温时挥发严重，如果采用上述方法，样品直接放入发热体内，高温时的挥发物会大量沉积在观察窗上，严重地影响测温精度。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的测量过程复杂、成本高等缺陷，提供一种燃料芯块熔点测量装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种燃料芯块熔点测量装置，包括：真空腔、设置在所述真空腔内盛放待测样品的加热容器、加热所述待测样品的加热装置、设置在所述加热容器外围的废气收集管道、设置在所述真空腔外与所述废气收集管道连接抽气的抽气装置、以及监测所述待测样品温度的温度感应装置。
优选的，所述加热容器包括一侧开口的坩埚；所述待测样品设置在所述坩埚中。
优选的，所述坩埚的开口侧设置有碳纤维封口。
优选的，所述真空腔与所述坩埚开口相对的位置处设置有观察窗。
优选的，所述燃料芯块熔点测量装置还包括设置在所述真空腔外、通过所述观察窗拍摄所述待测样品的摄像装置。
优选的，所述温度感应装置包括设置在所述真空腔外、感测所述待测样品温度的红外温度传感器。
优选的，所述废气收集管道包括在所述坩埚的开口侧设置的收集管道；所述收集管道上设置有毛细洞口。
优选的，所述抽气装置包括与所述废气收集管道连接的过滤装置、设置在所述过滤装置后端的抽真空泵、以及与所述抽真空泵连接的排风装置。
优选的，所述加热装置包括设置在所述加热容器外围的感应线圈、以及设置在所述真空腔外、连接并控制所述感应线圈产生高频磁场的控制系统。
实施本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在真空腔内设置废气收集管道，可以及时的抽出待测样品受热所产生的废气、高温挥发物等，从而可以保证有毒物质可以被有效处理，具有操作方便，可多次重复，适用范围广等优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型燃料芯块熔点测量装置一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
图1示出了本实用新型的燃料芯块熔点测量装置一个实施例，包括真空腔11、加热容器12、加热装置、废气收集管道14、抽气装置、温度感应装置16等，可以用于对各种燃料芯块的熔点进行测量，特别是含有毒物质的燃料芯块，可通过在真空腔11内设置废气收集管道14，可以及时的抽出待测样品20受热所产生的废气、高温挥发物等，从而可以保证有毒物质可以被有效处理。
其中，该待测样品20可以为由燃料芯块制作成具有黑体洞21的待测样品20，可以通过观察黑体洞21是否消失来判断燃料芯块是否熔化。当然，该待测样品20的形状、材质等，可以根据实际需要进行选择、设计。
该真空腔11供加热容器12、加热装置、废气收集管道14等设置于其中，提供真空测量环境，以提高测量精度；同时，可以将燃料芯块及其高温挥发物限制在其内，从而避免对环境的污染。可以理解的，该真空腔11的形状、大小可以根据不同的燃料芯块的大小、形状等进行设计。
该加热容器12设置在真空腔11内，用于盛放待测样品20。在本实施例中，加热容器12包括一侧开口121的坩埚，特别的，可以选用钨坩埚，当然也可以选用其他坩埚或耐高温材料制成的容器。进一步的，在坩埚的开口121侧设置有碳纤维封口122，可以减少待测样品20的高温挥发物的大量溢出。
将待测样品20放置在坩埚中，并将其待测样品20的黑体洞21对着坩埚的开口121，以便于观察黑体洞21的熔化情况。进一步的，为了便于观察黑体洞21的熔化情况，在真空腔11与坩埚开口121相对的位置处设置有观察窗111，从而便于观察。
为了加热坩埚中的待测样品20，在真空腔11中设置加热装置，利用加热装置来加热待测样品20，进而测量其熔点。在本实施例中，该加热装置包括设置在加热容器12外围的感应线圈131、以及设置在真空腔11外的控制系统132。该感应线圈131绕设在坩埚的外围，通过控制系统132来控制感应线圈131产生高频磁场，当磁场内的磁力线通过被加热待测样品20时，会在被加热待测样品20内产生无数的小涡流，从而使被加热待测样品20本身高速发热，从而快速的到达其熔点。
当然，该加热装置也可以采用其他的加热装置，例如通过在坩埚外围或内部设置加热丝，通过加热丝对坩埚内的待测样品20进行加热。
同时，在待测样品20进行加热时，通过温度感应装置16监测待测样品20的温度，进而可以测量出待测样品20的熔点。在本实施例中，该温度感应装置16包括设置在真空腔11外的红外温度传感器。通过将红外温度传感器对准待测样品20，来感测待测样品20温度，并在黑体洞21消失时，记录待测样品20的温度，从而可以准确测量出待测样品20的熔点。
进一步的，为了避免待测样品20熔化时产生的有毒高温挥发物扩散或遮盖观察窗111，在本实施例中，将废气收集管道14设置在加热容器12外围，并将抽气装置设置在真空腔11外，与废气收集管道14连接。抽气装置工作抽气，通过废气收集管道14将待测样品20产生的高温挥发物快速的抽出，从而避免在真空腔11内积聚，从而提高测量的准确性，同时保证人员安全。
在本实施例中，该废气收集管道14包括在坩埚的开口121侧设置的收集管道；收集管道上设置有毛细洞口。通过抽气装置连接该收集管道，在抽气时，在毛细洞口处形成负压，使得待测样品20产生的高温挥发物能快速的被吸入到收集管道中，并通过抽气装置排出。当然，收集管道还可以根据需要设置在真空腔11内的任意位置，只要能保证快速的抽走待测样品20产生的高温挥发物即可。
进一步的，为了避免抽出的物质污染环境，该抽气装置还包括与废气收集管道14连接的过滤装置152、设置在过滤装置152后端的抽真空泵151、以及与抽真空泵151连接的排风装置153等。工作时，抽真空泵151抽气，在废气收集管道14的毛细洞口处形成负压，吸入待测样品20的高温挥发物，让后通过过滤装置152进行过滤，再通过排风装置153排出到适当的回收装置中。
进一步的，为了便于观察待测样品20的状态变化，该燃料芯块熔点测量装置还包括设置在真空腔11外、通过观察窗111拍摄待测样品20的摄像装置17。该摄像装置17可以通过真空腔11的观察窗111对待测样品20进行拍摄，记录其变化过程。同时，可以配合温度感应装置16来记录变化过程的温度值，从而可以更准确的测量待测样品20的熔点及各个状态变化点的温度值。通过摄像取代肉眼观察，可重复观查，提高判断准确性。
在使用该燃料芯块熔点测量装置进行测量时，先制作待测样品20，具体的，将燃料芯块制作成具有黑体洞21的待测样品20，放置于加热容器12中。
然后，通过加热装置对待测样品20进行加热，在本实施例中，通过控制系统132控制来控制感应线圈131产生高频磁场，当磁场内的磁力线通过被加热待测样品20时，会在被加热待测样品20内产生无数的小涡流，从而使被加热待测样品20本身高速发热，从而快速的到达其熔点。
在待测样品20受热熔化时，通过抽气装置通过废气收集管道14将待测样品20产生的废气进行抽吸收集。同时，通过温度感应装置16监测待测样品20的温度变化，并在待测样品20的黑体洞21消失时记录为待测样品20的熔点。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种燃料芯块熔点测量装置，其特征在于，包括：真空腔、设置在所述真空腔内盛放待测样品的加热容器、加热所述待测样品的加热装置、设置在所述加热容器外围的废气收集管道、设置在所述真空腔外与所述废气收集管道连接抽气的抽气装置、以及监测所述待测样品温度的温度感应装置。
2.根据权利要求1所述的燃料芯块熔点测量装置，其特征在于，所述加热容器包括一侧开口的坩埚；所述待测样品设置在所述坩埚中。
3.根据权利要求2所述的燃料芯块熔点测量装置，其特征在于，所述坩埚的开口侧设置有碳纤维封口。
4.根据权利要求2所述的燃料芯块熔点测量装置，其特征在于，所述真空腔与所述坩埚开口相对的位置处设置有观察窗。
5.根据权利要求4所述的燃料芯块熔点测量装置，其特征在于，所述燃料芯块熔点测量装置还包括设置在所述真空腔外、通过所述观察窗拍摄所述待测样品的摄像装置。
6.根据权利要求4所述的燃料芯块熔点测量装置，其特征在于，所述温度感应装置包括设置在所述真空腔外、感测所述待测样品温度的红外温度传感器。
7.根据权利要求2所述的燃料芯块熔点测量装置，其特征在于，所述废气收集管道包括在所述坩埚的开口侧设置的收集管道；所述收集管道上设置有毛细洞口。
8.根据权利要求7所述的燃料芯块熔点测量装置，其特征在于，所述抽气装置包括与所述废气收集管道连接的过滤装置、设置在所述过滤装置后端的抽真空泵、以及与所述抽真空泵连接的排风装置。
9.根据权利要求1-8任一项所述的燃料芯块熔点测量装置，其特征在于，所述加热装置包括设置在所述加热容器外围的感应线圈、以及设置在所述真空腔外、连接并控制所述感应线圈产生高频磁场的控制系统。
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| CN107966468A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-04-27 | 广东核电合营有限公司 | 一种燃料芯块熔点测量装置及方法 |
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