一种研究核反应堆严重事故下共晶反应的实验装置制造方法及图纸

一种研究核反应堆严重事故下共晶反应的实验装置，该实验装置是通过研究基于替代材料的低温金属共晶反应过程与结果来间接研究核反应堆堆芯材料在严重事故过程中发生的共晶反应机理的实验装置，实验装置放置在有石英玻璃透视窗的加热箱内进行，可对实验进行全过程观察的可视化记录；在实验中，通过将相互反应的两种金属浸没在高沸点硅油的容器内，使实验主件在实验过程中避免受到空气的氧化而影响实验结果；在实验中，布置三个热电偶对实验过程进行温度测量，使用高速摄像仪对两种金属因发生共晶反应而出现的形态及位置变化过程进行全程录制以获得两种金属共晶反应过程机理及反应特性；本发明专利技术为核反应堆严重事故堆芯熔化过程中材料低温共晶反应机理研究提供重要的实验装置。

【技术实现步骤摘要】
一种研究核反应堆严重事故下共晶反应的实验装置
本专利技术涉及核电厂严重事故堆芯熔化过程中材料低温共晶反应机理研究
，具体涉及一种研究核反应堆严重事故下共晶反应的实验装置。
技术介绍
当核电厂压水堆发生严重事故时，如果堆芯内的热量不能及时导出，就会发生堆芯熔化；堆芯熔化过程涉及各种物质或材料的固液气三相态的复杂变化过程；冷却剂水存在吸热汽化于液化放热两个相态的相互转变过程；而堆内固体材料则是在受热升温熔化与冷却降温固化两个相变过程交替存在；堆芯内不仅存在同一种材料的固液转变，还存在多种材料的相互扩散熔解而形成的共晶体，以及共晶体熔化与凝固的交替变化过程；银铟镉控制棒的吸收材料银铟镉与锆合金可以发生反应，在严重事故发生期间，许多部分不锈钢将与锆合金发生局部接触；在1423K附近，这两种固相物质因接触而发生的共晶反应将导致液相的形成；控制棒包壳失效之后，熔融的银铟镉合金将与锆合金导向管接触并发生化学反应使其损坏；然后，甚至熔融的银铟镉合金能够浸入燃料棒锆包壳并使锆合金在低于其自身熔点的条件下被化学熔解；因此，不断流动的熔融银铟镉合金能够在相对较低的温度下传播和加速堆芯熔化进程；在控制棒包壳与锆合金导向接触，以及因科镍定位隔架与锆合金燃料包壳接触的情形下，锆合金/不锈钢的反应很重要，因为这两种情形下，都会发生共晶反应而导致低温下燃料组件熔化，尽管有研究表明锆包壳外表的氧化层能够延迟锆合金与不锈钢的共晶反应，但是当温度高于1373K时，氧化层的熔解速度变得相当快而且随后不锈钢与锆合金或氧饱和的α-Zr(O)直接接触；在核反应堆堆芯内，还存在锆合金熔融物与二氧化铀的显著化学反应，这能导致二氧化铀芯块在低于其熔点的温度下发生消熔，并形成U-O-Zr低温熔融物；因此，锆合金熔融物对二氧化铀芯块的化学消熔过程将引起堆芯内燃料棒早期失效，加快堆芯熔化事故进程；在消熔二氧化铀芯块的同时，锆合金熔融物还将对包壳上的氧化锆层进行消熔，从而导致包壳失效；由此可见，核反应堆严重事故下堆芯内材料间发生的共晶反应将会导致材料在低于其熔点的温度下发生熔化，加快堆芯熔化事故进程；开展对核反应堆严重事故共晶反应的激励实验研究可以了解和熟悉共晶反应机理及特性，降低严重事故分析的不确定性，为核电站制定完善的严重事故缓解策略和预防措施提供技术支持。
技术实现思路
本专利技术的目的使克服现有技术的不足，提供一种研究核反应堆严重事故下共晶反应的实验装置，能够对材料共晶反应进行机理性研究，获得其反应规律。为了达到上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种研究核反应堆严重事故下共晶反应的实验装置，所述实验装置是通过研究基于替代材料的低温金属共晶反应过程与结果来间接研究核反应堆堆芯材料在严重事故过程中发生的共晶反应机理的实验装置，包括加热箱1、承载台2、实验件3、测量系统4和照明系统5；所述的加热箱1包括加热箱外壳101，开设在加热箱外壳101侧部的石英玻璃透视窗102，开设在加热箱外壳101顶部的照明口103；所述的承载台2置于加热箱1内，包括不锈钢承载台201和置于不锈钢承载台201上的绝热板202；所述的实验件3置于承载台2的绝热板202上，包括石英玻璃杯301，石英玻璃杯301内盛有高沸点硅油302，石英玻璃杯301底部放置金属块303，金属块303上固定放置金属球304；所述金属块303和金属球304作为共晶反应材料，金属块303的材料为锡或铋，金属球304的材料为铅；所述的测量系统4包括温度测量系统401、高速摄像仪402和位置测量尺403；位置测量尺403竖直安放在石英玻璃杯301中，确保位置测量尺403的刻度能透过石英玻璃透视窗102观察到；高速摄像仪402设置在加热箱1的石英玻璃透视窗102外部。所述的测量系统4中的温度测量系统401包括三个热电偶，第一热电偶401-1用于测量高沸点硅油302的温度、第二热电偶401-2用于测量实验件3附近的环境温度、第三热电偶401-3用于测量绝热板202上的温度。所述的照明系统5通过加热箱1上的照明口103对实验过程提供足够的光线条件。和现有技术相比较，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术的实验装置，是采用替代材料铅和锡或者铅和铋作为共晶反应的实验材料来研究共晶反应，材料获取方便，若使用铅和锡作为反应材料，则发生共晶反应的温度在181～232℃范围内，若使用铅和铋作为反应材料，则发生共晶反应的温度在125～271℃范围内，温度较低，实验可操作性高；2、本专利技术的实验装置，使用了一种沸点约为300℃的透明硅油作为实验材料与空气隔绝的介质，硅油与实验材料不发生反应，而且保证了实验过程中实验材料表面不被空气氧化，从而保证了实验精度；3、本专利技术的实验装置，采取了可视化高速摄像仪记录实验全过程的方案，能够记录实验过程中实验材料发生的形态及位置变化等数据。附图说明图1为本专利技术一种研究核反应堆严重事故共晶反应实验装置的整体结构示意图。图2为本专利技术装置中加热箱的左视图。图3为本专利技术装置中承载台的左视图。图4为本专利技术装置中实验件的正视图。图5为本专利技术装置中测量系统示意图。图6为本专利技术装置中测量系统中的温度测量系统示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做详细的说明：如图1、图2、图3、图4和图5所示，本专利技术一种研究核反应堆严重事故下共晶反应的实验装置，所述实验装置是通过研究基于替代材料的低温金属共晶反应过程与结果来间接研究核反应堆堆芯材料在严重事故过程中发生的共晶反应机理的实验装置，包括加热箱1、承载台2、实验件3、测量系统4和照明系统5；所述的加热箱1包括加热箱外壳101，开设在加热箱外壳101侧部的石英玻璃透视窗102，开设在加热箱外壳101顶部的照明口103；所述的承载台2置于加热箱1内，包括不锈钢承载台201和置于不锈钢承载台201上的绝热板202；所述的实验件3置于承载台2的绝热板202上，包括石英玻璃杯301，石英玻璃杯301内盛有高沸点硅油302，石英玻璃杯301底部放置金属块303，金属块303上固定放置金属球304；所述金属块303和金属球304作为共晶反应材料，金属块303的材料为锡或铋，金属球304的材料为铅；所述的测量系统4包括温度测量系统401、高速摄像仪402和位置测量尺403；位置测量尺403竖直安放在石英玻璃杯301中，确保位置测量尺403的刻度能透过石英玻璃透视窗102观察到；高速摄像仪402设置在加热箱1的石英玻璃透视窗102外部。实验前，在加热箱1内放置一个不锈钢承载台201，目的是将实验件3垫高至方便透过石英玻璃透视窗102进行观察记录；在不锈钢承载台上放置绝热板202是为了放置于其上的实验件3尽量受加热箱1内部辐射均匀加热；对实验材料进行处理，需要进行热处理将两种不同材料的锡金属块303和铅金属球304粘连，然后放入石英玻璃杯301中，往石英玻璃杯301中倒入高沸点硅油302至其淹没锡金属块303和铅金属球304；在石英玻璃杯301中竖直安置一个位置测量尺403，确保位置测量尺403的刻度能透过石英玻璃透视窗102观察到。如图6所示，测量系统4中的温度测量系统包含三个热电偶，第一热电偶401-1测量实验件3中高沸点硅油302的温度，第二热电偶401-2测量实验件3附近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研究核反应堆严重事故下共晶反应的实验装置，其特征在于：所述实验装置是通过研究基于替代材料的低温金属共晶反应过程与结果来间接研究核反应堆堆芯材料在严重事故过程中发生的共晶反应机理的实验装置，包括加热箱(1)、承载台(2)、实验件(3)、测量系统(4)和照明系统(5)；所述的加热箱(1)包括加热箱外壳(101)，开设在加热箱外壳(101)侧部的石英玻璃透视窗(102)，开设在加热箱外壳(101)顶部的照明口(103)；所述的承载台(2)置于加热箱(1)内，包括不锈钢承载台(201)和置于不锈钢承载台(201)上的绝热板(202)；所述的实验件(3)置于承载台(2)的绝热板(202上，包括石英玻璃杯(301)，石英玻璃杯(301内盛有高沸点硅油(302)，石英玻璃杯(301)底部放置金属块(303)，金属块(303)上固定放置金属球(304)；所述金属块(303)和金属球(304)作为共晶反应材料，金属块(303)的材料为锡或铋，金属球(304)的材料为铅；所述的测量系统(4)包括温度测量系统(401)、高速摄像仪(402)和位置测量尺(403)；位置测量尺(403)竖直安放在石英玻璃杯(301)中，确保位置测量尺(403)的刻度能透过石英玻璃透视窗(102)观察到；高速摄像仪(402)设置在加热箱(1)的石英玻璃透视窗(102)外部。...

【技术特征摘要】
1.一种研究核反应堆严重事故下共晶反应的实验装置，其特征在于：所述实验装置是通过研究基于替代材料的低温金属共晶反应过程与结果来间接研究核反应堆堆芯材料在严重事故过程中发生的共晶反应机理的实验装置，包括加热箱(1)、承载台(2)、实验件(3)、测量系统(4)和照明系统(5)；所述的加热箱(1)包括加热箱外壳(101)，开设在加热箱外壳(101)侧部的石英玻璃透视窗(102)，开设在加热箱外壳(101)顶部的照明口(103)；所述的承载台(2)置于加热箱(1)内，包括不锈钢承载台(201)和置于不锈钢承载台(201)上的绝热板(202)；所述的实验件(3)置于承载台(2)的绝热板(202上，包括石英玻璃杯(301)，石英玻璃杯(301内盛有高沸点硅油(302)，石英玻璃杯(301)底部放置金属块(303)，金属块(303)上固定放置金属球(304)；所述金属块(303)和金属球(304)作为共晶反应材料，金属块...

【专利技术属性】
技术研发人员：田文喜，李勇霖，陈荣华，苏光辉，秋穗正，余红星，罗琦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61