铅基堆堆芯熔融物与冷却剂相互作用的实验系统及方法技术方案

一种铅基堆堆芯熔融物与冷却剂相互作用的实验系统及方法，该系统包括反应容器、储铅罐、保护气模块、感应加热模块、高速摄像机与仪器仪表，用于模拟铅基堆严重事故时，堆芯熔融物注入铅铋池后快速冷却，造成温度和压力扰动的热工水力现象。通过充氩气排除系统中空气，提供惰性环境保护；铅铋的流动依靠重力和反应容器与储铅罐间的气压差实现；通过可视窗口观察熔融物注入铅铋冷却剂后的具体行为，并在反应容器内设置碎片产物捕集器；实验后向储铅罐排回含杂质的铅铋时，经由过滤装置净化。本发明专利技术能够在避免铅铋被氧化、污染环境、伤害人员的安全性前提下，反复开展不同的熔融物质量及温度、铅铋冷却池深度及温度的实验工况，为铅基堆的安全设计提供参考。基堆的安全设计提供参考。基堆的安全设计提供参考。

【技术实现步骤摘要】
铅基堆堆芯熔融物与冷却剂相互作用的实验系统及方法


[0001]本专利技术属于核反应堆严重事故条件下堆芯熔融物与冷却剂相互作用研究领域，具体涉及一种用于铅基堆堆芯熔融物与液态金属铅铋冷却剂相互作用研究的实验系统及方法。

技术介绍

[0002]铅基堆是指以液态金属铅或铅铋合金(统称铅基材料)为冷却剂的一类反应堆，由于铅基材料具有低熔点、高比体积热容、高沸点、高密度、化学性质不活泼、对放射性核素碘、铯的滞留能力强等物性特点，因此铅基堆具有可常压运行、安全裕量大、自然循环能力良好、无氢爆、放射性释放小等安全优势，第四代核能系统国际论坛(GIF)已将其列为主要的候选堆型。铅基堆通常是低压的单相流系统，即使发生严重的冷却剂泄漏事件也不可能导致堆芯快速裸露，但存在液态金属冷却快堆的共性问题，即堆芯熔化后，熔融物有可能重新分布，使反应堆重返临界、功率骤增、堆内压力不断累积造成堆芯解体。与同属于液态金属冷却快堆的钠冷快堆不同，铅基堆由于冷却剂的沸点高于燃料包壳的熔点，包壳熔化和裂变气体释放要早于冷却剂沸腾，因此具体事故过程中堆芯熔融物与铅铋冷却剂的相互作用需进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铅基堆堆芯熔融物与冷却剂相互作用的实验系统，其特征在于：包括储铅罐(101)、反应容器(102)、液态铅铋过滤装置(103)、高速摄像机(107)、氩气瓶(201)、电磁感应加热坩埚(702)、水冷压缩机(709)、水泵(710)以及管道阀门；其中反应容器(102)为模拟铅基堆铅铋冷却剂池工作环境的压力容器，内部空间由带通孔的支撑板(105)分为上下两部分；所述反应容器(102)顶端采用法兰盖进行密封，与熔融物释放机构(701)之间采用动密封；上部空间设置电磁感应加热坩埚(702)，用以制备高温熔融物，下部空间的铅铋池中液态铅铋由储铅罐(101)充入；根据不同实验工况要求，操作熔融物释放机构(701)将熔融物注入下方铅铋池，从而完成铅基堆堆芯熔融物与冷却剂相互作用的实验；反应容器(102)内的铅铋池中布置有多组多点式反应容器热电偶(402)测量其温度分布，由差压式变送器(502)测量其液位，由置于反应容器(102)内的捕集器(104)收集熔融物碎片，反应容器(102)外壁面缠绕电加热丝并包覆保温棉，对内部液态铅铋进行温度控制；在反应容器(102)下部空间高于铅铋池液位的侧面，装有两个耐高温玻璃视窗，将一台镝灯(108)对准其中一个视窗，在另一个视窗处布置有一台高速摄像机(107)，用来观测并记录熔融物与铅铋冷却剂相互作用的过程；所述电磁感应加热坩埚(702)内部由钨铼热电偶(403)监测所加热物料的温度，外部被用以烧结电磁感应线圈(703)的镁砂打结体(704)包围，底部设计有排料孔，底部与支撑板(105)之间接触面用耐高温隔热涂层(106)进行保护；第一电源接线柱(705)和第二电源接线柱(706)与中频感应加热电源相连接，为电磁感应线圈(703)供电；水冷压缩机(709)和水泵(710)驱动冷却水流经第一水冷管线(707)和第二水冷管线(708)形成冷却水回路，持续冷却电磁感应线圈(703)；所述储铅罐(101)位于实验平台的底层，通过第一铅铋阀(301)和第四铅铋阀(304)将液态铅铋上充入反应容器(102)，通过第三铅铋阀(303)、液态铅铋过滤装置(103)、第二铅铋阀(302)和第一铅铋阀(301)接收从反应容器(102)回流的液态铅铋；储铅罐(101)外壁面缠绕电加热丝并包覆保温棉，对内部液态铅铋进行温度控制；通过多点式储铅罐热电偶(401)和液位探针(501)分别监测内部液态铅铋的温度和液位；储铅罐(101)和反应容器(102)内均涉及与实际铅基堆配比一致的高纯铅铋合金，在加热熔化铅铋合金前，需通过氩气瓶(201)对实验系统内部空间进行氩气置换，排除空气，建立惰性氛围保护，氩气瓶(201)与储铅罐(101)连通的管路上依次设置减压阀(202)、第三气阀(203)和第一压力变送器(601)，氩气瓶(201)与反应容器(102)连通的管路上依次设置减压阀(202)、第五气阀(205)和第二压力变送器(602)；通过调节不同气阀之间的开关，实现储铅罐(101)和反应容器(102)内气压的不同，依靠重力及储铅罐(101)和反应容器(102)之间的压差驱动液态铅铋的流动；在液态铅铋的流动管道和阀门位置缠绕电加热丝并包覆保温棉，布置多个热电偶监测温度，对内部液态铅铋进行温度控制，避免液态铅铋凝固堵塞。2.根据权利要求1所述的一种铅基堆堆芯熔融物与冷却剂相互作用的实验系统，其特征在于：所述捕集器(104)为安装孔径为1mm的不锈钢网筒状捕集器。3.根据权利要求1所述的一种铅基堆堆芯熔融物与冷却剂相互作用的实验系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大林，樊硕旺，陈宇彤，田文喜，苏光辉，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：