本發(fā)明涉及第四代核能系統(tǒng)鈉冷快堆領(lǐng)域,更具體地,涉及一種鈉冷快堆嚴(yán)重事故時(shí)熔融燃料池內(nèi)燃料與冷卻劑局部相互作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
相對(duì)于前三代核電技術(shù),第四代核電技術(shù)具有安全性更好、經(jīng)濟(jì)性更高、核廢物產(chǎn)生量少以及能有效防止核擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)。鈉冷快堆作為國際上第四代核電技術(shù)中的首選堆型,代表著先進(jìn)核能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和技術(shù)前沿。因此,對(duì)鈉冷快堆發(fā)生堆芯解體嚴(yán)重事故的機(jī)理進(jìn)行研究,對(duì)于減輕和減緩嚴(yán)重事故后果進(jìn)而保障該堆型的長期健康發(fā)展具有重要的意義。國際上既往研究表明,當(dāng)鈉冷快堆發(fā)生堆芯解體事故時(shí),在極端悲觀條件下,隨著事故的發(fā)展,在堆芯區(qū)域?qū)⒖赡苄纬纱笮腿廴谌剂铣兀谌剂吓c冷卻劑的局部相互作用下,燃料分布將變得更加密集,從而引發(fā)再臨界的危險(xiǎn)。因此,對(duì)鈉冷快堆嚴(yán)重事故時(shí)熔融燃料池內(nèi)燃料與冷卻劑局部相互作用的機(jī)理進(jìn)行研究對(duì)于改進(jìn)鈉冷快堆的安全性評(píng)價(jià)以及堆內(nèi)關(guān)鍵安全設(shè)施的設(shè)計(jì)具有重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供了一種鈉冷快堆嚴(yán)重事故時(shí)熔融燃料池內(nèi)燃料與冷卻劑局部相互作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的,采用的技術(shù)方案是:
一種鈉冷快堆熔融燃料池內(nèi)燃料與冷卻劑相互作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),包括反應(yīng)發(fā)生容器、冷卻劑容器、驅(qū)動(dòng)模塊、加熱模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和控制終端;其中加熱模塊用于對(duì)反應(yīng)發(fā)生容器進(jìn)行加熱;冷卻劑容器設(shè)置在反應(yīng)發(fā)生容器上方,冷卻劑容器與驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)端連接,驅(qū)動(dòng)模塊用于將冷卻劑容器向下輸送至反應(yīng)發(fā)生容器內(nèi);所述數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)置在反應(yīng)發(fā)生容器內(nèi);加熱模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與控制終端電連接。
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作過程如下:反應(yīng)發(fā)生容器內(nèi)盛有一定含量的低熔點(diǎn)合金,控制終端控制加熱模塊使其對(duì)反應(yīng)發(fā)生容器進(jìn)行加熱后,熔化的低熔點(diǎn)合金模擬快堆嚴(yán)重事故過程中的熔融燃料;此時(shí)控制終端通過控制驅(qū)動(dòng)模塊的工作使得其能夠?qū)⒗鋮s劑容器向下輸送至反應(yīng)發(fā)生容器內(nèi),冷卻劑容器內(nèi)盛有用于模擬冷卻劑的水,當(dāng)冷卻劑容器進(jìn)入反應(yīng)發(fā)生容器后其盛有的水與熔化的低熔點(diǎn)合金接觸后,即開始對(duì)燃料與冷卻劑局部相互作用的模擬,此時(shí)安裝在反應(yīng)發(fā)生容器內(nèi)的數(shù)據(jù)采集模塊采集反應(yīng)發(fā)生容器內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)并將其傳輸至控制終端,供技術(shù)人員進(jìn)行研究。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明提供的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過反應(yīng)發(fā)生容器、冷卻劑容器、驅(qū)動(dòng)模塊、加熱模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制終端、低熔點(diǎn)合金、水等實(shí)現(xiàn)對(duì)鈉冷快堆嚴(yán)重事故時(shí)熔融燃料池內(nèi)燃料與冷卻劑局部相互作用的模擬,便于技術(shù)人員對(duì)相關(guān)的機(jī)理進(jìn)行研究,對(duì)于改進(jìn)鈉冷快堆的安全性評(píng)價(jià)以及堆內(nèi)關(guān)鍵安全設(shè)施的設(shè)計(jì)具有重要的意義。
附圖說明
圖1為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
附圖僅用于示例性說明,不能理解為對(duì)本專利的限制;
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
實(shí)施例1
如圖1、2所示,本發(fā)明提供的一種鈉冷快堆熔融燃料池內(nèi)燃料與冷卻劑相互作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),包括反應(yīng)發(fā)生容器1、冷卻劑容器2、驅(qū)動(dòng)模塊、加熱模塊3、數(shù)據(jù)采集模塊和控制終端4;其中加熱模塊3用于對(duì)反應(yīng)發(fā)生容器1進(jìn)行加熱;冷卻劑容器2設(shè)置在反應(yīng)發(fā)生容器1上方,冷卻劑容器2與驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)端連接,驅(qū)動(dòng)模塊用于將冷卻劑容器2向下輸送至反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi);所述數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)置在反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi);加熱模塊3、驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與控制終端4電連接。
本實(shí)施例中,所述控制終端4為電腦。
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作過程如下:反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)盛有一定含量的低熔點(diǎn)合金,控制終端4控制加熱模塊3使其對(duì)反應(yīng)發(fā)生容器1進(jìn)行加熱后,熔化的低熔點(diǎn)合金模擬快堆嚴(yán)重事故過程中的熔融燃料;此時(shí)控制終端4通過控制驅(qū)動(dòng)模塊的工作使得其能夠?qū)⒗鋮s劑容器2向下輸送至反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi),冷卻劑容器2內(nèi)盛有用于模擬冷卻劑的水,當(dāng)冷卻劑容器2進(jìn)入反應(yīng)發(fā)生容器1后其盛有的水與熔化的低熔點(diǎn)合金接觸后,即開始對(duì)燃料與冷卻劑局部相互作用的模擬,此時(shí)安裝在反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)的數(shù)據(jù)采集模塊采集反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)并將其傳輸至控制終端4,供用戶進(jìn)行研究。
實(shí)施例2
本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上,對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)做了進(jìn)一步的優(yōu)化,具體為:
所述反應(yīng)發(fā)生容器1安裝在支架上;支架上設(shè)置有絲桿安裝位和電機(jī)安裝位。其中所述驅(qū)動(dòng)模塊包括電機(jī)5、電機(jī)控制電路和絲桿6,絲桿6垂直向下設(shè)置,電機(jī)5與絲桿6進(jìn)行傳動(dòng)連接,電機(jī)5通過電機(jī)控制電路與控制終端4電連接,絲桿6、電機(jī)5分別安裝在絲桿安裝位、電機(jī)安裝位上。
在具體實(shí)施的時(shí)候,控制終端4通過控制電機(jī)控制電路來控制電機(jī)5的轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而對(duì)絲桿6的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整,從而帶動(dòng)冷卻劑容器2在垂直方向上的運(yùn)動(dòng),將冷卻劑容器2送入或送出反應(yīng)發(fā)生容器1。其中所述支架上、反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)設(shè)置有位置傳感器,位置傳感器與控制終端4電連接。在進(jìn)行冷卻劑容器2的傳輸過程中,位置傳感器用于采集冷卻劑容器2的實(shí)時(shí)位置信息并將其傳輸至控制終端4,控制終端4根據(jù)接收的信息來控制電機(jī)5的轉(zhuǎn)動(dòng)與否。通過位置傳感器采集的位置信息來確定冷卻劑容器2是否輸送到位,或者確定冷卻劑容器2是否已移出反應(yīng)發(fā)生容器1。
在具體的實(shí)施過程中,所述冷卻劑容器2采用與融體材料一致的低熔點(diǎn)合金制成。本實(shí)施例中,所述述冷卻劑容器采用低熔點(diǎn)的巴氏合金制成,所述低熔點(diǎn)巴氏合金的熔點(diǎn)為80℃~110℃。當(dāng)其被驅(qū)動(dòng)模塊向下輸送至反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)時(shí),受反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)的溫度的影響,冷卻劑容器2會(huì)融化,從而完成其盛有的冷卻劑的釋放,也避免實(shí)驗(yàn)后需將冷卻劑容器2殘留碎片取出的問題。
在具體的實(shí)施過程中,所述數(shù)據(jù)采集模塊包括設(shè)置在反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)壁上的溫度變送器、壓力變送器、信號(hào)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器,溫度變送器、壓力變送器通過信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與控制終端4連接。其中溫度變送器、壓力變送器用于采集模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)并將其經(jīng)過信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳輸至控制終端4,供技術(shù)人員進(jìn)行研究。
其中所述溫度變送器、壓力變送器的數(shù)量為多個(gè),多個(gè)溫度變送器、壓力變送器設(shè)置在反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)壁的不同設(shè)置高度上。本實(shí)施例中,反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)的各高度處共設(shè)有至少16路溫度變送器和壓力變送器,采樣頻率最高可達(dá)1mhz/s。
在具體的實(shí)施過程中,所述加熱模塊3包括溫控器和加熱設(shè)備;所述加熱設(shè)備為電爐或采用電磁感應(yīng)方式進(jìn)行加熱;加熱設(shè)備為電爐時(shí),其設(shè)置在反應(yīng)發(fā)生容器的下方,加熱面與反應(yīng)發(fā)生容器的底面貼合;加熱設(shè)備采用電磁感應(yīng)方式進(jìn)行加熱時(shí),其感應(yīng)線圈纏繞于反應(yīng)發(fā)生容器四周;加熱設(shè)備與溫控器電連接,溫控器與控制終端4電連接。其中,控制終端4通過溫控器控制加熱設(shè)備進(jìn)而控制對(duì)反應(yīng)發(fā)生容器1的加熱。
實(shí)施例3
本實(shí)施例在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上對(duì)反應(yīng)發(fā)生容器1的具體結(jié)構(gòu)做了進(jìn)一步的優(yōu)化,具體為所述反應(yīng)發(fā)生容器1由不銹鋼制成,其整體呈柱狀,其內(nèi)側(cè)設(shè)置有溫度變送器安裝口和壓力變送器安裝口,以及1個(gè)泄壓閥安裝口和1個(gè)低熔點(diǎn)合金排泄口,實(shí)驗(yàn)時(shí),反應(yīng)發(fā)生容器1能承受1000攝氏度以內(nèi)的高溫以及至少2mpa的內(nèi)壓。
在具體的實(shí)施過程中,所述反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi)的上部設(shè)置有隔熱筒7,所述隔熱筒7懸吊于反應(yīng)發(fā)生容器1內(nèi),隔熱筒7的頂端設(shè)有端蓋,所述端蓋上設(shè)置有一組氣體進(jìn)出口和冷卻劑容器2進(jìn)出口。所述隔熱筒7由不銹鋼制成,其筒壁采用雙層設(shè)計(jì),筒壁內(nèi)中空區(qū)域設(shè)計(jì)有3段水冷回路,其頂部設(shè)計(jì)有3對(duì)冷卻水進(jìn)出口;其端蓋設(shè)計(jì)有1對(duì)氣體進(jìn)出口以及1個(gè)傳動(dòng)桿進(jìn)出口;其底部敷有極薄鋁箔(用于隔熱)。隔熱筒7用于在輸送冷卻劑容器2前阻隔冷卻劑容器2與外界的熱量傳輸,防止冷卻劑容器2在輸送前熔化或冷卻劑初始溫度發(fā)生較大改變。
顯然,本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例,而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。