一种高导热率等温体控温辐照装置的制作方法

本实用新型属于核电材料领域，尤其涉及一种高导热率等温体控温辐照装置。

背景技术：

能源是社会、经济发展的基石，大力发展清洁能源对于人与自然的和谐发展有着重要的意义，核能具有清洁、安全、高效的特点，已经成为各国发展清洁能源的重要方向。核电材料是支撑大型先进压水堆及高温气冷堆等核电站发展的关键因素，然而核电材料也是目前制约核电技术发展的瓶颈之一。随着我国核电自主化工作的深入，亟需深入研究核辐射对核电材料的辐照影响。

核电材料的辐照考核试验是核电材料研发的重要环节，通过辐照试验获得辐照材料性能数据，是分析评价核电材料的抗辐照性能的重要资料，也是建立辐照材料性能模型和评审反应堆安全性的有力支撑。研究表明，核电材料在核辐照环境下的蠕变、生长和硬化不仅与核辐射的辐照剂量有关，而且还与反应堆辐照温度直接相关，高温会加剧由核辐照引起的材料内压蠕变和生长硬化等问题。因此，系统的研究温度对核电材料辐照性能的影响是研究核电材料性能的关键，然而进行此类研究的首要提供一个辐照装置，该装置能够为待考核材料提供可靠均匀的温度加载。

目前为反应堆内辐照材料样品提供温度加载的装置主要有以下三种：第一种是在反应堆内建立特定的试验回路，将待测材料样品放置在该试验回路中，之后利用反应堆内设定温度的流体对待测核电材料进行加热，但是由于反应堆内试验回路的建设和运行成本极其高昂，且辐照空间受限，这种装置对大多数试验来说并不适用；第二种是利用带加热元件的仪表化辐照装置，这种装置需要在反应堆内进行管线布置，极其不便，而且受加热器等器件在辐照条件下可靠性因素的制约，该装置也无法广泛范围；第三种是利用静态辐照装置进行温度加载，静态辐照装置结构简单、使用成本较低，在核材料辐照考核试验中得到了广泛应用。

现有的静态辐照装置主要是基于核电材料在核辐射中子场中自身会发热的原理，利用惰性气体间隙作为核材料保温层，通过调节惰性气体间隙的厚度或惰性气体成分(一般为氦气或氖气)，使材料样品的温度符合考核要求，然而该方法存在以下缺陷：1)由于核电材料辐照样品自身的中子吸收截面和核发热率较小，而有些考核试验目标的辐照温度要求很高，仅仅依靠材料自身发热及惰性气体保温层是无法达到目标辐照温度；2)对于研究核电材料的蠕变、生长和硬化等微观变化过程，需要控制核电材料样品的温度在10℃左右的极小温度范围内波动，仅采用惰性气体间隙作为保温层的传统静态辐照装置，由于样品自身导热率低，样品在高度方向上核发热分布不均匀以及在辐照过程中样品与常温辐照罐直接接触，接触部位温度极低，这些因素都将导致样品不同部位之间的温差较大，严重影响核电材料辐照性能的评估；3)核电材料对气隙厚度的敏感性极高，传统静态辐照装置的辐照罐由于在试验中存在晃动、振动等问题，容易使核电材料样品在辐照罐内的位置发生改变，导致核电材料周围包裹的气体保温层厚度不一致，进而导致其自身温度分布不均匀。

因此，亟需一种控温辐照装置，为核电材料的考核提供可靠、均匀的温度环境。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种高导热率等温体控温辐照装置，该装置通过等温体发热为辐照样品提供均匀、稳定的温度环境，即便低发热率的核电材料也能满足高温辐照的要求。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：一种高导热率等温体控温辐照装置，该装置包括：辐照胶囊、隔热垫块、等温体和惰性气体层；所述辐照胶囊包括上开口的中空圆柱壳体和顶盖，所述隔热垫块放置在辐照胶囊壳体内底部，所述等温体为圆柱状，放置在辐照胶囊中空腔体内，并置于隔热垫块上方，等温体上表面开有多个样品插槽；所述惰性气体层位于辐照胶囊壳体内表面与等温体外表面之间的间隙内。

优选的，所述隔热垫块与辐照胶囊底部接触的表面上开有圆形盲孔。

优选的，所述等温体中心处开有通孔，所述通孔的半径可调。

优选的，所述等温体上的样品插槽的形状为圆柱状，弧形薄片状、板状其中的一种或多种。

本实用新型的有益效果是：本实用新型公开的高导热率等温体控温辐照装置，该装置利用等温体进行控温，等温体在反应堆内经核辐照后可自行发热，通过等温体为被等温体包裹的核电材料样品传递能量，提高核电材料的温度，弥补核电材料样品因自身发热率不足而无法进行高温辐照考核的缺陷；其次等温体具备高导热率的特点，通过等温体传热，可以使核电材料样品自身温度分布均匀。本实用新型辐照装置设置导热率极低的氧化锆垫块，该垫块在辐照胶囊与等温体之间达到隔热的效果，避免了核电材料样品与辐照胶囊直接接触面因导热而温度过低的问题，除此之外在等温体与辐照胶囊之间充满惰性气体，进一步达到保温的效果。

因此，本实用新型公开的高导热率等温体控温辐照装置为核电材料辐照考核提供了一个均匀、稳定的辐照温度环境，可通过调整等温体中心通孔的大小来满足不同试验温度要求的，具有通用性，该装置无需在反应堆内引出管线，无需专门建造试验回路系统，结构简单、可靠、成本低，为进行可靠的核电材料辐照试验提供了支撑。

附图说明

图1为本实用新型的一种高导热率等温体控温辐照装置的结构立体透视图；

图2为本实用新型的一种高导热率等温体控温辐照装置的结构俯视图；

图3为本实用新型的一种高导热率等温体控温辐照装置的剖视图；

图中：1.辐照胶囊2.隔热垫块3.等温体4.惰性气体层31.样品插槽。

具体实施方式

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2和图3所示的一种高导热率等温体控温辐照装置，该装置包括：辐照胶囊1、隔热垫块2、等温体3、惰性气体层4构成。所述辐照胶囊1分为中空圆柱上开口壳体和顶盖，所述隔热垫块2放置在辐照胶囊1壳体内底部，所述等温体3放置在隔热垫块2上方，其表面开有多个样品插槽31；所述惰性气体层4位于辐照胶囊1壳体内表面与等温体3外表面之间的间隙内。

上述辐照胶囊1的材料一般为纯铝、核级铝合金、不锈钢和镍基合金中的任意一种。

上述隔热垫块2的材料为氧化锆，所述隔热垫块2与辐照胶囊1底部接触的表面上开有圆形盲孔。隔热垫块2的氧化锆材料导热率较低，将其放置在等温体与辐照胶囊之间，起隔热的作用，在隔热垫块2上开有圆形盲孔的目的是减少氧化锆材料与辐照胶囊底部的接触面积，进一步阻止热量散失。

上述等温体3的材料为铜、铝或石墨中的任意一种，且等温体3中心处开有通孔，所述通孔半径可调，通孔半径可根据具体试验中的温度要求进行计算调整，若温度较低，则通孔半径较大，若试验所需温度较高，则通孔半径较小。等温体3上的样品插槽31的形状为圆柱状，弧形薄片状、板状、条状其中的一种或多种，根据待测核电材料样品的形状选择合适的插槽进行放置。

上述惰性气体层4中的气体为：氦气、氖气、氩气、氮气中的一种或几种，其压强为1.0×10^-5pa～10mpa。

实施例1

本实施例中，待辐照样品分别为2个1/4圆弧形的薄片锆合金包壳样品和2片锆合金板材样品，其辐照温度为350℃。辐照胶囊侧壁厚度为1.5mm，辐照胶囊底部厚度为5mm，顶盖厚度10mm，辐照胶囊的内径为36mm，外径为39mm，顶盖与辐照胶囊侧壁采用焊接密封，辐照胶囊采用核级6061铝材料加工而成。在辐照胶囊内部放置外径33.4mm，内径21mm的纯铜圆环状等温体，通过调节等温体内外径尺寸进而调节纯铜等温体发热量大小，使样品达到目标辐照温度。纯铜圆环状等温体下端垫有5mm总高的氧化锆陶瓷材料隔热垫块，垫块与辐照胶囊底部接触的表面挖空3mm盲孔，以减少与辐照罐底部的接触换热面积，降低热传导，而且氧化锆陶瓷材料导热率低阻止辐照样品和等温体热量向辐照盒底部传递。纯铜等温体上加工圆弧片和板材形状，保证样品插入等温体后仍留有0.5mm的气体间隙，以便样品辐照后取出。纯铜等温体与辐照胶囊内壁之间留有1.3mm的气体间隙，辐照胶囊内部充入氦气保温及防止样品和纯铜等温体氧化。