用于试样在反应堆堆芯中或堆芯外围处的辐照的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于材料在核反应堆堆芯中或堆芯外围处的辐照的装置，并且尤 其涉及用于材料在核研究用反应堆中的辐照的装置。
【背景技术】
[0002] 必须将材料或者试样布置在核反应堆堆芯中或堆芯的外围处，以便能够对它们进 行试验以获得它们在辐照下的性能。
[0003] 因此，需要一种能够将一个（或多个）待辐照的试样引入到试验用反应堆（试验 用反应堆中的中子通量最高）的区域中的装置，所述试样对应于反应堆中的燃料组件的媒 质。在该区域中，处于辐照下的试样和结构件受到来自反应堆堆芯的核辐射（伽马射线和 中子），这使得它们的温度升高。
[0004] 高温和高压被施加到该试验装置。
[0005] 很难选择能够抵抗高压和高温（例如，同时处于大约800°C的高温）的材料。在试 验的辐照条件下，这尤为困难。
[0006] 例如，在温度高于450°C的情况下奥氏体钢的寿命明显缩短。例如，对于 X2CrNiMol7-12-2奥氏体钢，在研究用反应堆堆芯中辐照下低于375°C的寿命为4. 4年，而 在425°C以上的寿命为2年（通常，损害为12dpa/年）。相似地，尽管持续地发生，但是在 450°C以下的材料蠕变和老化是微不足道的，而材料蠕变和老化在525°C时从2000小时开 始则变得显著。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明的一个目标是提供一种用于反应堆中的试样的辐照的试验装置，其 中，试样可达到高的温度并同时确保组件的机械强度以满足安全规定。
[0008] 上述目标通过一种用于辐照试样的装置实现，所述装置包括由双层壳体限定出的 腔体，所述腔体容纳将容纳冷却剂流体的插槽，伸入到插槽中的试样保持器使得试样被浸 入在冷却剂流体中,插槽能够抵抗高温并且插槽的外部和内部流体连通以使得其中定位有 试样保持器的插槽的内部的压力和该插槽的外部的压力相同。
[0009] 通过本发明，插槽的内部和外部处于相同的压力之下，形成插槽的材料因此不必 抵抗高压，因此制造插槽所用的材料可被选择，以抵抗高温并且具有更低的抗压的机械强 度。此外,插槽外部的气体将试样加热区域和所述腔体热隔离,于是所述腔体能够由抗高温 但是可抵抗的温度低于插槽的材料或多种材料制成。
[0010] 非常有利地，插槽壁中或插槽壁上设置有用于调节试样的温度的器件。优选地，所 述器件为附加的试样加热器件。这使得能够实现试样辐照条件下的对温度的精确控制。
[0011] 安全壳的机械强度取决于压力、温度和辐照时间。根据本发明，由于灵巧地将冷却 剂缓冲气体（试样被浸入其中）用作维持温度的插槽和所述腔体之间的热隔离体，所述腔 体被保持处于不严重影响其机械强度的温度，可实施其安全功能并且所述装置可将高温施 加到试样上。因此通过相对简单的结构可使试样温度达到大约800°C或甚至更高，并且同时 符合核安全规定（即，保持双层安全壳）。
[0012] 于是本发明的主题为一种辐照在核反应堆堆芯中或堆芯外围处的试样的装置，所 述装置包括：
[0013] -限定出腔体的双壁安全壳，
[0014] -被容纳在所述腔体中的插槽，所述插槽被保持在距所述安全壳的内壁一定距离 处，所述插槽被设计成容纳冷却剂，
[0015] -试样保持器，所述试样保持器的自由端部将被定位在所述插槽中，
[0016] 其中，所述插槽的内部与所述插槽的外部流体连通,并且其中，所述安全壳内壁与 所述插槽之间的空间将被充注被称为冷却剂缓冲气体的气体或气体混合物。
[0017] 所述安全壳可具有外壁，所述外壁将与反应堆的冷却剂接触，并且所述外壁与所 述内壁一起限定出气体空间。
[0018] 在一个有利的示例中，所述装置包括安装在所述插槽上的热调节器件。
[0019] 所述热调节器件可有利地至少包括附加加热器件。
[0020] 例如，所述附加加热器件包括位于所述插槽的外表面上的至少一个加热元件；或 优选地，包括分布在所述插槽的整个外表面上或一部分外表面上的多个加热兀件。
[0021] 例如，所述加热元件沿纵向轴线分布在所述插槽的整个外表面上或一部分外表面 上，使得所述插槽的沿着纵向轴线的不同区域可被单独地加热。
[0022] 优选地，所述热调节器件被涂覆有例如通过喷涂工艺制成的保护涂层。
[0023] 根据一个附加特征，所述装置包括至少一个安装在所述插槽上的温度传感器，例 如热电偶。
[0024] 所述插槽的内部在所述插槽的上端部处可与所述插槽的外部流体连通，所述试样 通过所述上端部插入到所述插槽中。
[0025] 例如，所述内壁和外壁以及所述插槽呈管状的形状并且在下端部处被底部封闭。
[0026] 壳体的内壁和外壁可例如由X2CrNiMol7-12-2不锈钢制成，并且所述插槽可由 lncone丨妒' 718制成。
[0027] 本发明的另一主题为利用根据本发明的装置来辐照试样的方法，所述方法包括以 下步骤：
[0028] -通过将试样保持器插入到所述装置中而将至少一个所述试样放入插槽中的位置 处，所述插槽容纳有冷却剂流体，
[0029] -将所述装置放置到核反应堆堆芯中的位置处或堆芯外围的位置处，
[0030] -从所述反应堆中移除所述装置，以及从所述装置中移除所述至少一个试样。
[0031] 在一个示例中，所述冷却剂为液体，例如为液态金属或液态合金（例如，NaK或 Na)，并且所述冷却剂缓冲气体位于所述安全壳和所述插槽之间。
[0032] 在另一示例中，所述冷却剂为气体或气体混合物。
[0033] 附加的热量可在辐照期间被输入至所述试样。
【附图说明】
[0034] 在阅读以下说明和附图之后将更好地理解本发明，在附图中：
[0035] 图1为根据本发明的用于试样的辐照的装置的示例性实施例的图示的纵向剖视 图；
[0036] 图2为图1的细节视图；
[0037] 图3A为在液体冷却剂的情况下、装置内的温度根据装置直径变化的折线图；
[0038] 图3B为在气体冷却剂的情况下、装置内的温度根据装置直径变化的折线图；
[0039] 图4为附加的加热器件的示例性实施例的图示性视图，所述附加的加热器件能够 被使用在根据本发明的装置中；
[0040] 图5A和5B为附加的加热器件的另一示例性实施例的图示性视图，所述附加的加 热器件能够被使用在根据本发明的装置中；
[0041] 图6为插槽和安全壳的内表面之间的气体间隙的厚度的变化图的示例的图示。
【具体实施方式】
[0042] 图1示出用于核研究反应堆中（尤其是核研究反应堆堆芯中或堆芯外围处）的试 样的辐照的装置的图示性视图。
[0043] 辐照装置及形成辐照装置的一部分的元件有利地为围绕纵向轴线X的回转体形 状的形式。所述装置包括多个优选地为管状的同轴元件。
[0044] 辐照装置的长度为数米（例如，5m)，并且辐照装置包括将定位在中子通量区域中 的对应于反应堆燃料组件的纵向部分，所述纵向部分例如延伸超过Im的高度。
[0045] 图1和图2示出将被布置到中子通量区域并且将详细地描述的部分。
[0046] 所述装置包括具有轴线X的试样保持器2,所述试样保持器2包括将试样保持在合 适位置的自由纵向端部2. 1，所述自由纵向端部2. 1例如包括螺纹杆或适配于试样的几何 构造的结构的保持器件，以便布置所述试样和将所述试样移除。每个试样保持器被设计成 满足试验的特定需要，例如其可以包括用于压迫试样的驱动器。所述试样保持器还可包括 对辐照下的试验进行监控所必须的不同的测量传感器，例如，用于测量温度、压力、试样的 尺寸变化、中子通量和伽马射线通量等。试样保持器2可通过沿纵向轴线X滑动而被插入 和移除，以便更换试样。
[0047] 所述装置还包括插槽4,试样保持器的自由纵向端部2. 1在试样就位时位于所述 插槽4的内部。插槽将包含冷却液，试样被浸入在冷却液中并且借此进行热交换。插槽包 括封闭的下端部4. 1和开放的上端部4. 2,试样保持器2通过所述开放的上端部4. 2插入。 所述下端部4. 1例如可被焊接至插槽的