一种钠冷快堆熔融燃料池内燃料与冷却剂相互作用的实验系统的制作方法

本发明涉及第四代核能系统钠冷快堆领域，更具体地，涉及一种钠冷快堆严重事故时熔融燃料池内燃料与冷却剂局部相互作用的实验系统。

背景技术：

相对于前三代核电技术，第四代核电技术具有安全性更好、经济性更高、核废物产生量少以及能有效防止核扩散等优点。钠冷快堆作为国际上第四代核电技术中的首选堆型，代表着先进核能系统的发展趋势和技术前沿。因此，对钠冷快堆发生堆芯解体严重事故的机理进行研究，对于减轻和减缓严重事故后果进而保障该堆型的长期健康发展具有重要的意义。国际上既往研究表明，当钠冷快堆发生堆芯解体事故时，在极端悲观条件下，随着事故的发展，在堆芯区域将可能形成大型熔融燃料池，在燃料与冷却剂的局部相互作用下，燃料分布将变得更加密集，从而引发再临界的危险。因此，对钠冷快堆严重事故时熔融燃料池内燃料与冷却剂局部相互作用的机理进行研究对于改进钠冷快堆的安全性评价以及堆内关键安全设施的设计具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明提供了一种钠冷快堆严重事故时熔融燃料池内燃料与冷却剂局部相互作用的实验系统。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种钠冷快堆熔融燃料池内燃料与冷却剂相互作用的实验系统，包括反应发生容器、冷却剂容器、驱动模块、加热模块、数据采集模块和控制终端；其中加热模块用于对反应发生容器进行加热；冷却剂容器设置在反应发生容器上方，冷却剂容器与驱动模块的驱动端连接，驱动模块用于将冷却剂容器向下输送至反应发生容器内；所述数据采集模块设置在反应发生容器内；加热模块、驱动模块、数据采集模块与控制终端电连接。

实验系统的工作过程如下：反应发生容器内盛有一定含量的低熔点合金，控制终端控制加热模块使其对反应发生容器进行加热后，熔化的低熔点合金模拟快堆严重事故过程中的熔融燃料；此时控制终端通过控制驱动模块的工作使得其能够将冷却剂容器向下输送至反应发生容器内，冷却剂容器内盛有用于模拟冷却剂的水，当冷却剂容器进入反应发生容器后其盛有的水与熔化的低熔点合金接触后，即开始对燃料与冷却剂局部相互作用的模拟，此时安装在反应发生容器内的数据采集模块采集反应发生容器内的环境数据并将其传输至控制终端，供技术人员进行研究。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的实验系统通过反应发生容器、冷却剂容器、驱动模块、加热模块、数据采集模块、控制终端、低熔点合金、水等实现对钠冷快堆严重事故时熔融燃料池内燃料与冷却剂局部相互作用的模拟，便于技术人员对相关的机理进行研究，对于改进钠冷快堆的安全性评价以及堆内关键安全设施的设计具有重要的意义。

附图说明

图1为系统的结构示意图。

图2为系统的电路结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1、2所示，本发明提供的一种钠冷快堆熔融燃料池内燃料与冷却剂相互作用的实验系统，包括反应发生容器1、冷却剂容器2、驱动模块、加热模块3、数据采集模块和控制终端4；其中加热模块3用于对反应发生容器1进行加热；冷却剂容器2设置在反应发生容器1上方，冷却剂容器2与驱动模块的驱动端连接，驱动模块用于将冷却剂容器2向下输送至反应发生容器1内；所述数据采集模块设置在反应发生容器1内；加热模块3、驱动模块、数据采集模块与控制终端4电连接。

本实施例中，所述控制终端4为电脑。

实验系统的工作过程如下：反应发生容器1内盛有一定含量的低熔点合金，控制终端4控制加热模块3使其对反应发生容器1进行加热后，熔化的低熔点合金模拟快堆严重事故过程中的熔融燃料；此时控制终端4通过控制驱动模块的工作使得其能够将冷却剂容器2向下输送至反应发生容器1内，冷却剂容器2内盛有用于模拟冷却剂的水，当冷却剂容器2进入反应发生容器1后其盛有的水与熔化的低熔点合金接触后，即开始对燃料与冷却剂局部相互作用的模拟，此时安装在反应发生容器1内的数据采集模块采集反应发生容器1内的环境数据并将其传输至控制终端4，供用户进行研究。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，对实验系统的具体结构做了进一步的优化，具体为：

所述反应发生容器1安装在支架上；支架上设置有丝杆安装位和电机安装位。其中所述驱动模块包括电机5、电机控制电路和丝杆6，丝杆6垂直向下设置，电机5与丝杆6进行传动连接，电机5通过电机控制电路与控制终端4电连接，丝杆6、电机5分别安装在丝杆安装位、电机安装位上。

在具体实施的时候，控制终端4通过控制电机控制电路来控制电机5的转动，进而对丝杆6的运动进行调整，从而带动冷却剂容器2在垂直方向上的运动，将冷却剂容器2送入或送出反应发生容器1。其中所述支架上、反应发生容器1内设置有位置传感器，位置传感器与控制终端4电连接。在进行冷却剂容器2的传输过程中，位置传感器用于采集冷却剂容器2的实时位置信息并将其传输至控制终端4，控制终端4根据接收的信息来控制电机5的转动与否。通过位置传感器采集的位置信息来确定冷却剂容器2是否输送到位，或者确定冷却剂容器2是否已移出反应发生容器1。

在具体的实施过程中，所述冷却剂容器2采用与融体材料一致的低熔点合金制成。本实施例中，所述述冷却剂容器采用低熔点的巴氏合金制成，所述低熔点巴氏合金的熔点为80℃~110℃。当其被驱动模块向下输送至反应发生容器1内时，受反应发生容器1内的温度的影响，冷却剂容器2会融化，从而完成其盛有的冷却剂的释放，也避免实验后需将冷却剂容器2残留碎片取出的问题。

在具体的实施过程中，所述数据采集模块包括设置在反应发生容器1内壁上的温度变送器、压力变送器、信号放大器和模数转换器，温度变送器、压力变送器通过信号放大器、模数转换器与控制终端4连接。其中温度变送器、压力变送器用于采集模拟实验时反应发生容器1内的温度数据和压力数据并将其经过信号放大器、模数转换器传输至控制终端4，供技术人员进行研究。

其中所述温度变送器、压力变送器的数量为多个，多个温度变送器、压力变送器设置在反应发生容器1内壁的不同设置高度上。本实施例中，反应发生容器1内的各高度处共设有至少16路温度变送器和压力变送器，采样频率最高可达1mhz/s。

在具体的实施过程中，所述加热模块3包括温控器和加热设备；所述加热设备为电炉或采用电磁感应方式进行加热；加热设备为电炉时，其设置在反应发生容器的下方，加热面与反应发生容器的底面贴合；加热设备采用电磁感应方式进行加热时，其感应线圈缠绕于反应发生容器四周；加热设备与温控器电连接，温控器与控制终端4电连接。其中，控制终端4通过温控器控制加热设备进而控制对反应发生容器1的加热。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上对反应发生容器1的具体结构做了进一步的优化，具体为所述反应发生容器1由不锈钢制成，其整体呈柱状，其内侧设置有温度变送器安装口和压力变送器安装口，以及1个泄压阀安装口和1个低熔点合金排泄口，实验时，反应发生容器1能承受1000摄氏度以内的高温以及至少2mpa的内压。

在具体的实施过程中，所述反应发生容器1内的上部设置有隔热筒7，所述隔热筒7悬吊于反应发生容器1内，隔热筒7的顶端设有端盖，所述端盖上设置有一组气体进出口和冷却剂容器2进出口。所述隔热筒7由不锈钢制成，其筒壁采用双层设计，筒壁内中空区域设计有3段水冷回路，其顶部设计有3对冷却水进出口；其端盖设计有1对气体进出口以及1个传动杆进出口；其底部敷有极薄铝箔（用于隔热）。隔热筒7用于在输送冷却剂容器2前阻隔冷却剂容器2与外界的热量传输，防止冷却剂容器2在输送前熔化或冷却剂初始温度发生较大改变。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。