一种形变测量辐照装置的制作方法

本发明涉及辐照形变测量领域，具体涉及一种形变测量辐照装置。

背景技术：

在新型反应堆用材料的研发和进口材料国产化的进程中，相关材料的堆内辐照是必不可少的环节之一。传统的材料辐照过程大致包含以下几个过程：制备标准试样，设计辐照装置，样品及辐照装置的组装，辐照装置入堆辐照，辐照后力学性能检测，数据分析及理整。这种辐照流程只能得到辐照样品在辐照环境下的累积效应，并没揭示辐照样品在辐照过程中的变化过程，这为今后的数据分析、性能变化的原因查找造成了一定困难。而且辐照后的力学性能检测未必能真实反应辐照过程对辐照样品的影响，因此越来越多的人提出了在辐照过程中对辐照样品进行形变和力学性能进行检测的想法。然而，目前虽然国外做过相关的技术研究，但国内受限于成本和相关检测元器件，尚未开展实质性地相关研究。

测量辐照样品在反应堆内辐照过程中形变，是究研材料在辐照过程中的辐照效应的重要手段，对理解材料在辐照过程中各种辐照效应的内在机理和新材料的研发具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种形变测量辐照装置，该辐照装置在辐照温度变化的环境条件下能够获得更为精准的形变测量数据。

本发明通过下述技术方案实现：

一种形变测量辐照装置，包括设置在上部的固定部、设置在中部的用于辅助固定的辅助部和设置在下部的测量部，固定部、辅助部和测量部从上到下连为一体；

辅助部内沿长度方向设置有保护管；

测量部包括辐照罐、夹持块、数据采集器、温度调节机构，辐照罐内形成一密封空间，夹持块、数据采集器、温度调节机构均设置在密封空间内，夹持块设置在辐照罐内底部，夹持块内开设有放置样品的孔，数据采集器设置在孔上方，夹持块和辐照罐内壁之间具有适当的气体间隙，温度调节机构包括通过改变气体间隙热阻实现温度调节的第一调节机构和/或能够调节样品试验温度的第二调节机构。

第一调节机构包括进气管，进气管的进气端和外界气源相连，进气管的出口端伸入到辐照罐底部并与气体间隙相连通，进气时通过进气管，向辐照罐导入氦气和氩气，并通过调节进气管中的氦气和氩气的气体比例成分以改变气体间隙的热阻实现对温度的调节。

第二调节机构包括电加热丝，电加热丝设置在夹持块上沿周向开设的环形槽内，电加热丝通过保护管内设置的引出装置与能调节电加热丝负载电压的外部电加热控制系统连接。外部电加热控制系统能根据需要对负载电压进行调节。第二调节机构为调节安装于夹持块环形槽的电加热丝的电压，增加电加热丝的发热量，对样品的试验温度进行调节。

两热电偶为温度监测仪器，用于测监实际的试验温度，在整个温度调节过程中都有使用，可不作为温度调节机构。两热电偶设置在夹持块的孔内壁上开设的竖槽内，两热电偶通过保护管内设置的引出装置与外部信号系统相连。

固定部由第二咀嘴、定位法兰、过渡管组成，第二咀嘴设置在定位法兰的一侧上并与外部排气管相连，过渡管设置在定位法兰的另一侧上，过渡管还和保护管相连。过渡管起到联结定位法兰和保护管的作用，当过渡管与法兰连接时，一端开孔稍大，以便穿出热电偶和电加热丝导线。

测量部还包括上盖板、下盖板，上盖板设置在辐照罐的顶部用于封装辐照罐的顶部，下盖板设置在辐照罐的底部用于封装辐照罐的底部。

测量部还包括下垫块，下垫块设置在夹持块和下盖板之间，用于支撑夹持块使得夹持块和下盖板保持适当的垂直距离。

辐照罐内部靠近上盖板的下方设置有阶梯孔，呈两段分布，在大径和小径连接处形成一个安装台阶，安装台阶处安装有用于夹持数据采集器的支撑夹块，支撑夹块上压设有用于支撑支撑夹块的支撑环，上盖板能压紧支撑环焊接在辐照罐上，数据采集器的上端向上贯穿支撑夹块并延伸入支撑环内设置。

辐照罐外壁上设置有用以定位测量部的定位环。

在辅助部的外壁上沿长度方向还设置有多个吊耳。

本发明中当辐照安装到反应堆后，在反应堆的伽马射线和中子场的作用下，辐照样品和和夹持块将会自己发热，相当于一个内热源，其产生的热量会依次通过夹持块、调节气体、辐照罐，最终被反应堆的冷却水带走。本技术方案中，气体对温度的调节占主导地位，可明显且迅速地实现温度调节，调节的温度范围也比较大(200℃左右)。在电加热丝调节方式中，由于其电加热丝的功率与辐照样品和夹持自身的发热功率相比(在反应堆的伽马射线和中子场的作用下形成的发热)，要小很多，所以电加热的方式，反而调节的速度要慢些，且能调节的温度范置也较小(20℃左右)，因此电加热调节起辅助和精细调节的作用。同时，整个装置的试验温度与大堆的功率大小也有关系(影响辐照样品和和夹持块的释热率大小)。

本发明中在堆内进行气体调节时，一般只用惰性气体。在惰性气体中，氦气的导热率最大，而氩气的导热率最小，采用两者能使热阻的调节范围最大，当然也可用氖气，但效果就不如氩气了。具体实施时，通过质量流量器控制一定的流速向辐照装置内导入相应的气体，流速一般较慢，如100ml/min，当需要升温时，导入氩气，提高氩气的成分，观察温度的变化，在达到所需温度之前，提前中断气体的导入，待温度平稳之后，再进行适当的补气。反之，当需要降温时，采用相同的方法充入氦气。气体调节的结果会很快响应到温度上，且气体调节的量可通气体调节系统的质量流量器进行控制，以进行微调，即使在调节的过程中出现偏差，也能修正过来。如当充入的氩气多了点，使试验温度超过要求的温度时，可小流量充入氦气，对温度进行微调，将温度降到所需要的温度范围内。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明可通过气体调节和电加热调节的方式对试验温度进行调节，可在hfetr堆相同功率水平下，不同温度情况下，测量辐照样品的轴向伸缩量；也可在相同温度情况下，hfetr堆不同功率水平下，测量辐照样品的轴向伸缩量。两种试验方式可分别观测试验温度和hfetr堆功率对辐照样品轴向伸缩量的影响。

2、本发明充分运用了数据采集系统的功能，在试验过程中可实时查看试验温度和样品的轴向伸缩量，当发现试验温度有偏离时，可及时对试验温度进行调节，使试验温度满足要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是形变测量辐照装置整体剖面图。

图2是形变测量辐照装置上端安装示意图。

图3是形变测量辐照装置下端安装示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一咀嘴、2-定位法兰、3-过渡管、4-吊耳块、5-保护管、6-上盖板、7-支撑环、8-支撑夹块、9-紧定螺钉、10-位移传感器、11-支撑夹块、12-样品、13-定位环、14-进气管、15-辐照罐、16-下垫块、17-下盖板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、2、3所示，在实施时，辐照罐15与下盖板17、上盖板6、进气管14、保护管5采用手工氩弧焊满焊在一起，形成一个相对独立的辐照空间，在辐照空间内，下端安装下垫块16，夹持块11中孔中安装样品12，热电偶安装于夹持块11与样品12的接触面上开的竖槽内，电加热丝缠绕在夹持块11外表面环形槽内，安装好的夹持块11、样品12、热电偶和电加热丝再安装在下垫块16上，位移传感器10安装在支撑夹块8上，并用紧定螺钉9进行紧固，支撑环7为一个薄壁圆管，安装于上盖板6与支撑夹块8之间，在安装时，上盖板6压紧支撑环7后，再焊接在辐照罐15上，以对位移传感器10进行安装定位。

进气管14下端穿过上盖板6插入辐照罐15内底部，并与上盖板6焊接在一起，上端与定位法兰2点焊在一起，其上端面焊接有第一咀嘴1，通过第一咀嘴1可与外部气体调控系统的气源连接，往辐照罐15内导入惰性气体(氦气和氩气)。保护管5下端与上盖板6焊接在一起，上端与定位法兰2焊接在一起，其内部穿有与电加热线连接的漆包线和热电偶线引线，定位法兰2上开了穿线孔，穿出漆包线和热电偶线后，采用密封胶进行密封。定位法兰2中心开有一通气孔，通气孔上端面焊接有第二咀嘴，第二咀嘴与外部排气管连接，由进气管14导入辐照罐15的气体经由保护管5、定位法兰2的通气孔和第二咀嘴导出至外部排气管。

在实际试验过程中，可通过向装置内导入不同比例的氦气和氩气调节整体试验温度，也可通过向电加热丝加载不同电压调节试验温度。在试验过程中，样品12在辐照环境下和一定温度下产生的轴向伸缩量将被位移传感器10检测，并通过信号线传送至数据采集系统。试验过程中的试验温度和位移传感器10的检测数据将会在电脑屏幕上实时显示。

在实际试验过程中，可将hfetr堆功率稳定在一定水平上，然后通过气体调节方式或电加热调节方式，改变试验温度，观测试验温度对样品12轴向伸缩量的影响。也可通过温度调节手段，将试验温度稳定在一定水平上，改变hfetr堆的功率水平，观测hfetr堆功率变化对样品12轴向伸缩量的影响。

实施例2

在实例1的基础上，可更换位移传感器10，选用可检测直径变化的位移传感器，实现在hfetr堆不同功率水平和不同温度情况下，对辐照样品径向尺寸变化的检测。或同时安装可检测轴向位移变化和径向位移变化的位移传感器，实现在hfetr堆不同功率水平和不同温度情况下，对辐照样品的轴向和径向尺寸变化的检测。

在实例1的基础上，可更换不同的样品12的种类(如圆管、拉伸试样、冲击试样等)，针对不同的辐照样品，测量其在hfetr堆不同功率水平和不同温度情况下的轴向尺寸变化量。

实施例3

在实例1的基础上，在空间允许的情况下，可在夹持块11内周向开多个孔，安装多个样品12，并在辐照罐15内安装多个位移传感器10，可实现在hfert堆不同功率水平和温度情况下，同时对多个样品12进行轴向尺寸变化检测。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。