获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法与流程

1.本发明的实施例涉及反应堆安全领域，具体涉及获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法。


背景技术：

2.在钠冷快堆严重事故状态下，会发生钠泄漏并引发钠火燃烧事故。发生钠火燃烧事故时，液态钠在空气中燃烧，液态钠中溶解的裂变产物会随着钠的燃烧释放到空气中，最终沉积在反应堆安全壳的内表面或环境中，这个过程发生了裂变产物的迁移。
3.获得准确、真实的裂变产物的迁移数据是提高严重事故分析技术水平的必要条件。因此，需要设计一种获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法和反应堆钠燃烧事故模拟试验设备。


技术实现要素：

4.为克服上述问题的至少一个方面，提出了本技术。
5.本发明的实施例提供了一种获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法，其包括如下步骤：获得液态钠；混合液态钠以及裂变产物；燃烧溶解了裂变产物的液态钠；收集液态钠燃烧产生的气溶胶沉积物；分析气溶胶沉积物获得裂变产物的迁移数据，其中，在燃烧步骤中，液态钠处于空气氛围中。
6.本发明的实施例还提供了一种获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法，其包括如下步骤：混合固态钠以及裂变产物；加热固态钠以及裂变产物，使得裂变产物溶于固态钠融化后产生的液态钠中；燃烧溶解了裂变产物的液态钠；收集液态钠燃烧产生的气溶胶沉积物；分析气溶胶沉积物获得裂变产物的迁移数据，其中，在燃烧步骤中，液态钠处于空气氛围中。
7.本发明的实施例还提供了一种反应堆钠燃烧事故模拟试验设备，其用于模拟反应堆发生事故时溶解在液态钠中的裂变产物的迁移过程，其包括：混合容器，设置成为固态钠和裂变产物进行混合提供空间；第一加热装置，第一加热装置设置成对混合容器进行加热，使得固态钠变为液态钠并且裂变产物溶于液态钠，燃烧容器，燃烧容器设置成接收来自混合容器的溶解了裂变产物的液态钠；第二加热装置，第二加热装置设置成对燃烧容器进行加热；其中，燃烧容器设置成保持与外界环境空气相通并且液态钠产生的气溶胶与外界环境不相通。
附图说明
8.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
9.图1为本发明实施例的获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的流程示意图；
10.图2为本发明实施例的获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的流程示意；
11.图3为本发明实施例的用于获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的设备示意图；
12.图4为本发明实施例的用于获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的设备示意图；
13.图5为本发明实施例的反应堆钠燃烧事故模拟试验设备的示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.本发明的实施例提供了一种获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法，其包括如下步骤：获得液态钠；混合液态钠以及裂变产物；燃烧溶解了裂变产物的液态钠；收集液态钠燃烧产生的气溶胶沉积物；分析气溶胶沉积物获得裂变产物的迁移数据，其中，在燃烧步骤中，液态钠处于空气氛围中。
16.本发明的实施例还提供了一种获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法，其包括如下步骤：混合固态钠以及裂变产物；加热固态钠以及裂变产物，使得裂变产物溶于固态钠融化后产生的液态钠中；燃烧溶解了裂变产物的液态钠；收集液态钠燃烧产生的气溶胶沉积物；分析气溶胶沉积物获得裂变产物的迁移数据，其中，在燃烧步骤中，液态钠处于空气氛围中。
17.下面结合图1、图2和图3对本发明的实施例提供的获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法的每个步骤进行详细的说明。
18.步骤s101，获得液态钠。
19.液态钠可以通过加热固态钠获得，加热固态钠时需要在隔绝空气或其他与钠不发生反应的气体的条件下进行加热，以防止钠在其所处的气体氛围中发生反应。
20.步骤s102，混合液态钠以及裂变产物。
21.由于钠为液态，所以能够使裂变产物溶解在液态钠中，以实现裂变产物与钠更均匀地混合。在某些实施例中，可以将粉末状的裂变产物与液态钠混合，以加快溶解速度并使混合更加均匀。
22.在某些实施例中，为了防止液态钠加热时被空气氧化或发生燃烧，可以在隔绝空气并能维持一定温度的环境中混合液态钠以及裂变产物。在某些实施例中，可以通过混合容器50来提供隔绝空气并能维持一定温度的环境(在本发明的实施例中可以称为混合环境)，即，可以在混合容器50中混合液态钠以及裂变产物。混合容器50为密封结构，能够隔绝混合容器50外部的空气，混合容器50设置有第一加热装置52，第一加热装置52能够对混合容器50内部的钠进行加热，以使混合容器50内部的固态钠融化并维持液态，和/或防止混合容器50内部的液态钠重新凝固为固态钠。在某些实施例中，通过第一加热装置52，使混合容器50内部维持在第一预设温度，以使混合容器50中溶解了裂变产物的液态钠维持在第一预设温度，以利于后续过程中液态钠的点燃。
23.在某些实施例中，加热混合后的液态钠以及裂变产物，并保持预定的时间。预定的时间可以是裂变产物充分溶解于液态钠所需的时间，通过保持预定的时间，使液态钠以及裂变产物充分混合。
24.在某些替代实施例中，如图2所示，获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法可以包括：
25.步骤s201，混合固态钠以及裂变产物。
26.可以在混合容器50中混合固态钠以及裂变产物，即，先将固态钠和裂变产物加入至混合容器50中进行混合。
27.步骤s202，加热固态钠以及裂变产物，使得裂变产物溶于固态钠融化后产生的液态钠中。
28.可以利用混合容器50的第一加热装置52加热预先放入混合容器50中的固态钠以及裂变产物，使得裂变产物溶于固态钠融化后产生的液态钠中。
29.在某些实施例中，保持加热预定的时间。预定的时间可以是裂变产物完全溶解于液态钠所需的时间，通过保持预定的时间，使液态钠以及裂变产物充分混合。
30.本发明的实施例中所涉及的裂变产物的迁移数据，是钠在空气燃烧的过程中与钠混合的裂变产物的迁移数据。本发明的实施例中，通过将裂变产物溶解于液态钠后再燃烧，可以在燃烧前实现钠与裂变产物的充分混合，这样可以更加接近反应堆钠燃烧事故工况下钠中裂变产物迁移的真实情况。
31.继续参见图1、图2和图3。
32.步骤s103或步骤s203，燃烧溶解了裂变产物的液态钠。
33.在某些实施例中，在液态钠燃烧之前和液态钠燃烧时，液态钠处于不同的容器。可以通过将溶解了裂变产物的液态钠转移至具有空气氛围且维持第二预设温度的环境中，来使溶解了裂变产物的液态钠燃烧，而不需要额外的点火(引燃)装置(手段)。在某些实施例中，可以使用燃烧容器10来提供具有空气氛围且维持第二预设温度的环境(在本发明的实施例中可以称为燃烧环境)，即，将溶解了裂变产物的液态钠转移至燃烧容器10中，以使溶解了裂变产物的液态钠燃烧。第二预设温度可以是使钠在空气中能够燃烧的温度，例如200℃，当然，也可以是其他使钠在空气中能够燃烧的温度，本发明对此不做限定。燃烧容器10通过第二加热装置30来维持第二预设温度，第二加热装置30被设置成对燃烧容器10加热，以使燃烧容器10内部的腔体11维持第二预设温度。
34.可以通过注钠管道51将混合容器50中的溶解了裂变产物的液态钠转移至具有空气氛围且达到第二预设温度的燃烧容器10中。
35.在某些实施例中，将混合容器50中的溶解了裂变产物的液态钠转移至具有空气氛围且达到第二预设温度的燃烧容器10中的燃烧部20中，使溶解了裂变产物的液态钠燃烧。燃烧部20可以是能够容纳液态钠的容器，液态钠在燃烧容器10中燃烧的具体位置为燃烧部20。在某些实施例中，燃烧部20可以为燃烧盘，液态钠在燃烧盘中可以具有较大的与空气接触的面积，有利于液态钠的燃烧，发生池式燃烧。当然，也可以是其他适合液态钠燃烧的容器，本发明对此不做限定。注钠管道51将混合容器50和燃烧容器10中的燃烧部20相连通，液态钠可以从混合容器50经由注钠管道51流入燃烧容器10中的燃烧部20。
36.通过合理设置第一预设温度和第二预设温度，可以使液态钠流入燃烧部20即可发生燃烧，而无需设置额外的点火装置。在某些实施例中，第一预设温度大于第二预设温度，这样，流入燃烧部20中的液态钠具有高于燃烧部20的温度，因此，液态钠流入燃烧部20即可发生燃烧，而无需再经过额外的加热过程，这种钠的点燃方式可以防止钠在空气中受到加
热而发生缓慢氧化，在钠燃烧前生成钠的氧化物，影响迁移数据的测试结果。第二预设温度用于维持钠在空气中的持续燃烧。在某些实施例中，第一预设温度可以为400℃，第二预设温度可以为200℃-300℃。
37.步骤s104或步骤s204，收集液态钠燃烧产生的气溶胶沉积物。
38.含有裂变产物的液态钠在空气中燃烧会产生带有裂变产物的气溶胶，气溶胶释放到空气中。燃烧结束后，释放到空气中的气溶胶最终沉积下来。可以通过收集液态钠燃烧产生的气溶胶沉积物来获得裂变产物的迁移数据。在某些实施例中，含有裂变产物的液态钠在燃烧容器10中燃烧，气溶胶沉积在燃烧容器10中，可以通过收集燃烧容器10中的气溶胶沉积物获得裂变产物的迁移数据。参见图4，在某些实施例中，可以通过在钠燃烧开始前，在燃烧容器10中设置采样装置40来收集气溶胶沉积物。
39.收集气溶胶沉积物时，可以收集不同高度位置处的气溶胶沉积物。通过收集不同高度位置处的气溶胶沉积物，可以获得不同高度位置处的迁移数据，使迁移数据更能反应空间分布规律。可以通过在燃烧容器10中的不同高度处设置采样装置40来收集不同高度位置处的气溶胶沉积物。
40.收集气溶胶沉积物时，可以收集相同高度的不同位置处的气溶胶沉积物。收集相同高度的不同位置处的气溶胶沉积物，可以通过多个相同高度的不同位置处的气溶胶沉积物来获得测量的平均值，以避免偶然误差，使迁移数据更准确。可以通过在燃烧容器10中的同一高度处设置多个采样装置40来收集相同高度的不同位置处的气溶胶沉积物。
41.收集气溶胶沉积物时，可以收集所有高度位置处的气溶胶沉积物，即，收集溶解了裂变产物的液态钠燃烧产生的所有气溶胶沉积物。通过收集所有高度位置处的气溶胶沉积物，可以获得整体的裂变产物的迁移数据。可以通过在燃烧容器10的顶部设置清洗装置71，利用清洗装置71来清洗燃烧容器10的内壁以及腔体11中的其他结构上附着的气溶胶沉积物，来收集所有高度位置处的气溶胶沉积物。清洗后，带有气溶胶沉积物的液态可以从排液装置72排出到指定容器中，来收集所有高度位置处的气溶胶沉积物。
42.步骤s105或s205，分析气溶胶沉积物，获得裂变产物的迁移数据。
43.在某些实施例中，裂变产物可以为csi，当然，也可以为其他种类的裂变产物，本发明对此不做限定。当带有裂变产物的气溶胶沉积在采样装置40形成气溶胶沉积物后，将气溶胶沉积物收集到试剂瓶中。可以对气溶胶样品进行分析和处理，来获得裂变产物的迁移数据。在某些实施例中，在裂变产物溶解于液态钠之前，称量裂变产物的初始重量。在某些实施例中，可以通过电感耦合等离子体质谱仪对气溶胶沉积物中裂变产物的含量进行测量，以获得准确的裂变产物浓度。在某些实施例中，通过裂变产物的初始重量和气溶胶沉积物中裂变产物的含量，经过转化计算，来获得裂变产物的迁移数据。
44.在某些实施例中，在燃烧步骤(即燃烧溶解了裂变产物的液态钠的步骤)中，保持液态钠的燃烧环境与外界环境空气相通，并且保持气溶胶与外界环境不相通。通过保持液态钠的燃烧环境与外界环境空气相通，并且保持气溶胶与外界环境不相通，既可以使钠燃烧产生的气溶胶不扩散到燃烧环境外部，防止测量结果不准确且污染外界环境，也可以补偿钠燃烧过程中在燃烧环境内消耗的氧气，使钠能够充分持续地燃烧并维持压力与外界环境相等。可以通过在燃烧容器10的壁上设置过滤装置60，过滤装置60被设置成允许空气自由通过但不允许气溶胶通过，来实现保持液态钠的燃烧环境与外界环境空气相通，并且保
持气溶胶与外界环境不相通。本发明实施例中的保持液态钠的燃烧环境与外界环境空气相通指的是燃烧环境与外界环境连通并且燃烧环境与外界环境之间的气体可以自由交换，保持气溶胶与外界环境不相通指的是气溶胶不能从燃烧环境中扩散到外界环境中。
45.在某些实施例中，在液态钠燃料结束之后，清洗液态钠的燃烧环境，以便于下次模拟实验时继续使用。在某些实施例中，可以清洗装置71清洗液态钠的燃烧环境(在本实施例中为燃烧容器10)。
46.参见图4和图5，本发明的实施例还提供了一种反应堆钠燃烧事故模拟试验设备，其用于模拟反应堆发生事故时溶解在液态钠中的裂变产物的迁移过程，其包括：混合容器50，设置成为固态钠和裂变产物进行混合提供空间；第一加热装置，第一加热装置52设置成对混合容器50进行加热，使得固态钠变为液态钠并且裂变产物溶于液态钠，燃烧容器10，燃烧容器10设置成接收来自混合容器50的溶解了裂变产物的液态钠；第二加热装置30，第二加热装置30设置成对燃烧容器10进行加热；其中，燃烧容器10设置成保持与外界环境空气相通并且液态钠燃烧产生的气溶胶与外界环境不相通。本发明的实施例提供的获得钠燃烧过程裂变产物的迁移数据的方法可以利用本发明的实施例提供的反应堆钠燃烧事故模拟试验设备来实施。
47.在某些实施例中，混合容器50通过注钠管道51与燃烧容器10中的燃烧部20连通，以使从混合容器50中流出的液态钠从注钠管道51流出后即可直接进入燃烧部20。在某些实施例中，注钠管道51上可以设置有阀门，以控制液态钠的注入，阀门可以安装在注钠管道51位于燃烧容器10外部的部分，以便于打开或关闭阀门。注钠管道51一端连接混合容器50，注钠管道51的另一端连接燃烧部20，以使混合容器50通过注钠管道51与燃烧部20连通。注钠管道51贯穿燃烧容器10的壁，注钠管道51的一部分进入腔体11并延伸至燃烧部20，注钠管道51的另一部分位于燃烧容器10的外部，与混合容器50连接。混合容器50通过注钠管道51与燃烧部20连通，可以使混合容器50中的钠可以通过注钠管道51直接流入燃烧部20。刚从注钠管道51流出的钠进入燃烧部20后，在满足钠在空气中燃烧所需的温度时，可以立即燃烧。
48.在某些实施例中，燃烧容器10的腔体11内设置有燃烧部支架21，燃烧部20可以设置在燃烧部支架21上，通过燃烧部支架21可以控制燃烧部20在燃烧容器10的腔体11内的位置，使燃烧部20上方有足够的空间，来保证气溶胶能够充分扩散，以使测量结果更准确。
49.在某些实施例中，燃烧容器10可以包括用作燃烧容器10主体部分的筒体和设置于筒体顶部的封头，筒体和封头合围形成腔体11。筒体和封头可以可拆卸地固定连接，以便于腔体11内的其他结构(如采样装置40、燃烧部20等)的安装与取出。
50.在某些实施例中，第二加热装置30设置于燃烧容器10的外部，第二加热装置30被设置成能够对燃烧容器10加热的结构，以对燃烧容器10加热，本发明对第二加热装置30的加热方式和设置的具体位置不做限定，第二加热装置30设置在燃烧容器10的外部且能够对燃烧容器10加热即可。第二加热装置30设置在燃烧容器10的外部，可以便于安装，并能够防止第二加热装置30对腔体11内气溶胶的沉积和收集造成干扰，另外，热量通过在燃烧容器10的壁扩散后传热至腔体11中，可以使腔体11内部的热量分布相对均匀。燃烧容器10的壁可以为导热材料，如金属，第二加热装置30对燃烧容器10加热后，可以使燃烧容器10的腔体11内的温度上升，通过第二加热装置30向腔体11内输送热量。
51.在某些实施例中，第二加热装置30包覆设置于燃烧容器10的外壁，即，第二加热装置30设置在燃烧容器10的外壁上，并且覆盖了燃烧容器10的大部分外壁。通过这种设置方式，可以使第二加热装置30更高效、更均匀地对燃烧容器10的腔体11加热，使腔体11内部更快上升到指定温度并且使温度分布更均匀。
52.在某些实施例中，第二加热装置30为层状加热结构，层状加热结构包覆设置于燃烧容器10的外壁。通过这种设置方式，在使第二加热装置30更高效、更均匀地对燃烧容器10的腔体11加热的同时，可以通过层状加热结构对腔体11保温，更有利于维持腔体11内的温度在指定温度。在某些实施例中，层状加热结构可以为电加热层。
53.在某些实施例中，反应堆钠燃烧事故模拟试验设备包括采样装置40。采样装置40设置在腔体11内。在某些实施例中，采样装置40可以设置在燃烧容器10的内壁上。
54.在某些实施例中，反应堆钠燃烧事故模拟试验设备包括多个采样装置40。
55.在某些实施例中，多个采样装置40设置在燃烧容器10的不同高度处。可以通过在燃烧容器10中的不同高度处设置采样装置40来收集不同高度位置处的气溶胶沉积物，以获得不同高度位置处的迁移数据，使迁移数据更能反应空间分布规律。
56.在某些实施例中，多个采样装置40设置在燃烧容器10的同一高度的不同位置处。可以通过在燃烧容器10中的同一高度的不同位置处设置多个采样装置40来收集相同高度的不同位置处的气溶胶沉积物，通过多个相同高度的不同位置处的气溶胶沉积物来获得测量的平均值，以避免偶然误差，使迁移数据更准确。
57.在某些实施例中，在燃烧部支架21上环绕燃烧部20设置有多个采样装置40，以采集燃烧部20周围位置处的气溶胶沉积物。
58.在某些实施例中，可以通过设置过滤装置60来使燃烧容器10设置成保持与外界环境空气相通并且液态钠产生的气溶胶与外界环境不相通，外界环境是指燃烧环境(本实施例中未燃烧容器10)外部的环境，过滤装置60可以被设置成允许空气自由通过但不允许气溶胶通过。过滤装置60既可以使钠燃烧产生的气溶胶不扩散到燃烧环境外部，防止测量结果不准确且污染外界环境，也可以补偿钠燃烧过程中在燃烧环境内消耗的氧气，使钠能够充分持续地燃烧并维持压力与外界环境相等。过滤装置60可以设置在燃烧容器10的任意位置，在某些实施例中，过滤装置60可以设置在燃烧容器10的封头上。
59.在某些实施例中，反应堆钠燃烧事故模拟试验设备包括清洗装置71，清洗装置71设置成对燃烧容器10进行清洗。清洗装置71可以设置在燃烧容器10的顶部，具体地，清洗装置71可以设置在燃烧容器10的封头上。清洗装置71用于对燃烧容器10的清洁，清洗装置71还可以用于收集气溶胶沉积物。
60.在某些实施例中，反应堆钠燃烧事故模拟试验设备包括排液装置72，排液装置72用于将燃烧容器10内的液体排出。排液装置72可以设置在燃烧容器10的底部。排液装置72用于排出废液，排液装置72还可以用于收集气溶胶沉积物。
61.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。