一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置及方法

【技术实现步骤摘要】
一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置及方法


[0001]本专利技术属于材料测试和核工业领域，尤其涉及一种用于测试作为液态金属高功率散裂靶靶材或反应堆的一回路冷却剂的铅铋合金的高温挥发性质的铅铋合金的收集装置和方法
。

技术介绍

[0002]近年来，铅铋合金因其低熔点
(124℃)、
高沸点
(1670℃)、
高密度
(10.5g/cm3)、
高导热率和良好的化学稳定性等优点，在核工业领域得到广泛关注，例如，铅铋合金可作为液态金属高功率散裂靶靶材和反应堆的一回路冷却剂的备选材料
。
不过，散裂靶或反应堆等装置都是在较高的温度下运行，势必会有少量的液态铅铋在高温下蒸发形成铅铋蒸气，由于该装置在正常运行情况下存在一定的泄漏率，因此会有极少量的铅铋蒸气泄漏进入空气形成气溶胶，最终通过吸入
、
食入等途径进入人体引起铅中毒或铋中毒，对装置工作人员及周边公众产生潜在的健康损害
。
另外，作为散裂靶靶材或是反应堆一回路冷却剂的铅铋合金在运行过程中部分铅铋合金因受到高能量
、
高强度的中子辐照而活化，活化的铅铋合金不仅会因自身或子体衰变产生辐射还可能在衰变过程中生成某些极毒的放射性子体，最主要的例子如
209
Bi
通过
309
Bi(n
，
γ
)
310
Bi(
β
)
310
>Po
反应链生成极毒的
310
Po
，若活化的铅铋蒸发并泄漏进入空气也会通过吸入或食入等途径对装置附近人员产生内照射辐射损伤
。
综上可知，对铅铋合金在高温时挥发性质的研究尤为重要
。
[0003]目前，针对铅铋合金的研究大多是针对其提纯
、
控氧等的研究，对其蒸发特性的研究设备或成果几乎没有
。
因此，有必要提供一种用于测试作为液态金属高功率散裂靶靶材或反应堆的一回路冷却剂的铅铋合金的高温挥发性质的铅铋合金收集装置和方法
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，针对作为液态金属高功率散裂靶靶材或反应堆的一回路冷却剂的铅铋合金的特点，本专利技术提供一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置和方法，通过对铅铋合金进行高温挥发和收集，测试实际封闭工况下铅铋合金的高温蒸发特性以及不同温度
、
不同泄露率时铅铋蒸气的泄漏量
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，包括：
[0007]蒸发罐，包括蒸发罐罐体和可升降顶盖；
[0008]温控系统，包括用于加热所述蒸发罐罐体的加热装置
、
用于测量所述蒸发罐内熔融铅铋合金温度的可升降测温装置和用于对所述蒸发罐内的液态铅铋合金进行搅拌的可升降搅拌装置，所述可升降测温装置和所述可升降搅拌装置安装在所述可升降顶盖上；
[0009]惰性气体系统，包括抽真空装置和惰性气体进气装置，所述抽真空装置与所述蒸
发罐连接，所述惰性气体进气装置的惰性气体出口设置于所述蒸发罐内液态铅铋合金表面的上方；
[0010]冷却系统，包括所述可升降顶盖的水冷循环回路
、
所述可升降搅拌装置的水冷循环回路
、
所述可升降测温装置的水冷循环回路
、
所述蒸发罐和所述抽真空装置之间的真空管道的水冷循环回路以及循环水冷机；
[0011]铅铋冷凝收集系统，包括收集管道
A
和收集管道
B
，所述收集管道
A
和所述收集管道
B
可拆卸地安装在所述可升降顶盖上，所述收集管道
A
的出口端封闭，所述收集管道
B
的出口端连接有抽气装置；
[0012]自动化控制与数据处理系统，被配置为自动控制所述可升降顶盖的升降位置，所述可升降搅拌装置的升降位置
、
搅拌速度
、
所述加热装置的加热温度
、
加热时长和加热模式
、
所述可升降测温装置的升降位置
、
所述抽真空装置的启闭
、
所述惰性气体的进出
、
所述冷却系统的启闭
、
所述抽气装置的启闭和抽出惰性气体的流速，并收集和处理传输的数据
。
[0013]上述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置中，优选地，所述蒸发罐罐体为圆柱状；
[0014]所述蒸发罐罐体的材质为
316L
不锈钢；
[0015]所述可升降顶盖包括顶盖盖体和顶盖电动升降装置；
[0016]所述顶盖盖体和所述蒸发罐罐体之间设有金属密封圈；
[0017]所述可升降顶盖的底部设有多层隔热板；
[0018]所述加热装置为马弗炉；
[0019]所述加热装置为桶状，包裹所述蒸发罐罐体的底部和侧壁的下部；
[0020]所述加热装置的外侧设有隔热层，使与空气接触的装置表面的温度在
40℃
以下
。
[0021]上述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置中，优选地，所述可升降顶盖的升降行程范围为0～
200mm
；
[0022]所述可升降测温装置和所述可升降搅拌装置的升降行程范围为0～
50mm
；
[0023]所述可升降测温装置包括可升降铅铋主控热电偶和铅铋主控热电偶升降控制组件，所述可升降铅铋主控热电偶被配置为通过控制所述加热装置的启闭维持所述蒸发罐内的温度在目标温度
±
2℃
范围内，所述铅铋主控热电偶升降控制组件包括测温设备升降装置电机
、
测温设备升降装置上限位和测温设备升降装置下限位；
[0024]所述可升降搅拌装置的升降行程范围为0～
50mm
；
[0025]所述可升降搅拌装置包括搅拌器
、
搅拌器升降控制组件和搅拌器旋转控制组件，所述搅拌器上设有搅拌器刀片，所述搅拌器升降控制组件包括搅拌装置电机
、
搅拌器升降上限位和搅拌器升降下限位；
[0026]所述顶盖电动升降装置
、
所述铅铋主控热电偶升降控制组件和所述搅拌器升降控制组件相互独立
。
[0027]上述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置中，优选地，所述抽真空装置包括真空泵
、
真空抽气管道
、
粗抽角阀和真空测量元件，所述真空泵依次与所述真空抽气管道
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于，包括：蒸发罐，包括蒸发罐罐体和可升降顶盖；温控系统，包括用于加热所述蒸发罐罐体的加热装置
、
用于测量所述蒸发罐内熔融铅铋合金温度的可升降测温装置和用于对所述蒸发罐内的液态铅铋合金进行搅拌的可升降搅拌装置，所述可升降测温装置和所述可升降搅拌装置安装在所述可升降顶盖上；惰性气体系统，包括抽真空装置和惰性气体进气装置，所述抽真空装置与所述蒸发罐连接，所述惰性气体进气装置的惰性气体出口设置于所述蒸发罐内液态铅铋合金表面的上方；冷却系统，包括所述可升降顶盖的水冷循环回路
、
所述可升降搅拌装置的水冷循环回路
、
所述可升降测温装置的水冷循环回路
、
所述蒸发罐和所述抽真空装置之间的真空管道的水冷循环回路以及循环水冷机；铅铋冷凝收集系统，包括收集管道
A
和收集管道
B
，所述收集管道
A
和所述收集管道
B
可拆卸地安装在所述可升降顶盖上，所述收集管道
A
的出口端封闭，所述收集管道
B
的出口端连接有抽气装置；自动化控制与数据处理系统，被配置为自动控制所述可升降顶盖的升降位置，所述可升降搅拌装置的升降位置
、
搅拌速度
、
所述加热装置的加热温度
、
加热时长和加热模式
、
所述可升降测温装置的升降位置
、
所述抽真空装置的启闭
、
所述惰性气体的进出
、
所述冷却系统的启闭
、
所述抽气装置的启闭和抽出惰性气体的流速，并收集和处理传输的数据
。2.
根据权利要求1所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于：所述蒸发罐罐体为圆柱状；所述蒸发罐罐体的材质为
316L
不锈钢；所述可升降顶盖包括顶盖盖体和顶盖电动升降装置；所述顶盖盖体和所述蒸发罐罐体之间设有金属密封圈；所述可升降顶盖的底部设有多层隔热板；所述加热装置为马弗炉；所述加热装置为桶状，包裹所述蒸发罐罐体的底部和侧壁的下部；所述加热装置的外侧设有隔热层，使与空气接触的装置表面的温度在
40℃
以下
。3.
根据权利要求1或2所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于：所述可升降顶盖的升降行程范围为0～
200mm
；所述可升降测温装置的升降行程范围为0～
50mm
；所述可升降测温装置包括可升降铅铋主控热电偶和铅铋主控热电偶升降控制组件，所述可升降铅铋主控热电偶被配置为通过控制所述加热装置的启闭维持所述蒸发罐内的温度在目标温度
±
2℃
范围内，所述铅铋主控热电偶升降控制组件包括测温设备升降装置电机
、
测温设备升降装置上限位和测温设备升降装置下限位；所述可升降搅拌装置的升降行程范围为0～
50mm
；所述可升降搅拌装置包括搅拌器
、
搅拌器升降控制组件和搅拌器旋转控制组件，所述搅拌器上设有搅拌器刀片，所述搅拌器升降控制组件包括搅拌装置电机
、
搅拌器升降上限位和搅拌器升降下限位；
所述顶盖电动升降装置
、
所述铅铋主控热电偶升降控制组件和所述搅拌器升降控制组件相互独立
。4.
根据权利要求1‑3中任一项所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于：所述抽真空装置包括真空泵
、
真空抽气管道
、
粗抽角阀和真空测量元件，所述真空泵依次与所述真空抽气管道
、
所述粗抽角阀和所述真空测量元件连接；所述真空泵为直联旋片式真空泵；所述惰性气体进气装置包括惰性气体进气管路和喷嘴，所述惰性气体进气管路穿过所述蒸发罐罐体的侧壁进入所述蒸发罐内，且所述喷嘴设置在所述惰性气体进气管路的出气口上
。5.
根据权利要求1‑4中任一项所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于：所述可升降搅拌装置上设有搅拌装置水冷进口和搅拌装置水冷出口，通过所述可升降搅拌装置的内部冷却液管路形成所述可升降搅拌装置的水冷循环回路；所述可升降测温装置上设有测温装置水冷进口和测温装置水冷出口，通过所述可升降测温装置的内部冷却液管路形成所述可升降测温装置的水冷循环回路；所述可升降蒸发罐顶盖上设有顶盖水冷进口和顶盖水冷出口，通过所述可升降顶盖的内部冷却液管路形成所述可升降蒸发罐顶盖的水冷循环回路；所述蒸发罐和所述抽真空装置之间的真空管道上设有水冷进口和水冷出口，通过所述的真空管道外侧的冷却液管路形成所述真空管道的水冷循环回路；全部的水冷循环回路通过共同的高温冷却水出口与所述循环水冷机的进水口连接，全部的水冷循环回路通过共同的低温冷却水进口与所述循环水冷机的出水口连接；所述冷却系统的冷却水为汽车专用防冻液；所述冷却系统中的冷却水循环管道采用透明塑料水管；所述循环水冷机设有第一报警装置，所述第一报警装置被配置为在冷却水循环回路堵塞
、
缺水和
/
或循环水泵故障时发出声光报警；所述循环水冷机设有第二报警装置，所述第二报警装置被配置为在室温超高
、
冷却水温超高
、
冷却水温超低
、
冷却水流量异常
、
室温传感器故障和
/
或冷却水温传感器故障时产生报警提示及发出报警声响；所述用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金收集装置设有第三报警装置，所述第三报警装置被配置为监测所述蒸发罐内的真空度
、
所述可升降搅拌装置的旋转和
/
或所述蒸发罐内惰性气体的压力存在异常时报警
。6.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉建玲，骆鹏，常海龙，徐俊奎，温志文，黄郁旋，宋时雨，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：