【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于裂变产物释放机理研究，具体涉及一种测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置及方法。
技术介绍
1、反应堆在运行时，堆芯的燃料组件在裂变过程中会产生大量放射性裂变产物，然而在微动磨蚀、异物磨蚀、化学腐蚀、辐照蠕变及肿胀及燃料包壳内裂变产物的高压作用下可能导致燃料包壳发生破损，从而向冷却剂释放裂变产物。从破口释放的裂变产物除了常见的裂变气体外，还有固态裂变产物和液态裂变产物等非气态裂变产物。在程序计算中，一般把液态和固态裂变产物统一用气溶胶颗粒进行模拟，当前在开展铅铋堆机理源项分析过程中，破口释放的气溶胶份额采取假定值，给源项计算结果引入了不确定度。因此，亟需针对铅铋快堆裂变产物从燃料元件向液态铅铋合金冷却剂释放这复杂物理过程进行相关实验研究获取裂变产物迁移过程的关键参数，如气体释放速率、释放结束后气溶胶的总释放份额等，为模型开发和源项分析计算提供支撑。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供了一种测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置及方法，可用于研究不同裂变气体压力和不同破口尺寸及形貌下气溶胶及裂变气体的释放特性。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，该装置包括高压气罐1、气溶胶混合装置2、模拟燃料棒3、破口封闭装置4、收集装置5、粒径谱仪6及管道阀门和流量压力测量仪表；
4、其中，所述高压气罐1用于提供整个装置所需气体，设置于
5、所述气溶胶混合装置2用于均匀混合气体和所用气溶胶粉末，向模拟燃料棒3提供指定浓度的气溶胶，设置于靠近模拟燃料棒3的前端气体入口处，通过通气管道与模拟燃料棒3连接，保证气溶胶在混合后快速进入，减少管道残留；
6、所述模拟燃料棒3用于容纳高压气溶胶并在燃料棒包壳上构造不同形状和尺寸的破口，且参照真实铅铋堆燃料棒尺寸和构造设计，前端气体先后通过高压气罐1与气溶胶混合装置2进入模拟燃料棒3；
7、所述破口封闭装置4具有封闭模拟燃料棒破口的功能，能构造封闭的模拟燃料棒内部空间以承载高压气体，设置于模拟燃料棒3上作为气体出口，同时后端连接收集装置5；
8、所述收集装置5作为经模拟燃料棒释放后气溶胶的容纳场所，便于后续取样测量，位置设置于气体流动路径最后端，并从内引出气体测量管路连接粒径谱仪6；
9、所述粒径谱仪6用于测量样品气体的气溶胶颗粒浓度，从收集装置5中采集被测气体。
10、所述高压气罐1由多个气罐组成以向气溶胶混合装置2提供足量的气体，高压气罐通过气罐调压阀7与气溶胶混合装置2的气溶胶注入段相连，以此调整气溶胶注入段的上端压力。
11、所述高压气罐1中的气体为氦气。
12、所述气溶胶混合装置2主体由混合装置外壳2-2和位于外壳2-2内的旋转螺杆2-1构成，所述混合装置外壳2-2上设置有混合装置气体进口2-3和混合装置气溶胶出口2-4，由电机2-5提供动力带动旋转螺杆旋转轴2-6旋转从使旋转螺杆2-1旋转，所述混合装置外壳2-2内底部布置有气溶胶粉末2-7，通过所述旋转螺杆2-1旋转带动气溶胶粉末2-7向上运动从而和来流气体混合形成气溶胶。
13、所述气溶胶粉末2-7为二氧化钛粉末。
14、所述模拟燃料棒3由上端塞3-1、燃料棒包壳3-2和内部的芯块单元构成，所述上端塞3-1和燃料棒包壳3-2通过螺纹连接组成燃料棒整体，其中芯块单元由相连接的弹簧3-3和芯块3-4构成，所述模拟燃料棒3各部分尺寸均参照真实铅铋快堆燃料棒尺寸设计；在所述上端塞3-1处放置了燃料棒压力表3-8以测量模拟燃料棒内部气体压力，在所述燃料棒包壳3-2上设计有破口3-5、注气口3-6及取样口3-7，分别用于释放高压气体、向模拟燃料棒注入高压气体和对高压气体进行取样测量。
15、所述破口封闭装置4包括相对设置在模拟燃料棒3上的两个密封装置，每个密封装置包括压盖4-1和压杆4-2，两个压盖4-1对接，所述压盖4-1内部结构和燃料棒包壳形状一致且光滑以保证能贴合燃料棒包壳从而保证其密封性，密封破口时通过向两个密封装置的压杆4-2外加沿模拟燃料棒径向的力使两个密封装置封闭破口同时能保持燃料棒受力的均衡，打开破口时撤去径向力移动破口封闭装置4露出破口。
16、所述收集装置5的收集装置外壳5-1与燃料棒包壳3-2为一整体，作为从模拟燃料棒释放出的气溶胶容纳场所并方便取样测量，通过设置在收集装置外壳5-1上的取样管5-2吸取样品。
17、9.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述粒径谱仪6包括扫描电迁移率粒径谱仪6-1以及与扫描电迁移率粒径谱仪6-1直接连通的预测量通道6-2、包壳内测量通道6-4、收集装置测量通道6-6、残留气体清理通道6-9；预测量通道6-2上设有预测量通道阀门6-3，包壳内测量通道6-4上设有包壳内测量通道阀门6-5，收集装置测量通道6-6上设有收集装置测量通道阀门6-7，残留气体清理通道6-9上设有残留气体清理通道阀门6-8。
18、本专利技术所解决的技术问题和优点：
19、本专利技术所解决的技术问题：
20、1)本专利技术所述装置解决了铅铋堆燃料破损后裂变产物释放份额和速率的测量问题；
21、2)本专利技术所述装置解决了实验中难以还原真实铅铋堆燃料棒结构尺寸的问题。
22、本专利技术具有如下的优点和有益效果：
23、1)本专利技术的装置采用了实际铅铋反应堆燃料棒的构造和尺寸，最大程度上贴近实际反应堆，为实验数据的真实可靠奠定了基础。
24、2)本专利技术的气体和气溶胶粉末分别采用氦气和二氧化钛粉末，对环境与人体均无污染和危害，因此可直接向环境排放，大大简化了实验的废物收集环节。
25、3)本专利技术的装置由于其特殊的供气方式(高压气罐供气)，可以根据需求增减气罐数量以满足实验进行稳态实验的时间要求。
26、4)本专利技术装置结构简单，加工拆装方便，可靠性高。
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1.一种测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于：该装置包括高压气罐(1)、气溶胶混合装置(2)、模拟燃料棒(3)、破口封闭装置(4)、收集装置(5)、粒径谱仪(6)及管道阀门和流量压力测量仪表；
2.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述高压气罐(1)由多个气罐组成以向气溶胶混合装置(2)提供足量的气体，高压气罐通过气罐调压阀(7)与气溶胶混合装置(2)的气溶胶注入段相连，以此调整气溶胶注入段的上端压力。
3.根据权利要求2所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述高压气罐(1)中的气体为氦气。
4.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述气溶胶混合装置(2)主体由混合装置外壳(2-2)和位于外壳(2-2)内的旋转螺杆(2-1)构成，所述混合装置外壳(2-2)上设置有混合装置气体进口(2-3)和混合装置气溶胶出口(2-4)，由电机(2-5)提供动力带动旋转螺杆旋转轴(2-6)旋转从使旋转螺杆(2-1)旋转，所
5.根据权利要求4所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述气溶胶粉末(2-7)为二氧化钛粉末。
6.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述模拟燃料棒(3)由上端塞(3-1)、燃料棒包壳(3-2)和内部的芯块单元构成，所述上端塞(3-1)和燃料棒包壳(3-2)通过螺纹连接组成燃料棒整体，其中芯块单元由相连接的弹簧(3-3)和芯块(3-4)构成，所述模拟燃料棒(3)各部分尺寸均参照真实铅铋快堆燃料棒尺寸设计；在所述上端塞(3-1)处放置了燃料棒压力表(3-8)以测量模拟燃料棒内部气体压力，在所述燃料棒包壳(3-2)上设计有破口(3-5)、注气口(3-6)及取样口(3-7)，分别用于释放高压气体、向模拟燃料棒注入高压气体和对高压气体进行取样测量。
7.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述破口封闭装置(4)包括相对设置在模拟燃料棒(3)上的两个密封装置，每个密封装置包括压盖(4-1)和压杆(4-2)，两个压盖(4-1)对接，所述压盖(4-1)内部结构和燃料棒包壳形状一致且光滑以保证能贴合燃料棒包壳从而保证其密封性，密封破口时通过向两个密封装置的压杆(4-2)外加沿模拟燃料棒径向的力使两个密封装置封闭破口同时能保持燃料棒受力的均衡，打开破口时撤去径向力移动破口封闭装置(4)露出破口。
8.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述收集装置(5)的收集装置外壳(5-1)与燃料棒包壳(3-2)为一整体，作为从模拟燃料棒释放出的气溶胶容纳场所并方便取样测量，通过设置在收集装置外壳(5-1)上的取样管(5-2)吸取样品。
9.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述粒径谱仪(6)包括扫描电迁移率粒径谱仪(6-1)以及与扫描电迁移率粒径谱仪(6-1)直接连通的预测量通道(6-2)、包壳内测量通道(6-4)、收集装置测量通道(6-6)、残留气体清理通道(6-9)；预测量通道(6-2)上设有预测量通道阀门(6-3)，包壳内测量通道(6-4)上设有包壳内测量通道阀门(6-5)，收集装置测量通道(6-6)上设有收集装置测量通道阀门(6-7)，残留气体清理通道(6-9)上设有残留气体清理通道阀门(6-8)。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于：该装置包括高压气罐(1)、气溶胶混合装置(2)、模拟燃料棒(3)、破口封闭装置(4)、收集装置(5)、粒径谱仪(6)及管道阀门和流量压力测量仪表；
2.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述高压气罐(1)由多个气罐组成以向气溶胶混合装置(2)提供足量的气体，高压气罐通过气罐调压阀(7)与气溶胶混合装置(2)的气溶胶注入段相连，以此调整气溶胶注入段的上端压力。
3.根据权利要求2所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述高压气罐(1)中的气体为氦气。
4.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述气溶胶混合装置(2)主体由混合装置外壳(2-2)和位于外壳(2-2)内的旋转螺杆(2-1)构成，所述混合装置外壳(2-2)上设置有混合装置气体进口(2-3)和混合装置气溶胶出口(2-4)，由电机(2-5)提供动力带动旋转螺杆旋转轴(2-6)旋转从使旋转螺杆(2-1)旋转，所述混合装置外壳(2-2)内底部布置有气溶胶粉末(2-7)，通过所述旋转螺杆(2-1)旋转带动气溶胶粉末(2-7)向上运动从而和来流气体混合形成气溶胶。
5.根据权利要求4所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述气溶胶粉末(2-7)为二氧化钛粉末。
6.根据权利要求1所述的测量铅铋堆燃料破口处气溶胶释放份额及速率的装置，其特征在于，所述模拟燃料棒(3)由上端塞(3-1)、燃料棒包壳(3-2)和内部的芯块单元构成，所述上端塞(3-1)和燃料棒包壳(3-2)通过螺纹连接组成燃料棒整体，其中芯块单元由相连接的弹簧(3-3)和芯块(3-4)构成，所述模拟燃料棒(3)各部分尺寸均参照真实铅铋快堆燃料棒尺寸设计；在所述上端塞(3-1)处放置了...
【专利技术属性】
技术研发人员：章静，何济君，杨国瑞，肖琮予，巫英伟，贺亚男，王明军，苏光辉，田文喜，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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