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原文传递一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置及方法

专利名称：	一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置及方法
摘要：	本发明属于燃料组件破损检测技术领域，具体涉及一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置；该装置包括模拟燃料单棒、密封测量容器和循环检测回路；所述模拟燃料单棒为一个带有内芯的圆柱体空腔，圆柱体空腔内壁、下底面与内芯的外壁和下底面之间形成裂变气体模拟腔，圆柱体空腔与内芯的体积占比与被模拟真实燃料棒相同，裂变气体模拟腔内充入模拟放射性裂变气体的示踪气体；所述密封测量容器为压力和温度参数可控的密闭空腔容器，所述模拟燃料单棒设置在所述密封测量容器内，密封测量容器为模拟燃料单棒提供试验环境；所述循环检测回路与密封测量容器连接，实现密闭测量容器的抽真空、气体传输、气体检测及分析功能。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	核动力运行研究所
发明人：	龚雪琼;张高剑;郝庆军;明良平;杨斌;陶子航
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201711439790.3
公开号：	CN109975179A
代理机构：	核工业专利中心
代理人：	汝小龙
分类号：	G01N13/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N13
申请人地址：	430223 湖北省武汉市东湖新技术开发区民族大道1021号
主权项：	1.一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：该装置包括模拟燃料单棒、密封测量容器和循环检测回路；所述模拟燃料单棒为一个带有内芯的圆柱体空腔，圆柱体空腔内壁、下底面与内芯的外壁和下底面之间形成裂变气体模拟腔，圆柱体空腔与内芯的体积占比与被模拟真实燃料棒相同，裂变气体模拟腔内充入模拟放射性裂变气体的示踪气体；所述密封测量容器为压力和温度参数可控的密闭空腔容器，所述模拟燃料单棒设置在所述密封测量容器内，密封测量容器为模拟燃料单棒提供试验环境；所述循环检测回路与密封测量容器连接，实现密闭测量容器的抽真空、气体传输、气体检测及分析功能。 2.根据权利要求1所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：所述模拟燃料单棒包括充气接头，端盖，破口模拟件安装凸台，内芯，罐体、排气接头和破口模拟件；所述罐体为上部开口的圆筒形结构，内芯为圆柱体结构，芯块设置在罐体内，罐体内壁、下底面与内芯外壁、下底面之间形成裂变气体模拟腔，罐体与内芯的体积占比与被模拟真实燃料单棒相同，裂变气体模拟腔内充入模拟放射性裂变气体的示踪气体；所述罐体上部设置端盖，端盖与罐体形成密闭腔室；罐体底部设置有排气接头，排气接头与罐体和内芯形成的裂变气体模拟腔连通；端盖上部设置有充气接头，充气接头与罐体和内芯形成的裂变气体模拟腔连通；罐体侧壁上设置有破口模拟件安装凸台，破口模拟件安装凸台加工有通孔与裂变气体模拟腔连通，破口模拟件安装凸台设置破口模拟件，破口模拟件实现燃料棒破口的模拟。 3.根据权利要求2所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：所述充气接头和排气接头为气液两用接头，用来实现对对裂变气体模拟腔的充气、排气和气体置换过程。 4.根据权利要求2所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：所述破口模拟件为端部带微孔的不锈钢结构，破口模拟件设置在破口模拟件安装凸台通孔处，根据试验需要更换不同尺寸微孔的破口模拟件实现燃料棒不同破口的模拟。 5.根据权利要求2所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：所述模拟燃料单棒还包括密封胶圈，尼龙垫块和压紧螺帽；破口模拟件与破口模拟件安装凸台通孔内表面之间设置密封胶圈，破口模拟件端部微孔外设置尼龙垫块，压紧螺帽盖合在破口模拟件安装凸台上压紧破口模拟件。 6.根据权利要求2所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：所述密封测量容器包括压力传感器，温度传感器，出气接头，密封盖，密封容器和进气接头；所述密封容器为上部开口的圆筒形结构，密封盖设置在密封容器顶部，密封盖与密封容器形成密闭腔室，模拟燃料单棒放置在密封盖与密封容器形成的密闭腔室中；所述密封容器底部两侧设置进气接头，进气接头与密封盖和密封容器形成的密闭腔室连通；所述密封盖上部设置出气接头，出气接头与密封盖和密封容器形成的密闭腔室连通；所述密封盖上部设置压力传感器和温度传感器；压力传感器和温度传感器分别监测密封盖与密封容器形成的密闭腔室的压力和温度参数；所述出气接头和进气接头另一端与循环检测回路相连。 7.根据权利要求6所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：所述密封容器内装有水，密封容器内壁带有刻度线，刻度线用来显示不同水位对应的上部气体空间体积，水位根据试验所需上部气体空间体积调整，水位高于所述模拟燃料单棒。 8.根据权利要求6所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：试验时，所述密封测量容器置于水浴锅内，维持稳定的温度环境，水浴锅水位低于密封盖高度。 9.根据权利要求6所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：所述循环检测回路包括汽水分离装置，流量调节阀，真空泵，压力表和气体分析传感器；所述汽水分离装置，流量调节阀、真空泵和气体分析传感器依次通过管道串联，汽水分离装置另一端通过管道与密封测量容器出气接头连接，气体分析传感器另一端通过管道与汽水分离装置连接；压力表设置在真空泵和气体分析传感器之间的管道上。 10.根据权利要求9所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：所述循环检测回路还包括阀门V011、阀门V012、阀门V013、阀门V014、阀门V015和阀门V016；所述阀门V011设置在汽水分离装置301与密封测量容器出气接头之间的管道；阀门V015设置在真空泵与压力表之间的管道上；阀门V015与真空泵之间管道上引出排气管道，阀门V014设置在阀门V015与真空泵之间管道上引出的排气管道上；气体分析传感器与汽水分离装置的管道上依次设置有阀门V016和阀门V013，阀门V016和阀门V013之间的管道上引出进气管道与密封测量容器进气接头连接，阀门V012设置在阀门V016和阀门V013之间的管道上引出的进气管道上。 11.根据权利要求10所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：所述模拟燃料单棒放入密封测量容器之前，首先选择需要的破口模拟件，压紧螺帽压紧破口模拟件，破口模拟件端部微孔外设置尼龙垫块，通过充气接头与排气接头，向裂变气体模拟腔内充入一定浓度的示踪气体，抽出尼龙垫块；然后将模拟燃料单棒和密封测量容器一起置于固定温度的水浴锅中加热，等到破口模拟件处不再冒泡且密封测量容器上温度传感器示数与设定温度相同时，迅速打开密封盖，将模拟燃料单棒置于带有水的密封测量容器中，盖上密封盖密封。 12.根据权利要求11所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：试验时，先对循环检测回路进行抽真空，然后对密封测量容器抽真空时；首先打开阀门V014、阀门V013和阀门V016，关闭阀门V011、阀门V012和阀门V015，启动真空泵，对循环检测回路抽真空，观测压力表示数，当压力表显示循环检测回路中压力达到需要真空度时，关闭阀门V014和阀门V013；然后打开阀门V011和阀门V015，对密封测量容器抽真空到需要的真空度，观察压力传感器示数，当压力传感器显示密封测量容器内绝对压力达到设定的压力值后，关闭阀门V011；抽真空后的密封测量容器静置，密封测量容器内压力会逐渐增大，一定时间后，启动真空泵，关闭阀门V013，打开阀门V011，抽取密封测量容器上部气体，直到压力传感器示数重新达到设定的压力值后，关闭阀门V011，打开阀门V013，通过气体分析传感器循环检测抽出的气体中示踪气体含量；完成抽取气体检测后，关闭阀门V013及真空泵，打开阀门V012，由于压差，循环检测回路中气体会自动进入密封测量容器，压力传感器示数稳定后关闭阀门V012，打开真空泵及阀门V011，再次抽取密封容器中气体直到压力传感器示数变为设定的压力值后，关闭阀门V011，打开阀门V013，循环检测示踪气体含量。 13.根据权利要求12所述的一种燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置，其特征在于：一次试验结束后，取出模拟燃料单棒，利用干净的氮气或压缩空气冲洗循环检测回路，直到气体分析传感器显示循环检测回路中不含示踪气体为止，然后再进行下一组试验。 14.一种利用权利要求9所述的燃料棒破损时裂变气体扩散形态试验装置进行裂变气体扩散形态试验的方法，其特征在于：该方法包括一下步骤：步骤一、向模拟燃料单棒裂变气体模拟腔内充入一定浓度的示踪气体；步骤二、将步骤一所述模拟燃料单棒放入密封测量容器，并对密封测量容器进行密封；步骤三、将步骤二所述密封测量容器置入水浴锅内加热，温度达到试验设定值后，对密封测量容器和循环检测回路抽真空；步骤四、当密封测量容器和循环检测回路真空度满足试验设定值后，利用循环检测回路检测对示踪气体浓度进行检测。 15.根据权利要求14所述的一种对燃料棒破损时裂变气体扩散形态进行试验的方法，其特征在于：所述步骤一还包括以下步骤：选择需要的破口模拟件，压紧螺帽压紧破口模拟件，破口模拟件端部微孔外设置尼龙垫块，通过充气接头与排气接头，向裂变气体模拟腔内充入一定浓度的示踪气体，抽出尼龙垫块。 16.根据权利要求15所述的一种对燃料棒破损时裂变气体扩散形态进行试验的方法，其特征在于：所述步骤二还包括以下步骤：将模拟燃料单棒和密封测量容器一起置于固定温度的水浴锅中加热，等到破口模拟件处不再冒泡且密封测量容器上温度传感器示数与设定温度相同时，迅速打开密封盖，将模拟燃料单棒置于带有水的密封测量容器中，盖上密封盖密封。 17.根据权利要求16所述的一种对燃料棒破损时裂变气体扩散形态进行试验的方法，其特征在于：所述步骤三还包括以下步骤：打开阀门V014、阀门V013和阀门V016，关闭阀门V011、阀门V012和阀门V015，启动真空泵，对循环检测回路抽真空，观测压力表示数，当压力表显示循环检测回路中压力达到需要真空度时，关闭阀门V014和阀门V013；然后打开阀门V011和阀门V015，对密封测量容器抽真空到需要的真空度，观察压力传感器示数，当压力传感器显示密封测量容器内绝对压力达到设定的压力值后，关闭阀门V011。 18.根据权利要求17所述的一种对燃料棒破损时裂变气体扩散形态进行试验的方法，其特征在于：所述步骤三还包括以下步骤：抽真空后的密封测量容器静置，一定时间后，启动真空泵，关闭阀门V013，打开阀门V011，抽取密封测量容器上部气体，直到压力传感器示数重新达到设定的压力值后，关闭阀门V011，打开阀门V013，通过气体分析传感器循环检测抽出的气体中示踪气体含量。 19.根据权利要求18所述的一种对燃料棒破损时裂变气体扩散形态进行试验的方法，其特征在于：所述步骤四还包括以下步骤：完成抽取气体检测后，关闭阀门V013及真空泵，打开阀门V012，由于压差，循环检测回路中气体会自动进入密封测量容器，压力传感器示数稳定后关闭阀门V012，打开真空泵及阀门V011，再次抽取密封容器中气体直到压力传感器示数变为设定的压力值后，关闭阀门V011，打开阀门V013，循环检测示踪气体含量。 20.根据权利要求19所述的一种对燃料棒破损时裂变气体扩散形态进行试验的方法，其特征在于：每组试验改变破口大小、充入裂变气体模拟腔内示踪气体浓度、检测过程中密封测量容器的真空度以及水浴锅温度这4项参数中的一项，保持其他参数不变。 21.根据权利要求19所述的一种对燃料棒破损时裂变气体扩散形态进行试验的方法，其特征在于：一次试验结束后，取出模拟燃料单棒，利用干净的氮气或压缩空气冲洗循环检测回路，直到气体分析传感器显示循环检测回路中不含示踪气体为止，然后再进行下一组试验。
所属类别：	发明专利