本發(fā)明涉及液態(tài)金屬反應(yīng)堆換熱器破口事故溫度場測量的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬反應(yīng)堆換熱器破口事故溫度場測量裝置與方法。

背景技術(shù)：
鑒于世界能源的持續(xù)枯竭以及福島事故之后全球社會對核安全的恐慌，國際上各個研究機構(gòu)均大力發(fā)展加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)(ADS)鉛鉍液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆，實現(xiàn)嬗變處理高放核廢料、生產(chǎn)核燃料等功能。目前被世界公認(rèn)為是可處置大量放射性廢物、降低深埋儲藏風(fēng)險的最具潛力可能途徑之一。ADS系統(tǒng)主要由質(zhì)子加速器系統(tǒng)、散裂靶和次臨界堆芯所組成，靶材料與次臨界堆結(jié)構(gòu)材料的選取是ADS系統(tǒng)材料研究領(lǐng)域的核心問題。液態(tài)鉛鉍合金(PbBi)具有良好的中子學(xué)性能、優(yōu)良的抗輻照性能、傳熱性能和安全特性，且其熔點低(125℃)，沸點高(1670℃)等優(yōu)勢成為散裂靶材料和冷卻劑主選材料。另一方面，由于液態(tài)PbBi合金特殊的物理化學(xué)特性所帶來的安全隱患(例如鉛基合金與水的相互作用，氧化物的生成，流道堵塞，與燃料組件的相容性問題等)將嚴(yán)重影響反應(yīng)堆的安全性和壽命，大大阻礙其發(fā)展。其中以換熱器管道堆內(nèi)破口事故(SGTR)為最典型的事故。由于ADS普遍選擇將蒸汽發(fā)生器直接浸沒到一回路鉛鉍中，當(dāng)換熱器管道發(fā)生破口后，換熱器二回路中的高壓冷卻水和鉛鉍合金直接接觸，產(chǎn)生強烈的相互作用，可能導(dǎo)致鉛鉍合金在與水接觸表面迅速過冷，導(dǎo)致凝固，阻止周邊液態(tài)金屬流動，進(jìn)而產(chǎn)生局部傳熱管堵流，傳熱惡化，危及反應(yīng)堆安全。但是在破口事故發(fā)生時，反應(yīng)容器壓力會激增，在高溫高壓環(huán)境下模擬真實事故工況并進(jìn)行相關(guān)的溫度場測量仍然存在諸多難點，如高壓循環(huán)水管在高溫高壓環(huán)境下的定點斷裂及反應(yīng)容器的微動密封，溫度場的全方位矩陣式測量。因此，為了開展上述問題研究，本發(fā)明設(shè)計了一種金屬反應(yīng)堆換熱器破口事故溫度場測量裝置與方法。開展液態(tài)重金屬中介質(zhì)直接接觸耦合傳熱研究，測量溫度場，為破口事故機理闡述，緩解裝置的研發(fā)提供實驗依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種金屬反應(yīng)堆換熱器破口事故溫度場測量裝置，實現(xiàn)在高溫高壓介質(zhì)中管道的定點斷裂及高壓反應(yīng)容器的微動密封，實現(xiàn)在高溫高壓介質(zhì)中熱電偶集束的凝固密封與密封解除的自由切換；實現(xiàn)高溫高壓介質(zhì)中溫度瞬變的全方位立體矩陣測量。本發(fā)明設(shè)計了一種金屬反應(yīng)堆換熱器破口事故溫度場測量裝置，技術(shù)方案如下：該裝置由液態(tài)金屬存儲罐，液態(tài)金屬閥門，反應(yīng)容器，高壓水管道，厚壁波紋管，氣動液壓泵，熱電偶導(dǎo)管，熱電偶集束，加熱絲，熱電偶懸掛支架，熱電偶焊點和保護(hù)氣體管道組成；所述液態(tài)金屬存儲罐，通過管道和液態(tài)金屬閥門與反應(yīng)容器底部相連；所述反應(yīng)容器為一大開口高溫高壓容器，上部通過大型法蘭覆蓋，頂部自上而下伸入一段一進(jìn)一出的高壓水管道；所述高壓水管道進(jìn)口段與厚壁波紋管連接，中部浸沒入液態(tài)金屬中，在適當(dāng)位置加工預(yù)制裂紋；所述熱電偶導(dǎo)管為一U型不銹鋼管道，底部焊接垂直向上灌裝管道；所述熱電偶懸掛支架為多層不銹鋼支架，通過反應(yīng)容器上法蘭的預(yù)制板與焊接固定。每一層上支撐類似靶心布置，便于熱電偶端頭的點焊連接。本發(fā)明另外提供一種金屬反應(yīng)堆換熱器破口事故溫度場測量方法，其特征在于：按照上述的實驗裝置結(jié)構(gòu)的連接，同時熱電偶集束通過熱電偶導(dǎo)管深入反應(yīng)容器，并且各個熱電偶端頭通過點焊方式固定在熱電偶懸掛支架上，之后將高溫鉛鉍合金(300℃)通過熱電偶導(dǎo)管底部的垂直導(dǎo)管灌裝入凹陷處，使其自然冷卻形成凝固密封。預(yù)制裂紋的高壓水管道進(jìn)水端同厚壁波紋管上端焊接，厚壁波紋管下端同反應(yīng)容器上法蘭焊接。通過加熱液態(tài)金屬儲藏罐，熔化其中的液態(tài)金屬并開啟液態(tài)金屬閥門，然后通過安裝在液態(tài)金屬儲藏罐上的氦氣管道加壓，注入反應(yīng)容器，之后關(guān)閉液態(tài)金屬閥門，使液態(tài)金屬充滿反應(yīng)容器，此時開啟氣動液壓泵向上推動高壓水管進(jìn)水口，實現(xiàn)管道在預(yù)制裂紋處的斷裂，安裝在熱電偶懸掛支架上的熱電偶進(jìn)行溫度場的實時測量，實驗結(jié)束后，通過開啟液態(tài)金屬閥門將反應(yīng)容器中的液態(tài)金屬排回到液態(tài)金屬存儲罐中。若實驗結(jié)束后，部分熱電偶損壞需要更換，通過安裝在熱電偶導(dǎo)管下端的加熱絲進(jìn)行加熱，熔化其中的鉛鉍合金，將需要更換的熱電偶抽出并再次進(jìn)行安裝。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于：(1)高壓水管道進(jìn)水端通過耐高溫高壓厚壁波紋管與反應(yīng)容器上法蘭連接，管道中部預(yù)制裂紋。通過安裝在上法蘭的氣動液壓泵向上運動，實現(xiàn)在高溫高壓介質(zhì)中管道的定點斷裂及高壓反應(yīng)容器的微動密封；(2)熱電偶集束通過焊接在反應(yīng)容器法蘭上的U型熱電偶導(dǎo)管管道伸入反應(yīng)容器，并且在U型管最低處通過灌裝管道注入低熔點金屬，待其冷卻之后形成凝固密封，并且在需要更換熱電偶時通過加熱絲加熱，解除密封，實現(xiàn)在高溫高壓介質(zhì)中熱電偶集束的凝固密封與密封解除的自由切換；(3)熱電偶集束通過預(yù)焊在反應(yīng)容器上的熱電偶懸掛支架進(jìn)行多點點焊固定，實現(xiàn)高溫高壓介質(zhì)中溫度瞬變的全方位立體矩陣測量；(4)該實驗系統(tǒng)為反應(yīng)堆事故破口事故工況，金屬冶煉行業(yè)多介質(zhì)耦合瞬態(tài)傳熱工況等工業(yè)設(shè)備檢測和科研項目領(lǐng)域提供高溫高壓多介質(zhì)耦合溫度場測量方法，具有重要的科學(xué)價值與工程意義。附圖說明圖1為本發(fā)明的一種金屬反應(yīng)堆換熱器破口事故溫度場測量裝置示意圖；圖中：1為液態(tài)金屬存儲罐，2為液態(tài)金屬閥門，3為反應(yīng)容器，4為高壓水管道，5為厚壁波紋管，6為氣動液壓泵，7為熱電偶導(dǎo)管，8為熱電偶集束，9為加熱絲，10為熱電偶懸掛支架，11為熱電偶焊點和12為保護(hù)氣體管道。圖2為熱電偶懸掛支架及熱電偶焊點示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖以及具體實例進(jìn)一步說明本發(fā)明。一種用于液態(tài)金屬反應(yīng)堆換熱器破口事故溫度場測量實驗裝置，該裝置由液態(tài)金屬存儲罐1，液態(tài)金屬閥門2，反應(yīng)容器3，高壓水管道4，厚壁波紋管5，氣動液壓泵6，熱電偶導(dǎo)管7，熱電偶集束8，加熱絲9，熱電偶懸掛支架10，熱電偶焊點11和保護(hù)氣體管道12組成。實驗時，熱電偶集束通過熱電偶導(dǎo)管7深入反應(yīng)容器3，并且各個熱電偶端頭通過點焊方式固定在熱電偶懸掛支架上10，之后將高溫鉛鉍合金(300℃)通過熱電偶導(dǎo)管7底部的垂直導(dǎo)管灌裝入凹陷處，使其自然冷卻形成凝固密封。預(yù)制裂紋的高壓水管道4進(jìn)水端同厚壁波紋管5上端焊接，厚壁波紋管5下端同反應(yīng)容器3上法蘭焊接。通過加熱液態(tài)金屬儲藏罐1，熔化其中的液態(tài)金屬并開啟液態(tài)金屬閥門2，然后通過安裝在液態(tài)金屬儲藏罐1上的氦氣管道加壓，注入反應(yīng)容器3，之后關(guān)閉液態(tài)金屬閥門2，使液態(tài)金屬充滿反應(yīng)容器3，此時開啟氣動液壓泵6向上推動高壓水管4進(jìn)水口，實現(xiàn)管道在預(yù)制裂紋處的斷裂，安裝在熱電偶懸掛支架10上的熱電偶8進(jìn)行溫度場的實時測量，實驗結(jié)束后，通過開啟液態(tài)金屬閥門2將反應(yīng)容器3中的液態(tài)金屬排回到液態(tài)金屬存儲罐1中。若實驗結(jié)束后，部分熱電偶損壞需要更換，通過安裝在熱電偶導(dǎo)管7下端的加熱絲進(jìn)行加熱，熔化其中的鉛鉍合金，將需要更換的熱電偶抽出并再次進(jìn)行安裝。本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。