(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210830474.3 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 章静　李悦　巫英伟　田文喜　 秋穗正　苏光辉　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G21C 17/10(2006.01) G21C 17/112(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种用于测量包壳温度和电位的实验段及 测量方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于测量包壳温度和电 位的实验 段及测量方法， 该实验 段包括中空压力 容器、 定位格架、 流速计、 冷却剂进出口、 传热实 验棒、 直流电力配置和腐蚀实验棒。 进行传热性 能相关的温度测量时， 由被测包壳内部放置在铜 片上的热电偶进行温度测量， 进一步由导热率推 知被测包壳温度变化； 腐蚀性能研究由三电极系 统连接的电化学工作站进行被测包壳电位的监 测， 对被测包壳进行多种分析技术以对表面钝化 膜微观形态进行分析。 其中传热性能实验可对被 测包壳进行通电加热， 而腐蚀性能研究实验不支 持。 本发明实验段能够测量被测包壳多处的温 度， 并可对不通电被测包壳进行表面电位检测， 识别被测包壳发生沸腾临界时温度变化和表面 腐蚀行为的过程。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 115223738 A 2022.10.21 CN 115223738 A 1.一种用于测量包壳温度和电位的实验段， 其特征在于： 包括中空压力容器(1)、 定位 格架(2)、 流速计(3)、 冷却剂进口(4)、 冷却剂出口(5)、 传热实验棒(6)、 直流电力配置(7)和 腐蚀实验棒(12)； 其中， 用于传热性能研究 的传热实验棒(6)和用于腐蚀性能研究 的腐蚀实 验棒(12)组成实验棒， 实验棒由定位格架(2)固定在中空压力容器(1)中， 其中传热实验棒 (6)包括被测包壳(9)， 安置在被测包壳(9)内部的陶瓷绝缘层(8)， 每个布置在陶瓷包壳(8) 内的铜片(11)安置有多个热电偶(10)进行温度的测量， 被测包壳(9)直接由直流电力配置 (7)加入高电流低电压加热； 腐蚀实验棒(12)包括被测 包壳(9)， 通过夹持结构(15)与被测 包壳(9)连接的三电极工作体系(13)， 与三电极工作体系(13)连接的电化学测量仪(14)， 由 三电极工作体系(13)测量被测包壳(9)的电位， 由电化学测量仪(14)通过测量的电位进行 被测包壳(9)表 面钝化膜分析； 所述中空压力容器(1)底部设有冷却剂进口(4)， 顶部设有冷 却剂出口(5)。 2.根据权利要求1所述的一种用于测量包壳温度和电位的实验段， 其特征在于： 所述中 空压力容器(1)内设有三个定位格架(2)。 3.根据权利要求1所述的一种用于测量包壳温度和电位的实验段， 其特征在于： 所述腐 蚀实验棒(12)电位测量处的夹持结构(15)的材 料是聚酰亚胺。 4.根据权利要求1所述的一种用于测量包壳温度和电位的实验段， 其特征在于： 所述传 热实验棒(6)内部由陶瓷绝缘层(8)绝缘， 能对被测包壳(9)进 行直接通电加热， 由陶瓷绝缘 层(8)内部的铜片(11)上布置的热电偶(10)测量的温度以及铜片(11)热导率推导出陶瓷绝 缘层(8)内层温度， 再进一 步由陶瓷绝 缘层(8)内层温度及热导 率推出被测包壳(9)温度。 5.根据权利要求1所述的一种用于测量包壳温度和电位的实验段， 其特征在于： 调节直 流电力配置(7)及冷却剂进口(4)的冷却剂温度及压力实现不同环境温度及包壳热流密度 下被测包壳性能研究， 整个过程模拟了反应堆内可能发生的不同功 率密度及冷却剂温度压 力情况。 6.权利要求1至5任一项所述的一种用于测量包壳温度和电位的实验段的测量方法， 其 特征在于： 测量包壳温度， 研究包壳传热性能时， 将传热实验棒(6)由定位格架(2)固定在中 空压力容器(1)中， 控制冷却剂进口(4)的冷却剂温度和压力在所需范围， 打开冷却剂出口 (5)保证冷却剂流动， 打开直流电力配置(7)对被测包壳进行通电加热， 由陶瓷绝缘层(8)内 部的铜片(11)上布置热电偶(10)的读数以及铜片(11)热导率推导出陶瓷(8)内层温度， 再 进一步由陶瓷(8)内层温度及热导率推出被测包壳(9)温度， 判断此 处是否达到临界热流密 度， 发生临界沸腾； 测量包壳电位， 研究包壳腐蚀性能时， 将腐蚀实验棒(12)由定位格架(2)固定在中空压 力容器(1)中， 控制冷却剂进口(4)冷却剂温度和压力 在所需范围， 打开冷却剂出口(5)保证 冷却剂流动， 对腐蚀实验棒(12)采用电化学工作站(14)对夹持结构(15)夹持的被测包壳 (9)进行电位检测， 其中被测包壳(9)处使用采用三电极工作体系(13)测量， 饱和甘汞电极 作为参比 电极， 铂片作为对电极， 可进行开路电位测试， 动电位扫描， Mott ‑Schottky测试分 析， 进一步由扫描图分析钝 化膜状态。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115223738 A 2一种用于测量包壳温度和电位的实验段及测量方 法 技术领域 [0001]本发明属于燃料包壳性能研究领域， 具体涉及一种用于测量包壳温度和电位的实 验段及测量方法。 技术背景 [0002]反应堆在运行过程中， 堆芯燃料棒所处环境极其恶劣， 是反应堆事故发生的主要 源头。 运行的压水堆堆芯中， 在 含铬涂层的锆燃料包壳的腐蚀沉积处检测到放射性， 推测包 壳出现一定程度的损伤。 然而实际运行 的核电站堆芯内条件很难达到， 特别是相应的热流 密度无法靠常规的加热方式获得， 且若达到实际一回路冷却剂的高温高压所需成本巨大。 因此， 为加强对燃料包壳安全性能的合理研究， 需要建立一套可模拟反应堆运行过程中包 壳行为的实验段， 实现对堆芯运行的模化 实验， 获得相应的实验数据(重点是包壳温度变化 及包壳电位 值)。 发明内容 [0003]为解决上述现有技术存在的问题， 本发明的目的在于提供一种用于测量包壳温度 和电位的实验段及测量方法， 可用于考察包壳在相应工况下温度变化值及 包壳表面钝化膜 情况。 [0004]为达到上述目的， 本发明采用的技 术方案如下： [0005]一种用于测量包壳温度和电位的实验段， 包括中空压力容器1、 定位格架2、 流速计 3、 冷却剂进口4、 冷却剂出口5、 传热实验棒6、 直 流电力配置7和腐蚀实验棒12； [0006]其中， 用于传热性能研究的传热实验棒6和用于腐蚀性能研究的腐蚀实验棒12组 成实验棒， 实验棒由定位格架2固定在中空压力容器1 中， 其中传热实验棒6包括被测包壳9， 安置在被测包壳9内部的陶瓷绝缘层8， 每个布置在 陶瓷包壳8内的铜片11安置有多个热电 偶10进行温度的测量， 被测包壳9直接由直流电力配置7加入高电流低电压加热； 腐蚀实验 棒12包括被测包壳9， 通过夹持结构15与被测包壳9连接的三电极工作体系13， 与三电极工 作体系13连接的电化学测量仪14， 由三电极工作体系13测量被测包壳9的电位， 由电化学测 量仪14通过测量的电位进 行被测包壳9表 面钝化膜分析； 所述中空压力容器1底部 设有冷却 剂进口4， 顶部设有冷却剂出口5 。 [0007]优选的， 所述中空压力容器1内设有三个定位格架 2。 [0008]优选的， 所述腐蚀实验棒12电位测量处的夹持结构15的材 料是聚酰亚胺。 [0009]优选的， 所述传热实验棒6内部由陶瓷绝缘层8 绝缘， 能对被测包壳9进行直接通电 加热， 由陶瓷绝缘层8内部的铜片11上布置的热电偶10测量的温度以及铜片11热导率推导 出陶瓷绝 缘层8内层温度， 再进一 步由陶瓷绝 缘层8内层温度及热导 率推出被测包壳9温度。 [0010]优选的， 调节直流电力配置7及冷却剂进口4的冷却剂温度及压力实现不同环境温 度及包壳热流密度下被测包壳性能研究， 整个过程模拟了反应堆内可能发生的不同功率密 度及冷却剂温度压力情况。说　明　书 1/3 页 3 CN 115223738 A 3