CN109859869A - 一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，包括固定格架组件及导向管组件，还包括压力管组件；还包括用于设置在压力管组件下侧的He‑3屏组件，所述He‑3屏组件包括呈筒状的He‑3屏，且He‑3屏的筒壁为中空结构，所述中空结构为轴线与He‑3屏同轴的筒状结构；所述He‑3屏上还设置有与所述中空结构相连的进口接管和出口接管；还包括元件冷却水组件，所述元件冷却水组件包括元件冷却水流道，所述元件冷却水流道包括压力管组件下端内侧区域该辐照装置不仅能够满足单根燃料元件瞬态试验的功能要求，同时结构简单、实施成本低且安全性指标可控性好。

Description

一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置
技术领域
本发明涉及辐照技术领域，特别是涉及一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置。
背景技术
提高燃料元件的燃耗会给在役核电站带来巨大的经济效益，在新型燃料元件研发过程中往往会出现包壳腐蚀严重、芯块肿胀严重、裂变气体释放造成包壳内压力过高等风险，燃料元件的安全性和可靠性无法保障。
而研究瞬态工况下燃料元件安全性的理想途径就是在试验堆上进行模拟各种瞬态工况的试验，取得燃料行为的数据，发展物理模型，分析导致元件完整性受到破坏的原因，从而优化设计参数，确保燃料元件的安全性和可靠性。现有技术中，针对用于上述研究的辐照装置，要求该装置不仅能够承受高温高压强中子场辐照，且能够实现燃料元件功率瞬态变化，同时要求辐照装置要具有可靠的可控性和安全性。而在实际操作时，满足上述功能指标和安全性指标实施难度大，故现有技术中的研究方式仅被少数几个国家掌握。
发明内容
针对上述提出的用于单根燃料元件瞬态试验的装置存在实施难度大的问题，本发明提供了一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，该辐照装置不仅能够满足单根燃料元件瞬态试验的功能要求，同时结构简单、实施成本低且安全性指标可控性好。
本方案的技术手段如下，一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，包括固定格架组件及导向管组件，还包括压力管组件，所述固定格架组件安装在压力管组件内，且压力管组件为固定在固定格架组件上的燃料元件提供压力边界；还包括用于设置在压力管组件下侧的He-3屏组件，所述He-3屏组件包括呈筒状的He-3屏，且He-3屏的筒壁为中空结构，所述中空结构为轴线与He-3屏同轴的筒状结构；
所述He-3屏的内壁围成He-3屏的中心孔，所述压力管组件下端局部或全部位于所述中心孔中，且压力管组件与He-3屏同轴；
所述He-3屏上还设置有与所述中空结构相连的进口接管和出口接管；
还包括元件冷却水组件，所述元件冷却水组件包括元件冷却水流道，所述元件冷却水流道包括压力管组件下端内侧区域。
现有技术中，针对燃料元件的瞬态试验，如美国、比利时等国家，均是采用大型实验堆的方式来进行单根燃料元件的燃料行为数据获取：待试验燃料元件为实验堆内的其中一根燃料元件，实验堆内还匹配有诸多用于改变待试验燃料元件环境的燃料元件，如通过调整匹配的诸多燃料元件，来达到改变待试验燃料元件功率的目的。以上现有技术不仅具有实验堆设置成本高的问题，同时由于涉及到诸多的燃料元件且整个实验堆体积和功率均较大，故现有实验堆还具有控制或运行难度大的问题。
所述固定格架组件即用于安装待试验燃料元件，压力管组件为待试验燃料元件提供压力边界，以使得待实验燃料元件能够在特定压力环境下工作；所述He-3屏组件中，所述中空结构即为He-3气体容纳空间，本方案利用He-3气体能够吸收反应堆散射过来的中子发生核物理反应的特性：通过所述接口接管和出口接管，在中空结构内He-3气体压力改变后He-3气体密度随之改变，气体密度改变后中空结构中He-3气体对中子吸收截面随之改变，从而使得能够参与待试验燃料元件裂变反应的中子数量改变，中子数量数量的改变导致参与燃料元件发生裂变反应的中子数量发生改变，进而实现待试验燃料元件功率的改变。
本方案中，由于包括所述He-3屏组件，同时所述He-3屏组件能够通过控制其上中空结构内He-3气体的压力达到改变待试验燃料元件功率的目的，故针对实验堆，在实验堆整体功率不变或仅在小范围内变化的情况下，即可方便的通过控制所述He-3气体的压力，实现待试验燃料元件的瞬态功率调整，相较于现有技术，采用本方案实现待试验燃料元件的瞬态功率调整不仅易于实现，且相应结构简单，同时对实验堆的功率变化依赖性弱，故该辐照装置不仅能够满足单根燃料元件瞬态试验的功能要求，同时结构简单、实施成本低且安全性指标可控性好。
同时，设置为包括所述压力管组件及元件冷却水组件，使得本装置中待试验燃料元件不仅能够工作在不同的压力环境下，同时由于元件冷却水组件中元件冷却水的温度、流量等反映待试验燃料元件的功率，故采用本方案，可将反映环境压力、反映环境温度、功率、元件冷却水流量等中的任意一者或几者作为定值或变值，获得各种工况下或运行条件下待试验燃料元件的性能参数或行为数据。
更进一步的技术方案为：
由于He-3气体在于中子相互作用的过程中会生成氚物质，该物质对本装置的结构而言为有害物质，如造成材料脆裂等，同时由于该物质具有可穿透性强的特点，为避免或减小氚对本装置造成的影响，设置为：所述中空结构的壁面上还设置有镀层，所述镀层为厚度为2～2.5μm的AL2O3镀层。采用本方案，所述AL2O3镀层即为三氧化二铝屏蔽层，以上三氧化二铝厚度参数可实现：使得氚的泄漏率小于1×10-7Pa.m3/s，确保He-3经过核物理反映产生的氚不会对本装置造成危害。
由于He-3在于中子相互作用的过程中亦会释放大量的热，为避免此处的热影响元件冷却水组件导致影响实验数据的准确性和保护He-3屏组件，设置为：还包括用于冷却所述He-3屏组件的辅助冷却水组件。
作为辅助冷却水组件的具体实现方式，还包括内套管组件，所述内套管组件为下端设置有封头的筒状结构，压力管组件的下端嵌入内套管组件中，He-3屏组件位于压力管组件外壁与内套管组件内壁之间的间隙内；
压力管组件外壁与内套管组件内壁之间的间隙为所述辅助冷却水组件的冷却水流通通道。本方案中，所述内套管组件即用于作为本辐照装置与外界的压力边缘，同时作为用于冷却He-3屏组件的辅助冷却水的边缘。本方案实际上提供了一种He-3屏组件的具体设置形式，采用该方案，不仅可使得本辐照装置性能可靠，同时结构简单紧凑，部件利用率高。
为使得辅助冷却水组件能够可靠的冷却He-3屏组件，设置为：还包括用于实现限定辅助冷却水组件中冷却水流动路径的第一折流装置，所述第一折流装置限定冷却水的流动路径为以下方式中的任意一种：
由He-3屏靠近压力管组件上端的一侧的外侧流入，经He-3屏靠近压力管组件下端的一侧折流至He-3屏的中心孔，再由中心孔靠近压力管组件上端的一侧的流出；
由He-3屏中心孔靠近压力管组件上端的一侧流入，经He-3屏中心孔靠近压力管组件下端的一侧折流至He-3屏的外侧，再由He-3屏靠近压力管组件上端的一侧流出。采用本方案，针对He-3屏，辅助冷却水的进口和出口两者中，任意一者为He-3屏靠近压力管组件上端的外侧，另一者为中心孔的孔口侧，这样，可使得辅助冷却水与He-3屏具有有效冷却面积大的特点。同时作为本领域技术人员，在实现本方案中，采用如下所提供的通过隔离环阻隔辅助冷却水的进出口、通过分流筒的引流约束流体的流动路径即可。如He-3屏的外形呈筒状结构，He-3屏通过中心孔套接于分流筒的外壁上，且所述中心孔的孔壁各点与分流筒的外壁均可靠接触，中心孔内的冷却介质由分流筒的内侧流过即可。
为使得元件冷却水组件能够可靠的导出被试验燃料元件所产生的热量，设置为：所述元件冷却水组件还包括用于实现限定元件冷却水组件中元件冷却水流动路径的第二折流组件，所述第二折流组件包括分流筒及安装在分流筒上端的隔离环，所述隔离环作为分流筒与压力管组件内壁的连接件，所述分流筒***压力管组件中且分流筒的下端延伸至压力管组件内部的下侧，且所述隔离环作为分流筒外壁与压力管组件内壁之间间隙轴向上的隔离板，元件冷却水组件包括均连接在压力管组件的进口接管和出口接管；
在压力管组件的轴线方向上，所述进口接管和出口接管两者分别位于隔离环的不同侧，所述导向管组件安装在所述分流筒中。本方案中，通过所述隔离环，使得由进口接管流入本装置的冷却介质仅能够沿着分流筒，从分流筒下端与压力管组件之间的间隙折返后，即流过燃料元件所在区域后，再由出口接管引出本装置。
为提高本装置的所得试验数据的准确度，设置为：还包括绝热组件，所述压力管组件包裹于所述绝热组件中，所述绝热组件用于实现压力管组件与外侧的隔热。本方案中，压力管组件内侧区域相当于为燃料元件的释热区域，所述绝热组件即用于包裹所述释热区域，以避免或减小所述释热区域与外界的热交换。
如上所述，由于He-3屏在工作时会产生热量，作为一种可避免He-3屏对试验结造成影响的具体方案，设置为：所述He-3屏位于绝热组件的外侧。
作为绝热组件的具体实现方式，设置为：所述绝热组件包括套设在压力管组件外侧的套筒，所述套筒的内壁与压力管组件的外壁之间具有用于容纳气体隔热介质的间隙，所述的用于容纳气体隔热介质的间隙为封闭空间，还包括与所述的用于容纳气体隔热介质的间隙相接的气体引接管。本方案提供了一种具体的绝热方案，即利用气体作为绝热介质。采用本方案除了实现绝热以外，相较于其他如采用玻璃棉等绝热介质，本方案考虑到了绝热介质工作在辐照环境下，采用本方案具有可长期保持良好绝热性能的特点；同时本方案考虑到了本装置的相应部位为压力容器，设置为用于容纳气体隔热介质的间隙为封闭空间，这样，在具体运用时，可根据上述封闭空间内气体的湿度，反映本装置的泄露情况，以实现及时或尽早发现本装置在工作时的泄露故障或裂纹，利于本装置工作的可靠性和安全性。
作为本领域技术人员，由于导向管组件在具体运用时需要竖直设置，为使得本装置在工作时燃料元件所在空间内能够填满冷却水以提高冷却水的导热效率，利于本装置所得数据结果的及时性或提高功率监测响应速度，以达到提高本装置数据结果可靠性的目的和提高本装置的安全性，设置为：所述导向管组件的上端还设置有排气管。
以上方案中涉及到多个边界，如燃料元件所处环境需要设置成为一个封闭环境，该封闭环境为元件冷却水组件中冷却水流动路径的一部分、绝热组件需要设置成为一个封闭环境以使得其内气体，如采用氮气不会受到外界的干扰、He-3屏组件需要设置成为一个封闭的环境He-3屏组件中He-3气体的压力可调以改变燃料元件的功率或避免He-3溢出浪费等、辅助冷却水组件优选设置成为一个封闭的环境以使得辅助冷却水的流体特性更易被合理的控制以达到可靠冷却He-3屏组件的目的。以上各环境由于需要相互隔离，在具体实施时，优选设置为包括多个相互嵌套的套管，套管之间的间隙作为以上所需的封闭的环境，如压力管组件处于最内侧，则压力管组件为盲管时其开口端采用堵头即可得到燃料元件所处封闭环境；而针对套管与套管之间，为使得套管之间的间隙能够封闭，套管可采用一端具有封头的盲管，处于外侧的盲管的开口端可通过连接法兰与其内侧的盲管密封连接或通过焊接与其内侧的盲管密封连接得到对应封闭空间。
本发明具有以下有益效果：
本方案中，由于包括所述He-3屏组件，同时所述He-3屏组件能够通过控制其上中空结构内He-3气体的压力达到改变待试验燃料元件功率的目的，故针对实验堆，在实验堆整体功率不变或仅在小范围内变化的情况下，即可方便的通过控制所述He-3气体的压力，实现待试验燃料元件的瞬态功率调整，相较于现有技术，采用本方案实现待试验燃料元件的瞬态功率调整不仅易于实现，且相应结构简单，同时对实验堆的功率变化依赖性弱，故该辐照装置不仅能够满足单根燃料元件瞬态试验的功能要求，同时结构简单、实施成本低且安全性指标可控性好。
同时，设置为包括所述压力管组件及元件冷却水组件，使得本装置中待试验燃料元件不仅能够工作在不同的压力环境下，同时由于元件冷却水组件中元件冷却水的温度、流量等反映待试验燃料元件的功率，故采用本方案，可将反映环境压力、反映环境温度、功率、元件冷却水流量等中的任意一者或几者作为定值或变值，获得各种工况下或运行条件下待试验燃料元件的性能参数或行为数据。
附图说明
图1是本发明所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置一个具体实施例的结构示意图，该示意图为装配图，且该示意图为平放状态逆时针翻转90°后的示意图；
图2至图10为图1所提供装配图的中各组件或零件的零件图，其分别为：
图2是内套管组件的结构示意图；
图3是He-3屏组件的结构示意图；
图4是辅助冷却水组件的结构示意图；
图5是绝热组件的结构示意图；
图6是过渡管组件的结构示意图；
图7是压力管组件的结构示意图；
图8是球形下接头组件的结构示意图；
图9是第二折流组件的结构示意图；
图10是导向管组件的结构示意图。
图中的附图标记分别为：1、内套管组件；2、辅助冷却水组件；3、He-3屏组件；4、绝热组件；5、过渡管组件；6、压力管组件；7、第二折流组件；8、压紧套；9、大弹簧；10、平板法兰；11、导向管组件；12、固定格架组件；13、内套管法兰；14、内套管；15、内套管下封头；16、辅助冷却水法兰；17、连接管；18、接头；19、辅助水回路接管；20、进水口法兰；21、上支撑管；22、内屏；23、外屏；24、下支撑管；25、氦屏组件支撑块；26、绝热管法兰；27、筒节；28、下接头；29、过渡管；30、上端头；31、主回路接管；32、中间法兰组件；33、压力管筒节；34、球形下接头组件；35、球形下接头；36、弹簧下支撑；37、支撑弹簧；38、弹簧上支撑；39、定位块；40、吊装头；41、分流管；42、中心直管；43、连接法兰；44、导向杆；45、导向头。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。
实施例1：
如图1至图10所示，一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，包括固定格架组件12及导向管组件11，还包括压力管组件6，所述固定格架组件12安装在压力管组件6内，且压力管组件6为固定在固定格架组件12上的燃料元件提供压力边界；还包括用于设置在压力管组件6下侧的He-3屏组件3，所述He-3屏组件3包括呈筒状的He-3屏，且He-3屏的筒壁为中空结构，所述中空结构为轴线与He-3屏同轴的筒状结构；
所述He-3屏的内壁围成He-3屏的中心孔，所述压力管组件6下端局部或全部位于所述中心孔中，且压力管组件6与He-3屏同轴；
所述He-3屏上还设置有与所述中空结构相连的进口接管和出口接管；
还包括元件冷却水组件，所述元件冷却水组件包括元件冷却水流道，所述元件冷却水流道包括压力管组件6下端内侧区域。
现有技术中，针对燃料元件的瞬态试验，如美国、比利时等国家，均是采用大型实验堆的方式来进行单根燃料元件的燃料行为数据获取：待试验燃料元件为实验堆内的其中一根燃料元件，实验堆内还匹配有诸多用于改变待试验燃料元件环境的燃料元件，如通过调整匹配的诸多燃料元件，来达到改变待试验燃料元件功率的目的。以上现有技术不仅具有实验堆设置成本高的问题，同时由于涉及到诸多的燃料元件且整个实验堆体积和功率均较大，故现有实验堆还具有控制或运行难度大的问题。
所述固定格架组件12即用于安装待试验燃料元件，压力管组件6为待试验燃料元件提供压力边界，以使得待实验燃料元件能够在特定压力环境下工作；所述He-3屏组件3中，所述中空结构即为He-3气体容纳空间，本方案利用He-3气体能够吸收反应堆散射过来的中子发生核物理反应的特性：通过所述接口接管和出口接管，在中空结构内He-3气体压力改变后He-3气体密度随之改变，气体密度改变后中空结构中He-3气体对中子吸收截面随之改变，从而使得能够参与待试验燃料元件裂变反应的中子数量改变，中子数量数量的改变导致参与燃料元件发生裂变反应的中子数量发生改变，进而实现待试验燃料元件功率的改变。
本方案中，由于包括所述He-3屏组件3，同时所述He-3屏组件3能够通过控制其上中空结构内He-3气体的压力达到改变待试验燃料元件功率的目的，故针对实验堆，在实验堆整体功率不变或仅在小范围内变化的情况下，即可方便的通过控制所述He-3气体的压力，实现待试验燃料元件的瞬态功率调整，相较于现有技术，采用本方案实现待试验燃料元件的瞬态功率调整不仅易于实现，且相应结构简单，同时对实验堆的功率变化依赖性弱，故该辐照装置不仅能够满足单根燃料元件瞬态试验的功能要求，同时结构简单、实施成本低且安全性指标可控性好。
同时，设置为包括所述压力管组件6及元件冷却水组件，使得本装置中待试验燃料元件不仅能够工作在不同的压力环境下，同时由于元件冷却水组件中元件冷却水的温度、流量等反映待试验燃料元件的功率，故采用本方案，可将反映环境压力、反映环境温度、功率、元件冷却水流量等中的任意一者或几者作为定值或变值，获得各种工况下或运行条件下待试验燃料元件的性能参数或行为数据。
实施例2：
如图1至图10所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：
由于He-3气体在于中子相互作用的过程中会生成氚物质，该物质对本装置的结构而言为有害物质，如造成材料脆裂等，同时由于该物质具有可穿透性强的特点，为避免或减小氚对本装置造成的影响，设置为：所述中空结构的壁面上还设置有镀层，所述镀层为厚度为2～2.5μm的AL2O3镀层。采用本方案，所述AL2O3镀层即为三氧化二铝屏蔽层，以上三氧化二铝厚度参数可实现：使得氚的泄漏率小于1×10-7Pa.m3/s，确保He-3经过核物理反映产生的氚不会对本装置造成危害。
由于He-3在于中子相互作用的过程中亦会释放大量的热，为避免此处的热影响元件冷却水组件导致影响实验数据的准确性和保护He-3屏组件3，设置为：还包括用于冷却所述He-3屏组件3的辅助冷却水组件2。
作为辅助冷却水组件2的具体实现方式，还包括内套管组件1，所述内套管组件1为下端设置有封头的筒状结构，压力管组件6的下端嵌入内套管组件1中，He-3屏组件3位于压力管组件6外壁与内套管组件1内壁之间的间隙内；
压力管组件6外壁与内套管组件1内壁之间的间隙为所述辅助冷却水组件2的冷却水流通通道。本方案中，所述内套管组件1即用于作为本辐照装置与外界的压力边缘，同时作为用于冷却He-3屏组件3的辅助冷却水的边缘。本方案实际上提供了一种He-3屏组件3的具体设置形式，采用该方案，不仅可使得本辐照装置性能可靠，同时结构简单紧凑，部件利用率高。
为使得辅助冷却水组件2能够可靠的冷却He-3屏组件3，设置为：还包括用于实现限定辅助冷却水组件2中冷却水流动路径的第一折流装置，所述第一折流装置限定冷却水的流动路径为以下方式中的任意一种：
由He-3屏靠近压力管组件6上端的一侧的外侧流入，经He-3屏靠近压力管组件6下端的一侧折流至He-3屏的中心孔，再由中心孔靠近压力管组件6上端的一侧的流出；
由He-3屏中心孔靠近压力管组件6上端的一侧流入，经He-3屏中心孔靠近压力管组件6下端的一侧折流至He-3屏的外侧，再由He-3屏靠近压力管组件6上端的一侧流出。采用本方案，针对He-3屏，辅助冷却水的进口和出口两者中，任意一者为He-3屏靠近压力管组件6上端的外侧，另一者为中心孔的孔口侧，这样，可使得辅助冷却水与He-3屏具有有效冷却面积大的特点。同时作为本领域技术人员，在实现本方案中，采用如下所提供的通过隔离环阻隔辅助冷却水的进出口、通过分流筒的引流约束流体的流动路径即可。如He-3屏的外形呈筒状结构，He-3屏通过中心孔套接于分流筒的外壁上，且所述中心孔的孔壁各点与分流筒的外壁均可靠接触，中心孔内的冷却介质由分流筒的内侧流过即可。
为使得元件冷却水组件能够可靠的导出被试验燃料元件所产生的热量，设置为：所述元件冷却水组件还包括用于实现限定元件冷却水组件中元件冷却水流动路径的第二折流组件7，所述第二折流组件7包括分流筒及安装在分流筒上端的隔离环，所述隔离环作为分流筒与压力管组件6内壁的连接件，所述分流筒***压力管组件6中且分流筒的下端延伸至压力管组件6内部的下侧，且所述隔离环作为分流筒外壁与压力管组件6内壁之间间隙轴向上的隔离板，元件冷却水组件包括均连接在压力管组件6的进口接管和出口接管；
在压力管组件6的轴线方向上，所述进口接管和出口接管两者分别位于隔离环的不同侧，所述导向管组件11安装在所述分流筒中。本方案中，通过所述隔离环，使得由进口接管流入本装置的冷却介质仅能够沿着分流筒，从分流筒下端与压力管组件6之间的间隙折返后，即流过燃料元件所在区域后，再由出口接管引出本装置。
为提高本装置的所得试验数据的准确度，设置为：还包括绝热组件4，所述压力管组件6包裹于所述绝热组件4中，所述绝热组件4用于实现压力管组件6与外侧的隔热。本方案中，压力管组件6内侧区域相当于为燃料元件的释热区域，所述绝热组件4即用于包裹所述释热区域，以避免或减小所述释热区域与外界的热交换。
如上所述，由于He-3屏在工作时会产生热量，作为一种可避免He-3屏对试验结造成影响的具体方案，设置为：所述He-3屏位于绝热组件4的外侧。
作为绝热组件4的具体实现方式，设置为：所述绝热组件4包括套设在压力管组件6外侧的套筒，所述套筒的内壁与压力管组件6的外壁之间具有用于容纳气体隔热介质的间隙，所述的用于容纳气体隔热介质的间隙为封闭空间，还包括与所述的用于容纳气体隔热介质的间隙相接的气体引接管。本方案提供了一种具体的绝热方案，即利用气体作为绝热介质。采用本方案除了实现绝热以外，相较于其他如采用玻璃棉等绝热介质，本方案考虑到了绝热介质工作在辐照环境下，采用本方案具有可长期保持良好绝热性能的特点；同时本方案考虑到了本装置的相应部位为压力容器，设置为用于容纳气体隔热介质的间隙为封闭空间，这样，在具体运用时，可根据上述封闭空间内气体的湿度，反映本装置的泄露情况，以实现及时或尽早发现本装置在工作时的泄露故障或裂纹，利于本装置工作的可靠性和安全性。
作为本领域技术人员，由于导向管组件11在具体运用时需要竖直设置，为使得本装置在工作时燃料元件所在空间内能够填满冷却水以提高冷却水的导热效率，利于本装置所得数据结果的及时性或提高功率监测响应速度，以达到提高本装置数据结果可靠性的目的和提高本装置的安全性，设置为：所述导向管组件11的上端还设置有排气管。
以上方案中涉及到多个边界，如燃料元件所处环境需要设置成为一个封闭环境，该封闭环境为元件冷却水组件中冷却水流动路径的一部分、绝热组件4需要设置成为一个封闭环境以使得其内气体，如采用氮气不会受到外界的干扰、He-3屏组件3需要设置成为一个封闭的环境He-3屏组件3中He-3气体的压力可调以改变燃料元件的功率或避免He-3溢出浪费等、辅助冷却水组件2优选设置成为一个封闭的环境以使得辅助冷却水的流体特性更易被合理的控制以达到可靠冷却He-3屏组件3的目的。以上各环境由于需要相互隔离，在具体实施时，优选设置为包括多个相互嵌套的套管，套管之间的间隙作为以上所需的封闭的环境，如压力管组件6处于最内侧，则压力管组件6为盲管时其开口端采用堵头即可得到燃料元件所处封闭环境；而针对套管与套管之间，为使得套管之间的间隙能够封闭，套管可采用一端具有封头的盲管，处于外侧的盲管的开口端可通过连接法兰43与其内侧的盲管密封连接或通过焊接与其内侧的盲管密封连接得到对应封闭空间。
实施例3：
如图1至图10所示，本实施例在实施例1或实施例2的基础上提供一种具体的零件或组件的具体形式及具体运用：
所述辐照装置包括内套管组件1、He-3屏组件3、辅助冷却水组件2、绝热组件4、过渡管组件5、压力管组件6、分流管41、导向管组件11、固定格架组件12等，其中，导向管组件11下端连接固定格架组件12，该装置为套管式结构，从外到内依次是内套管组件1、He-3屏组件3、压力管组件6、绝热组件4、第二折流组件7、导向管组件11和固定格架组件12。辅助冷却水组件2上端与He-3屏组件3连接，下端与内套管组件1连接。过渡管组件5下端与绝热组件4相连，上端与压力管组件6相连。
其中，所述内套管组件1具体包括：内套管法兰13、内套管14、内套管下封头15组成。内套管法兰13和下封头为不锈钢锻件，与内套管14采取对接焊。内套管14外壁为反应堆冷却水，承受大堆压力，内套管组件1的主要作用是为装置提供与外界的隔离，与绝热组件4一同作用构成辅助水回路流动边界。
其中，所述He-3屏组件3具体包括：进水口法兰20、上支撑管21、内屏22、外屏23、下支撑管24、氦屏组件支撑块25、辅助水回路接管19组成。内屏22和外屏23通过对接焊构成封闭空间，此结构能够避免超窄空间进出气管焊接干涉。为防止核物理反应产物氚的泄露，内屏22外表面镀AL2O3，厚度2～2.5μm，。内屏22的上端与上支撑管21焊接，内屏22的下端与下支撑管24焊接。上支撑管21上端以及辅助水回路接管19与进水口法兰20对接焊。进水口法兰20上端面与辅助冷却水法兰16下端面通过螺栓连接密封，其下端面与内套管法兰13上端面连接密封。
其中，所述辅助冷却水组件2包括：辅助冷却水法兰16、连接管17、接头18、辅助水回路接管19组成。连接管17与辅助冷却水法兰16焊接，接头18与连接管17焊接。He-3进出气管与接头18通过焊接实现密封。
其中，所述过渡管组件5包括：过渡管29、连接管17、接头18组成。通过过渡管组件5在绝热管和压力管之间充氮，以检测压力管是否有破损。氮气进气管由过渡管组件5引出，与接头18焊接并实现密封。
其中，所述压力管组件6包括：上端头30、主回路接管31、中间法兰段、压力管筒节33、球形下接头组件、组成。上端头30、中间法兰组件32、筒节27、球形下接头组件采取对接环焊。装置的进水口设置在中间法兰组件32处，出水口设置在上端头30组件处。球形下接头组件由球形下接头、弹簧下支撑36、支撑弹簧37、弹簧上支撑38、定位块39组成。定位块39均布焊接在球形下接头的外表面，弹簧下支撑36焊接在球形接头18的内表面，支撑弹簧37与弹簧上下支撑焊接。
其中，所述绝热组件4包括：绝热管法兰26、筒节27、下接头28组成，三者之间通过对接焊构成组件。绝热组件4外壁承受辅助冷却水压力为1.2MPa，内壁充满氮气，压力为0.1MPa。
其中，所述第二折流组件7包括：吊装头40、分流管41焊接组成。通过第二折流组件7，主回路的冷却水沿着第二折流组件7的外壁流下，到压力管底部折返，沿分流管41内壁流出。
其中，所述导向管组件11包括：中心直管42、连接法兰43、导向杆44和导向头45组成。整个装置与高温高压回路连接后，通过中心直管42排气，确保压力管组件6充满水，导向杆44与连接法兰43焊接，导向头45与导向杆44对接焊。导向管组件11实现格架固定组件的提取和安装。
由于采用了将单根燃料元件瞬态试验用的辐照装置设计为包括：内套管组件1、辅助冷却水组件2、过渡管组件5、He-3屏组件3、辅助冷却水组件2、绝热组件4、压力管组件6、分流管41、导向管组件11、固定格架组件12的技术方案，既能够满足高温高压工况下燃料元件辐照考验的要求，还能够通过调节He-3气体压力实现燃料元件功率瞬态的改变；
进一步的，He-3屏由上筒体和下筒体通过内部对接焊和外部对接焊构成，此结构能够避免超窄空间进出气管焊接干涉。
进一步的，He-3屏作为He-3气体压缩反应场，承受He-3气体的动态压力，压力范围0.1～4.5MPa。
进一步的，由于He-3气体能够吸收反应堆散射过来的中子，发生核物理反应。由于He-3气体压力改变后气体密度随之改变，气体密度改变后中子吸收截面随之改变，参与裂变反映的中子数量改变，中子数量数量的改变导致参与燃料元件发生裂变反应的中子数量发生改变，进而实现燃料元件功率的改变；
进一步的，He-3屏筒体内部镀AL2O3，厚度2～2.5μm，泄漏率小于1×10-7Pa.m3/s,确保He-3经过核物理反映产生的氚不渗漏出来；
进一步的，He-3气体发生核物理反应释放大量的热，通过辅助冷却水对He-3屏进行冷却，保证He-3屏安全；
进一步的，通过辅助冷却水组件2、内套管组件1、He-3屏组件3和绝热组件4构成辅助冷却水的内外流道，冷却He-3屏组件3外壁温度，使之不超过100℃，以及通过流道自然冷却使装置出口处的水温低于50℃；
进一步的，He-3进出气管与辅助冷却水组件2的接头18通过焊接实现密封。
进一步的，压力管组件6的上端头30、中间法兰组件32、筒节27、球形下接头组件采取对接环焊，作为燃料元件高温高盐考验的主要裂变场所。辐照装置的进水口设置在中间法兰组件32处，出水口设置在上端头30组件处，进出水口与主回路相连，确保辐照能够达到高压高压的工况；
进一步的，弹簧下支撑36、支撑弹簧37、弹簧上支撑38焊接在一起，为固定格架组件12提供柔性下支撑；
进一步的，固定格架组件12固定单根燃料元件后，格架下端与压力管下封头组件的弹簧上支持接触，上端与导向管组件11通过螺纹连接；
进一步的，导向管组件11的连接法兰43通过顶部螺栓和小密封圈固定在圆形平板法兰10上，中心直管42用以排气，便于辐照装置注满冷却水；
进一步的，通过压紧套8和大弹簧9与第二折流组件7的压紧，形成燃料元件的冷却流道，及时带走元件裂变反应产生的热量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在对应发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，包括固定格架组件(12)及导向管组件(11)，其特征在于，还包括压力管组件(6)，所述固定格架组件(12)安装在压力管组件(6)内，且压力管组件(6)为固定在固定格架组件(12)上的燃料元件提供压力边界；
还包括用于设置在压力管组件(6)下侧的He-3屏组件(3)，所述He-3屏组件(3)包括呈筒状的He-3屏，且He-3屏的筒壁为中空结构，所述中空结构为轴线与He-3屏同轴的筒状结构；
所述He-3屏的内壁围成He-3屏的中心孔，所述压力管组件(6)下端局部或全部位于所述中心孔中，且压力管组件(6)与He-3屏同轴；
所述He-3屏上还设置有与所述中空结构相连的进口接管和出口接管；
还包括元件冷却水组件，所述元件冷却水组件包括元件冷却水流道，所述元件冷却水流道包括压力管组件(6)下端内侧区域。
2.根据权利要求1所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，其特征在于，所述中空结构的壁面上还设置有镀层，所述镀层为厚度为2～2.5μm的AL2O3镀层。
3.根据权利要求1所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，其特征在于，还包括用于冷却所述He-3屏组件(3)的辅助冷却水组件(2)。
4.根据权利要求3所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，其特征在于，还包括内套管组件(1)，所述内套管组件(1)为下端设置有封头的筒状结构，压力管组件(6)的下端嵌入内套管组件(1)中，He-3屏组件(3)位于压力管组件(6)外壁与内套管组件(1)内壁之间的间隙内；
压力管组件(6)外壁与内套管组件(1)内壁之间的间隙为所述辅助冷却水组件(2)的冷却水流通通道。
5.根据权利要求4所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，其特征在于，还包括用于实现限定辅助冷却水组件(2)中冷却水流动路径的第一折流装置，所述第一折流装置限定冷却水的流动路径为以下方式中的任意一种：
由He-3屏靠近压力管组件(6)上端的一侧的外侧流入，经He-3屏靠近压力管组件(6)下端的一侧折流至He-3屏的中心孔，再由中心孔靠近压力管组件(6)上端的一侧的流出；
由He-3屏中心孔靠近压力管组件(6)上端的一侧流入，经He-3屏中心孔靠近压力管组件(6)下端的一侧折流至He-3屏的外侧，再由He-3屏靠近压力管组件(6)上端的一侧流出。
6.根据权利要求1所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，其特征在于，所述元件冷却水组件还包括用于实现限定元件冷却水组件中元件冷却水流动路径的第二折流组件(7)，所述第二折流组件(7)包括分流筒及安装在分流筒上端的隔离环，所述隔离环作为分流筒与压力管组件(6)内壁的连接件，所述分流筒***压力管组件(6)中且分流筒的下端延伸至压力管组件(6)内部的下侧，且所述隔离环作为分流筒外壁与压力管组件(6)内壁之间间隙轴向上的隔离板，元件冷却水组件包括均连接在压力管组件(6)的进口接管和出口接管；
在压力管组件(6)的轴线方向上，所述进口接管和出口接管两者分别位于隔离环的不同侧，所述导向管组件(11)安装在所述分流筒中。
7.根据权利要求1所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，其特征在于，还包括绝热组件(4)，所述压力管组件(6)包裹于所述绝热组件(4)中，所述绝热组件(4)用于实现压力管组件(6)与外侧的隔热。
8.根据权利要求7所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，其特征在于，所述He-3屏位于绝热组件(4)的外侧。
9.根据权利要求7所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，其特征在于，所述绝热组件(4)包括套设在压力管组件(6)外侧的套筒，所述套筒的内壁与压力管组件(6)的外壁之间具有用于容纳气体隔热介质的间隙，所述的用于容纳气体隔热介质的间隙为封闭空间，还包括与所述的用于容纳气体隔热介质的间隙相接的气体引接管。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的一种适用于单根燃料元件瞬态试验的辐照装置，其特征在于，所述导向管组件(11)的上端还设置有排气管。
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