一種液態(tài)金屬冷卻核反應(yīng)堆，該反應(yīng)堆中的氧氣熱力學(xué)活度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及氧氣熱力學(xué)活 ...的制作方法
【專利說明】
[0001]發(fā)明所涉及的
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及核動(dòng)力學(xué)，并可在含鉛的液態(tài)金屬冷卻發(fā)電站中，尤其是在快中子反應(yīng)堆中使用，在所述快中子反應(yīng)堆的第一回路中使用的液態(tài)重金屬冷卻劑(T )KM T )為44.5%Pb和55.5%Bi的共晶合金和鉛。
[0003]所述液態(tài)重金屬冷卻劑的特點(diǎn)為其對(duì)結(jié)構(gòu)材料具有非常高的腐蝕性。
[0004]因此，在使用含鉛的液態(tài)金屬冷卻劑時(shí)出現(xiàn)的主要技術(shù)問題是:
[0005]-要保證與含鉛的液態(tài)金屬冷卻劑接觸的結(jié)構(gòu)材料的耐腐蝕性；
[0006]-要保證冷卻劑本身以及循環(huán)回路設(shè)備內(nèi)表面的必要的清潔度(避免裝置的個(gè)別區(qū)域出現(xiàn)渣化)。
[0007]同時(shí)，溶解在液態(tài)重金屬冷卻劑中的氧氣濃度對(duì)與液態(tài)重金屬冷卻劑接觸的管道和設(shè)備表面的腐蝕行為有顯著影響。
[0008]由于鉛和鉍對(duì)氧氣的親和性要比鐵和鉻低，所以在與含有溶解氧的鉛或鉛鉍的熔體接觸的鋼的表面上形成了非常薄的(1-10微米)，與基體結(jié)合良好的，結(jié)實(shí)的氧化膜。由于存在這種氧化膜，所以結(jié)構(gòu)材料的耐腐蝕性顯著增強(qiáng)。
[0009]因此，目前氧氣鈍化(緩蝕)表面是保護(hù)與液態(tài)重金屬冷卻劑接觸的結(jié)構(gòu)材料的主要方法，該方法包括在材料的表面形成并維持氧化膜。
[0010]由于氧化膜的性質(zhì)，冷卻劑中氧氣的熱力學(xué)活度水平在很大程度上決定了在裝置運(yùn)行過程中的氧化膜的狀態(tài)。
[0011]當(dāng)溶解到冷卻劑(鉛，鉛鉍)中的氧氣濃度降低到臨界值以下時(shí)將不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)鋼提供可靠的防腐蝕保護(hù)。
[0012]另一方面，在冷卻劑中存在顯著量的氧氣也不好，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致在冷卻劑中積累了超出允許量的固體氧化物。
[0013]所有這些都要求持續(xù)監(jiān)測(cè)在任何規(guī)定的運(yùn)行模式下的冷卻劑中的氧氣熱力學(xué)活度是否維持在規(guī)定的數(shù)值。
【背景技術(shù)】
[0014]已知一種核動(dòng)力裝置，其包括液態(tài)金屬冷卻核反應(yīng)堆，蒸汽發(fā)生器，循環(huán)栗及液態(tài)金屬冷卻劑狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述核反應(yīng)堆的殼體具有設(shè)置在冷卻劑水平線下的堆芯，所述監(jiān)測(cè)是通過使用一個(gè)浸沒在冷卻劑內(nèi)并連接有測(cè)量部件的控制元件對(duì)氧氣熱力學(xué)活度進(jìn)行持續(xù)測(cè)量來實(shí)現(xiàn)的。[馬丁諾夫Π.H.，阿斯哈杜林P.ΠΙ.，西馬科夫A.A.等人.《鉛鉍(鉛)的冷卻劑和核動(dòng)力裝置回路表面狀態(tài)的自動(dòng)化的預(yù)測(cè)監(jiān)控和控制系統(tǒng)的創(chuàng)建》，第三次行業(yè)間科學(xué)實(shí)踐會(huì)議論文集《核工藝中液態(tài)重金屬冷卻劑》。奧布寧斯克，2008年9月15-
19日，共二卷。奧布寧斯克:國(guó)家科學(xué)中心俄羅斯聯(lián)邦物理能源大學(xué)，2010年，第一卷，128-136 頁]
[0015]但是，由于無法了解到在回路的不同部位及在不同操作模式下的氧氣熱力學(xué)活度的真實(shí)數(shù)值，所以所得的數(shù)據(jù)并不總是客觀的，這會(huì)導(dǎo)致核裝置回路的“冷的”部分中氧化相的渣化和結(jié)晶，及“熱的”區(qū)域中結(jié)構(gòu)材料內(nèi)表面的保護(hù)性氧化層的破壞。
[0016]因此，為了保證循環(huán)液體金屬冷卻核裝置運(yùn)行的安全和可靠性，一定要將冷卻劑中的氧氣熱力學(xué)活度維持在一定水平，因此要對(duì)這個(gè)參數(shù)進(jìn)行可靠且準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。
[0017]除此之外，改變所有核裝置的運(yùn)行模式(改變功率，冷卻劑的流量)是獲取關(guān)于氧氣熱力學(xué)活度與溫度的關(guān)系的操作信息的通常做法，這是非常不合適的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是保證在液態(tài)金屬冷卻劑中氧氣熱力學(xué)活度狀態(tài)監(jiān)測(cè)的可靠性并能在任何規(guī)定的核裝置運(yùn)行模式下維持其狀態(tài)。
[0019]本發(fā)明是技術(shù)成果為通過獲取連續(xù)的準(zhǔn)確的關(guān)于反應(yīng)堆通流部分中液態(tài)金屬冷卻劑的物理化學(xué)過程的數(shù)據(jù)而提高反應(yīng)堆運(yùn)行的可靠性。
[0020]上述技術(shù)通過創(chuàng)建一種液態(tài)金屬冷卻核反應(yīng)堆來實(shí)現(xiàn)，其包括裝有設(shè)置在冷卻劑水平線下的堆芯的殼體，蒸汽發(fā)生器，循環(huán)栗及包含設(shè)置在反應(yīng)堆內(nèi)與測(cè)量部件連接的控制元件的液態(tài)金屬冷卻劑狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制元件為設(shè)置在反應(yīng)堆殼體中間部分和周邊部分的，其傳感元件位于液態(tài)金屬冷卻劑層中的氧氣熱力學(xué)活度傳感器，以及一個(gè)設(shè)置在液態(tài)金屬冷卻劑水平線上方并能夠定期浸入到冷卻劑中的附加的氧氣熱力學(xué)活度傳感器。
[0021]氧氣熱力學(xué)活度傳感器的數(shù)量可以是不同的，增加其數(shù)量會(huì)提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。但是，傳感器的安裝與破壞反應(yīng)堆殼體的完整性相關(guān)，因此，優(yōu)選地，其傳感元件位于液態(tài)金屬冷卻劑層中的氧氣熱力學(xué)活度傳感器的數(shù)量不少于兩個(gè)。此時(shí)，其中一個(gè)傳感器位于冷卻劑從堆芯排出的區(qū)域內(nèi)的反應(yīng)堆殼體的“熱的”中間部分，而第二個(gè)位于殼體周邊的“冷的”部分。
[0022]由于設(shè)置在冷卻劑水平線上方的附加的氧氣熱力學(xué)活度傳感器是定期運(yùn)行的，因此其安裝有垂直位移機(jī)構(gòu)以使該傳感器的傳感元件能浸入到冷卻劑層中。
[0023]優(yōu)選地，所述附加的氧氣熱力學(xué)活度傳感器設(shè)置在反應(yīng)堆殼體中間部分的冷卻劑水平線上方。
[0024]優(yōu)選地，使用固體電解質(zhì)傳感器作為所述的氧氣熱力學(xué)活度傳感器。
[0025]還通過創(chuàng)建一種監(jiān)測(cè)核反應(yīng)堆內(nèi)液態(tài)金屬冷卻劑狀態(tài)的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)成果，其包括設(shè)置在反應(yīng)堆內(nèi)與測(cè)量部件連接的控制元件，所述控制元件為設(shè)置在反應(yīng)堆殼體中間部分和周邊部分的，其傳感元件位于液態(tài)金屬冷卻劑層中的持續(xù)運(yùn)行的氧氣熱力學(xué)活度傳感器，以及一個(gè)設(shè)置在液態(tài)金屬冷卻劑水平線上方并能夠定期浸入到冷卻劑中的附加的氧氣熱力學(xué)活度傳感器。
[0026]優(yōu)選地，所述的其傳感元件位于液態(tài)金屬冷卻劑層中的氧氣熱力學(xué)活度傳感器的數(shù)量不少于兩個(gè)。
[0027]優(yōu)選地，所述的設(shè)置在冷卻劑水平線上方的附加的氧氣熱力學(xué)活度傳感器安裝有垂直位移機(jī)構(gòu)。
[0028]優(yōu)選地，所述附加的氧氣熱力學(xué)活度傳感器設(shè)置在反應(yīng)堆殼體中間部分的冷卻劑水平線上方。
[0029]優(yōu)選地，使用固體電解質(zhì)傳感器作為所述的氧氣熱力學(xué)活度傳感器。
[0030]同時(shí)，所述傳感器必須能在溫度為350_650°C，壓力達(dá)1.5MPa，熱沖擊達(dá)100°C/秒和冷卻劑速度達(dá)1.0米/秒條件下并在Pb或Pb-Bi熔體侵蝕反應(yīng)的條件下可靠地運(yùn)行。
[0031]因此，本發(fā)明所使用的氧氣熱力學(xué)活度傳感器是基于使用固體氧化物電解質(zhì)濃差電池的電化學(xué)方法運(yùn)行的。已知一種用于確定不同物質(zhì)中的氧氣含量的類似的傳感器，在能源領(lǐng)域、化工業(yè)及汽車制造工業(yè)中用于監(jiān)測(cè)氣體中的氧氣，在冶金和半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域用于監(jiān)測(cè)金屬恪體內(nèi)的氧氣。
[0032]申請(qǐng)人還申請(qǐng)了一種通過測(cè)量冷卻劑中氧氣熱力學(xué)活度并將讀數(shù)傳輸?shù)綔y(cè)量部件上而監(jiān)測(cè)液態(tài)金屬冷卻核反應(yīng)堆內(nèi)氧氣熱力學(xué)活度的方法，其中對(duì)在反應(yīng)堆殼體的中間“熱的”部分和周圍“冷的”部分的氧氣熱力學(xué)活度進(jìn)行持續(xù)的測(cè)量并對(duì)在反應(yīng)堆中間“熱的”部分的氧氣熱力學(xué)活度進(jìn)行額外的定期測(cè)量。
[0033]對(duì)反應(yīng)堆中間部分的氧氣熱力學(xué)活度進(jìn)行每月1-2次的額外測(cè)量。
【附圖說明】
[0034]通過附圖解釋本發(fā)明的內(nèi)容，其中圖1為裝有液態(tài)金屬冷卻劑內(nèi)氧氣熱力學(xué)活度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核反應(yīng)堆，而圖2為B M-40 A和O K-550裝置內(nèi)鉛鉍冷卻劑溫度與氧氣熱力學(xué)活度傳感器(AAK )讀數(shù)的關(guān)系曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]液體金屬冷卻核反應(yīng)堆具有殼體I，所述殼體裝有設(shè)置在冷卻劑水平線下的堆芯2，在所述堆芯上方設(shè)置有防護(hù)塞3