本發(fā)明涉及研究堆材料輻照技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置及其安裝方法。

背景技術(shù)：

反應(yīng)堆用材料在正式使用之前，必須經(jīng)過堆內(nèi)輻照考驗，以驗證其耐輻照性能是否滿足使用要求，材料的堆內(nèi)輻照考驗需在一定的技術(shù)條件下進行，其中一個重要的指標為輻照樣品的輻照溫度。目前在我國高通量反應(yīng)堆(簡稱HFETR)上的材料輻照考驗裝置能夠進行相關(guān)的材料輻照考驗，但現(xiàn)有輻照考驗裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計最高只能實現(xiàn)400℃左右的材料輻照溫度。由于研究堆與輻照裝置的結(jié)構(gòu)特點，材料輻照考驗裝置進行輻照考驗時，輻照試驗段的一面正對堆芯（以下將正對堆芯的一面稱為“陽面”），另一面背對堆芯（以下將背對堆芯的一面稱為“陰面”），現(xiàn)有技術(shù)中輻照試驗段采用一個整體式圓筒輻照罐裝載所有輻照樣品，當輻照樣品數(shù)量多、輻照溫度較高時，對所有輻照樣品的輻照溫度均勻性要求較高。

中國專利申請CN102867554A公開了一種模塊式套管型隨堆輻照考驗裝置，包括試驗裝置、進氣管及出氣管，其中，試驗裝置包括材料夾持裝置，以及頂法蘭、底法蘭、內(nèi)套管、外套管整體構(gòu)成具有環(huán)形空腔的輻照罐。材料夾持裝置構(gòu)成圓柱狀，材料夾持裝置設(shè)有中央通孔、氣管通孔、樣品存放槽及多個電加熱元件孔，材料夾持裝置位于輻照罐的環(huán)形空腔內(nèi)，內(nèi)套管穿過材料夾持裝置的中央通孔且與中央通孔大小匹配，多個電加熱元件孔環(huán)繞中央通孔設(shè)置，進氣管和出氣管均有一端穿過頂法蘭并設(shè)置在輻照罐內(nèi)。該專利通過進氣管和出氣管流通氣體，以及內(nèi)套管流通冷卻劑，可導(dǎo)出材料輻照試驗過程中釋放的大量熱量，該專利工作時應(yīng)用于高通量工程試驗堆內(nèi)層孔道，可縮短材料輻照試驗的周期。

模塊式套管型隨堆輻照考驗裝置在輻照過程中由于陽面接受的伽馬強度比陰面高，造成陽面的輻照溫度比陰面高，最大溫度差異可達50℃。另外，模塊式套管型隨堆輻照考驗裝置采用安裝電加熱元件的方式來減小軸向輻照溫度，但在實際的工程應(yīng)用中，電加熱元件在高溫和高中子輻照的條件下易損壞，同時，電加熱元件的引入，將占據(jù)一定的輻照空間，減少裝置輻照樣品裝載量，增加輻照裝置的組裝難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置，該獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置對輻照罐陰、陽兩面的溫度單獨控制，使陰、陽兩面的溫度差滿足輻照要求。本發(fā)明還提供了該獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置進行試驗時的安裝方法。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：

獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置，包括輻照罐、進氣管、出氣管，所述輻照罐包括外套管和設(shè)置在外套管內(nèi)的內(nèi)套管，外套管和內(nèi)套管之間形成環(huán)形空腔，所述輻照罐還包括兩個設(shè)置在外套管和內(nèi)套管之間的隔板，兩個隔板將外套管和內(nèi)套管之間的環(huán)形空腔分為兩個子空腔；每個子空腔中設(shè)置一個材料夾持裝置，每個材料夾持裝置上均開設(shè)有氣管通孔；所述進氣管和出氣管的數(shù)量均至少為2根，每個材料夾持裝置的氣管通孔內(nèi)至少安裝有一根進氣管，每個子空腔至少與1根出氣管連通。發(fā)明人在長期的研究實踐中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中，輻照罐采用整體式圓筒輻照罐裝載所有輻照樣品，而由于研究堆與輻照裝置的結(jié)構(gòu)特點，輻照實驗時，輻照罐的一面（陽面）正對堆芯，另一面（陰面）背對堆芯，在輻照試驗過程中，陽面接受的伽馬強度比陰面的高，發(fā)熱量大，因此會造成輻照罐陰、陽兩面的輻照樣品存在一定的溫度差異。有鑒于此，發(fā)明人提出了本方案的獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置，將輻照罐內(nèi)裝載輻照樣品的環(huán)形空腔分為兩個單獨密封的子空腔，每個子空腔分別設(shè)置獨立的進氣管和出氣管與不同的氣體調(diào)控系統(tǒng)相連，可通過進氣管對兩個子空腔充入不同的氣體實現(xiàn)對輻照罐陰、陽兩面的輻照樣品進行獨立地溫度調(diào)控，減小陰、陽面的輻照溫度差異，使陰、陽兩面的輻照考驗溫度趨于一致，使輻照溫度整體可控，達到輻照考驗溫度要求。

進一步，所述材料夾持裝置上安裝有探測樣品，所述出氣管內(nèi)還穿設(shè)有熱電偶導(dǎo)線，所述熱電偶導(dǎo)線上端伸出出氣管、下端伸入子空腔內(nèi)且熱電偶導(dǎo)線下端連接有熱電偶；所述熱電偶與探測樣品相連。本方案中，在材料夾持裝置上安裝探測樣品，并通過熱電偶測試探測樣品的溫度，探測樣品內(nèi)安裝中子探測器，可以監(jiān)控中子數(shù)量。熱電偶可通過其熱電偶導(dǎo)線與溫度測控系統(tǒng)相連，可對輻照考驗溫度進行實時監(jiān)測，在監(jiān)測溫度的基礎(chǔ)上再根據(jù)研究堆的運行功率對兩個子空腔的輻照考驗溫度進行實時調(diào)控，使輻照考驗溫度滿足輻照考驗要求。

作為本發(fā)明的進一步改進，上述獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置還包括固定裝置，所述輻照罐還包括連接在輻照罐上端的頂法蘭、連接在輻照罐下端連的底法蘭；所述固定裝置包括保護管、定位法蘭、鼠籠，保護管下端固定在輻照罐上端、上端固定連接定位法蘭；所述鼠籠連接在定位法蘭上且鼠籠上開設(shè)有熱電偶導(dǎo)線通孔和出氣孔；所述頂法蘭和定位法蘭上均開設(shè)有安裝進氣管的進氣管通孔和安裝出氣管的出氣管通孔，所述鼠籠內(nèi)部與定位法蘭上的出氣管通孔連通；所述進氣管從上至下依次穿過定位法蘭、頂法蘭、材料夾持裝置的氣管通孔，下端伸入輻照罐的子空腔底部；所述出氣管上端固定在定位法蘭上的出氣管通孔內(nèi)、下端固定在頂法蘭的出氣管通孔內(nèi)或穿過頂法蘭伸入子空腔內(nèi)；所述熱電偶導(dǎo)線上端伸出鼠籠。本實施例中，保護管具有增加材料輻照考驗裝置強度和剛度的作用，定位法蘭用于安裝材料輻照考驗裝置安裝。本方案的固定裝置不僅能很好地將輻照罐穩(wěn)定可靠的安裝在堆內(nèi)，而且為兩個子空腔與氣體調(diào)控系統(tǒng)、溫度測控系統(tǒng)的連接提供了支撐。

進一步，為了將固定材料夾持裝置更好地固定在子空腔內(nèi)，所述材料夾持裝置上端還連接有上定位塊、下端還連接有下定位塊；為了更好地密封兩個子空腔，所述底法蘭焊接在輻照罐底部的內(nèi)筒和外筒之間，頂法蘭焊接在輻照罐頂部的內(nèi)筒和外筒之間；為了更好地固定輻照罐，所述輻照罐的內(nèi)筒頂部還焊接有過渡接頭，所述保護管下端固定在過渡接頭上端。

進一步，所述進氣管上端還連接有咀嘴，所述鼠籠的出氣孔上也連接有咀嘴；所述固定裝置還包括密封塑料套管，該密封塑料套管密封連接在鼠籠的熱電偶導(dǎo)線通孔內(nèi)；所述導(dǎo)線上端穿過密封塑料套管伸出鼠籠。咀嘴主要用于連接外部氣體調(diào)控系統(tǒng)，熱電偶導(dǎo)線用于連接外部溫度測控系統(tǒng)，密封塑料套管用于在引出熱電偶導(dǎo)線的同時保證鼠籠的密封性。

進一步，所述材料夾持裝置呈半圓筒狀，所述子空腔呈半圓環(huán)狀，所述進氣管和出氣管的數(shù)量均為2根，2根進氣管各伸入一個材料夾持裝置的氣管通孔內(nèi)，2根出氣管各與一個子空腔連通。

作為本發(fā)明的又一改進，所述材料夾持裝置包括至少3個沿輻照罐軸線方向依次排布的分夾持機構(gòu)，每個分夾持機構(gòu)上都開設(shè)有氣管通孔、樣品存放槽，且每個分夾持機構(gòu)上安裝有探測樣品，每個分夾持機構(gòu)靠近外套管的一面上還設(shè)置有限位筋條。由于研究堆的中子注量率在輻照罐軸向大致呈余弦分布，造成輻照罐在軸向上接受的中子注量不同，使輻照罐中軸向分布的輻照樣品的輻照溫度存在差異，呈現(xiàn)出中間高，兩端低的現(xiàn)象。當輻照樣品數(shù)量多，輻照溫度高時，將增加軸向上的輻照樣品的溫度差，無法保證所有輻照樣品的輻照溫度都滿足要求。有鑒于此，發(fā)明人提出了本方案中的階梯間隙溫度補償方案，具體是將材料夾持裝置在軸向上分為獨立的3個以上的分夾持機構(gòu)，這些分夾持機構(gòu)可以具有不同的氣體間隙以調(diào)整輻照溫度，從而可有效降低輻照罐在軸向上的溫度差。并且，每個分夾持機構(gòu)上安裝有探測樣品，探測所在位置的中子量和溫度，可對輻照考驗溫度進行實時監(jiān)測，從而便于氣體調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)研究堆的運行功率對輻照考驗溫度進行實時調(diào)控，使輻照考驗溫度滿足輻照考驗要求。

進一步，所述分夾持機構(gòu)包括內(nèi)夾塊、套設(shè)在內(nèi)夾塊上的外夾塊，所述內(nèi)夾塊包括第一筒體和設(shè)置在第一筒體外側(cè)壁上的多個第一凸塊，所述第一筒體為弧形筒體；所述多個第一凸塊沿內(nèi)夾塊的圓周分布，相鄰兩個第一凸塊之間構(gòu)成第一凹槽；所述外夾塊包括第二筒體和設(shè)置在第二筒體內(nèi)側(cè)壁上的多個第二凸塊，所述第二筒體也為弧形筒體，所述多個第二凸塊沿外夾塊的圓周分布，相鄰兩個第二凸塊之間構(gòu)成第二凹槽；外夾塊套設(shè)在內(nèi)夾塊上時，第一凹槽正對第二凹槽并構(gòu)成樣品存放槽，第一凸塊正對第二凸塊；所述氣管通孔設(shè)置在外夾塊上；所述限位筋條設(shè)置在外夾塊外壁上。

進一步，每個分夾持機構(gòu)上的樣品存放槽的數(shù)量至少為2個，至少一個樣品存放槽用于安裝輻照樣品，且至少一個樣品存放槽用于安裝探測樣品，所述探測樣品內(nèi)安裝有中子探測器，其外壁上開設(shè)有布置熱電偶測點的凹槽，所述外夾塊由并排在一起的左夾塊和右夾塊構(gòu)成，左夾塊和右夾塊之間預(yù)留有放置熱電偶導(dǎo)線的縫隙，該縫隙的長度方向平行于輻照罐的軸向。本方案中的分夾持機構(gòu)采用分體式結(jié)構(gòu)便于對輻照樣品和探測樣品的組裝以及輻照后解體取出，并且便于安裝熱電偶導(dǎo)線。

獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置的安裝方法，包括以下步驟：

S1、分夾持機構(gòu)安裝樣品：將輻照樣品和安裝了中子探測器的探測樣品分別放入內(nèi)夾塊的不同樣品存放槽內(nèi)，將熱電偶的測點端固定在探測樣品的凹槽內(nèi)，最后將外夾塊包覆在內(nèi)夾塊、輻照樣品和探測樣品外，并將熱電偶的熱電偶導(dǎo)線（11）安放在外夾塊的左夾塊和右夾塊之間的縫隙中；

S2、輻照罐裝入材料夾持裝置：將各分夾持機構(gòu)依次放入輻照罐的子空腔內(nèi)，兩個材料夾持裝置分別放入兩個子空腔后，兩根進氣管穿過頂法蘭后再分別穿過兩個子空腔內(nèi)的所有分夾持機構(gòu)的氣管通孔，使進氣管下端到達每個子空腔底部；將兩根出氣管下端分別伸入頂法蘭上的出氣管通孔內(nèi)，熱電偶導(dǎo)線從出氣管內(nèi)穿出；最后在材料夾持裝置上端安裝上定位塊、下端安裝下定位塊對材料夾持裝置進行定位；

S3、密封輻照罐：將頂法蘭和底法蘭分別封焊在與輻照罐兩端的內(nèi)管與外管之間，將過渡接頭焊接在輻照罐的內(nèi)管上端；

S4、安裝固定裝置：將保護管下端與過渡接頭上端焊接在一起，保護管上端與定位法蘭焊接連接；

S5、安裝進氣管和出氣管：進氣管上端依次穿過頂法蘭、定位法蘭后與一個咀嘴下端焊接在一起；將出氣管上端焊接在定位法蘭的出氣管通孔內(nèi)；

S6、安裝熱電偶導(dǎo)線：熱電偶導(dǎo)線穿出出氣管后進入鼠籠；將密封塑料套管套設(shè)在熱電偶導(dǎo)線外，并將該密封塑料套管塞入鼠籠的熱電偶導(dǎo)線通孔內(nèi)后采用密封膠進行密封；

S7、安裝鼠籠：將鼠籠下端焊接在定位法蘭上端，并使鼠籠與頂法蘭上的出氣管通孔連通；在鼠籠的每個出氣孔處焊接咀嘴。

綜上，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明將輻照罐的內(nèi)部環(huán)形空腔分隔為陰陽兩個獨立的子空腔，采用陰陽面溫度獨立控制技術(shù)，對兩個子空腔單獨通入氣體進行控制，對輻照罐的陰、陽兩面分別進行溫度調(diào)控，使輻照試驗段陰、陽面的溫度趨于一致。

2、本發(fā)明對輻照罐軸向采用階梯間隙溫度補償技術(shù)，采用多個分夾持機構(gòu)并排在軸向構(gòu)成樣品夾持裝置，每個分夾持機構(gòu)到輻照罐的間隙可以不同，從而溫度不同，可有效降低輻照罐在軸向上的溫度差。

3、本發(fā)明通過熱電偶與溫度測控系統(tǒng)相連，可對輻照考驗溫度進行實時監(jiān)測，通過一定的接口與氣體調(diào)控系統(tǒng)相連，可根據(jù)研究堆的運行功率對輻照考驗溫度進行實時調(diào)控，使輻照考驗溫度滿足輻照考驗要求。

4、本發(fā)明的材料夾持裝置分為三部分對輻照樣品進行包夾，便于輻照樣品的組裝及輻照后解體取出。

5、本發(fā)明的獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置采用熔點為1400℃左右的06Cr18Ni11Ti奧氏體不銹鋼制成，具有輻照溫度高、耐高溫輻照性能好的優(yōu)點，能夠支撐 (650±50)℃的高溫輻照考驗試驗。

6、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、密封性能好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置的剖面圖；

圖2是輻照罐和材料夾持裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是材料夾持裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是鼠籠的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中標記及相應(yīng)的零部件名稱：1-底法蘭；2-下定位塊；3-輻照罐；4-輻照樣品；5-探測樣品；6-上定位塊；7-頂法蘭；8-過渡接頭；9-進氣管；10-出氣管；11-熱電偶導(dǎo)線；12-保護管；13-定位法蘭；14-吊耳；15-咀嘴；16-鼠籠；17-密封塑料套管；18-左夾塊；19-右夾塊；20-內(nèi)夾塊；21-氣管通孔；22-樣品存放槽；23-外夾塊；24-隔板；25定位筋。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1：

如圖1所示，獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置，包括輻照罐3、進氣管9、出氣管10。輻照罐3用于裝載輻照樣品4，使輻照樣品4處于研究堆活性區(qū)，為輻照考驗裝置的核心部件。所述輻照罐3包括外套管、設(shè)置在外套管內(nèi)的內(nèi)套管、兩個設(shè)置在外套管和內(nèi)套管之間的隔板24，外套管和內(nèi)套管之間形成環(huán)形空腔，兩個隔板24位于輻照罐3的同一直徑上，將外套管和內(nèi)套管之間的環(huán)形空腔分為兩個半圓環(huán)形的子空腔；每個子空腔中設(shè)置一個半圓筒結(jié)構(gòu)的材料夾持裝置。

每個材料夾持裝置上均開設(shè)有1個貫穿材料夾持裝置上、下兩個端面的氣管通孔21；所述進氣管9和出氣管10的數(shù)量均為2根，每個材料夾持裝置的氣管通孔21內(nèi)安裝有一根進氣管9，每個子空腔與1根出氣管10連通。進氣管9穿過材料夾持裝置的氣管通孔21伸入所在子空腔的底部，出氣管10下端位于子空腔頂部，進氣管9和出氣管10連接外部氣體調(diào)控系統(tǒng)。

本實施例中，獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置設(shè)計成與兩套氣體調(diào)控系統(tǒng)配合的方式：將輻照罐3內(nèi)安裝輻照樣品4的環(huán)形空腔分隔為兩個子空腔，每個子空腔通過與該子空腔相連的進氣管9和出氣管10與一套氣體調(diào)控系統(tǒng)相連。

傳統(tǒng)的材料輻照考驗裝置中，輻照罐3為一個整體式的圓筒，并在圓筒3內(nèi)放置所有的輻照樣品4，且只通過一套氣體調(diào)控系統(tǒng)對輻照罐3內(nèi)的輻照溫度進行調(diào)節(jié)。發(fā)明人在長期的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，這種輻照罐3和氣體調(diào)控系統(tǒng)的配合方式會造成輻照罐3內(nèi)靠近堆芯的輻照樣品4由于接受的中子注量多，輻照溫度相對較高，而遠離堆芯的輻照樣品接受的中子注量少，輻照溫度相對較低，導(dǎo)致輻照罐3內(nèi)輻照溫度不均勻性增加，使部分輻照樣品4的輻照考驗溫度無法達到輻照考驗要求?；诖?，發(fā)明人提出了采用陰陽面溫度獨立控制方式解決輻照罐3中陰、陽面輻照溫度差異較大的問題的思路。兩個隔板24將環(huán)形的輻照空間分割為獨立的陰、陽兩面的子空腔，且兩個子空腔各自與一套氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連，可實現(xiàn)對輻照罐3的陰、陽兩面的輻照樣品4進行獨立地溫度調(diào)控，減小陰、陽面的輻照溫度差異。具體控制方式是，在實際的輻照考驗過程中，陽面的子空腔內(nèi)多充入一點氦氣，陰面的子空腔內(nèi)多充入一點氬氣，使陰、陽兩面的輻照考驗溫度趨于一致。

所述材料夾持裝置上安裝有探測樣品5，兩根出氣管10內(nèi)均還穿設(shè)有熱電偶導(dǎo)線11，所述熱電偶導(dǎo)線11上端伸出出氣管10、下端伸入子空腔內(nèi)且熱電偶導(dǎo)線11下端連接有熱電偶；所述熱電偶的測點與探測樣品5相連，測量探測樣品5的溫度，熱電偶導(dǎo)線11上端可通過補償導(dǎo)線與溫度溫測控系統(tǒng)相連。探測樣品5用于探測所在位置的中子量和輻照溫度，其材料與輻照樣品4相同，其內(nèi)部可以安裝中子探測器。本實施例中通過熱電偶和探測樣品可對陰陽兩側(cè)的輻照考驗溫度進行實時監(jiān)測，從而便于氣體調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)研究堆的運行功率對輻照考驗溫度進行實時調(diào)控，使輻照考驗溫度滿足輻照考驗要求。

輻照罐3的可以采用以下兩種方式制造：

一是采用一個壁厚1.8mm的內(nèi)筒、一個壁厚1.8mm且內(nèi)徑為44.2mm的外筒和兩個厚1.8mm的隔板24，將兩個隔板24焊接在內(nèi)筒與外筒之間形成輻照罐3。

二是采用一個圓柱，在圓柱內(nèi)部的兩半圓部分通過線切割工藝切割出兩個獨立的扇形通孔，兩扇形孔距離輻照罐外壁1.8mm、兩扇形孔之間留有1.8mm的不銹鋼板將兩者隔開，在圓柱中心開設(shè)一個圓形通孔，即形成輻照罐3，其中兩扇形孔即輻照罐3的兩個子空腔，兩個扇形孔之間的不銹鋼板即兩個隔板24，圓柱中心的圓形通孔內(nèi)徑為44.2mm。

上述輻照罐的外筒、內(nèi)筒的壁厚、隔板的厚度、內(nèi)筒的內(nèi)徑等參數(shù)不僅限于本實施例中提供的具體數(shù)值，可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。

實施例2：

在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例中，為了更好地將材料夾持裝置固定在子空腔內(nèi)，所述材料夾持裝置上端還連接有上定位塊6、下端還連接有下定位塊2。材料夾持裝置將樣品夾持好后安裝到子空腔內(nèi)，然后上定位塊6從上端將材料夾持裝置固定，下定位塊2從下端將材料夾持裝置固定。兩個子空腔的材料夾持裝置可以分別采用結(jié)構(gòu)不同的上定位塊6、下定位塊2固定，也可以采用結(jié)構(gòu)相同的上定位塊6、下定位塊2固定。實際上，上定位塊6和下定位塊2的結(jié)構(gòu)可以相同也可以不同；兩個上定位塊6的結(jié)構(gòu)可以相同也可以不同，兩個下定位塊2的結(jié)構(gòu)可以相同也可以不同，只是由于兩個子空腔為分隔、獨立的兩部分，無法共用一個上定位塊6或一個下定位塊2。

實施例3：

在實施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上，本實施例中的獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置還包括固定裝置。固定裝置用于將輻照考驗裝置固定于輻照孔道中，通過相應(yīng)的接口與堆外氣體調(diào)控系統(tǒng)和溫度測控系統(tǒng)相連，起連接導(dǎo)向作用。

所述輻照罐3還包括連接在輻照罐6上端的頂法蘭7、連接在輻照罐6下端連的底法蘭1，具體地：底法蘭1封焊在輻照罐3底部的內(nèi)筒和外筒之間，頂法蘭7封焊在輻照罐3頂部的內(nèi)筒和外筒之間，使輻照罐3的兩個子空間上下兩端分別被頂法蘭7和底法蘭1密封，但頂法蘭7上開設(shè)有安裝進氣管9的進氣管通孔和安裝出氣管10的出氣管通孔，由于本實施例中每個子空腔內(nèi)連接有一根進氣管9和一根出氣管10，因此頂法蘭7上，在每個子空腔對應(yīng)的位置應(yīng)開設(shè)一個的進氣管通孔和一個的出氣管通孔，共四個通孔；過渡接頭8封焊在輻照罐3的內(nèi)筒頂部。底法蘭1、頂法蘭7和過渡接頭8均采用圓周滿焊的方式與相應(yīng)的內(nèi)筒、外筒焊接在一起。

所述固定裝置包括保護管12、定位法蘭13、吊耳14、兩個鼠籠16，保護管12上端焊接于定位法蘭13的下端面，下端焊接于過渡接頭8的上端面，起增加裝置強度和剛度的作用；定位法蘭13用于將獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置與反應(yīng)堆平頂蓋相連，連接時定位法蘭13與反應(yīng)堆平頂蓋通過鏍釘固定連接。吊耳14焊接于定位法蘭13的上端面，起吊裝作用。所述定位法蘭13上開設(shè)有2個安裝進氣管9的進氣管通孔和2個安裝出氣管10的出氣管通孔。兩根進氣管9從上至下依次穿過定位法蘭13上的進氣管通孔、頂法蘭7上的進氣管通孔、材料夾持裝置的氣管通孔21，進氣管9下端伸入輻照罐3的子空腔底部。進氣管9與頂法蘭7圓周滿焊在一起、與定位法蘭13點焊在一起。如圖4所示，兩個鼠籠16均焊接在定位法蘭13的上端面上，與定位法蘭13圓周滿焊在一起，兩個鼠籠16分別位于定位法蘭13上安裝出氣管10的2個通孔正上方，使每個鼠籠16內(nèi)部與一根出氣管10連通；兩個鼠籠16上均開設(shè)有熱電偶導(dǎo)線通孔和出氣孔。

兩根出氣管10上端分別固定在定位法蘭13上的兩個出氣管通孔內(nèi)、下端分別穿過定位法蘭13上的兩個出氣管通孔后分別伸入頂法蘭7的兩個出氣管通孔內(nèi)并與頂法蘭7的出氣管通孔圓周滿焊，兩根出氣管10分別通過頂法蘭7的兩個出氣管通孔分別兩個子空腔連通，出氣管10與定位法蘭13的出氣管通孔也為圓周焊接。實際應(yīng)用中，兩根出氣管10下端也可以分別穿過頂法蘭7的兩個出氣管通孔，伸入子空腔內(nèi)。

所述兩根出氣管10內(nèi)均還穿設(shè)有熱電偶導(dǎo)線11，熱電偶導(dǎo)線11一端伸入所在子空腔的材料夾持裝置內(nèi)連接熱電偶，另一端伸出所在鼠籠16。

所述進氣管9上端還連接有咀嘴15，進氣管9上端與咀嘴15圓周滿接在一起，所述鼠籠16的出氣孔的中心孔處圓周滿焊咀嘴15，與鼠籠16的出氣孔相連的咀嘴15與氣體調(diào)控系統(tǒng)相連。本實施例中進氣管9一端通過咀嘴15與氣體調(diào)控系統(tǒng)相連，另一端直接插入輻照罐3內(nèi)底部，起到向輻照罐3內(nèi)部子空腔中導(dǎo)惰性氣體的作用。出氣管10一端連通子空腔、另一端通過鼠籠16和鼠籠16上的咀嘴15連通氣體調(diào)控系統(tǒng)，起導(dǎo)出惰性氣體的作用。本實施例中的四個咀嘴15可與兩套氣體調(diào)控系統(tǒng)相連，每套氣體調(diào)控系統(tǒng)通過一個咀嘴15連接一根進氣管9，還通過另一個咀嘴15連接一個鼠籠16的出氣孔。

所述固定裝置還包括密封塑料套管17，該密封塑料套管17密封連接在鼠籠16的熱電偶導(dǎo)線通孔內(nèi)。所述密封塑料套管17采用聚四氟乙烯制成，其內(nèi)徑為1.2mm，由兩個橫截面呈弧形的套管拼合而成，其作用是將熱電偶導(dǎo)線11包緊后塞入鼠籠16上的熱電偶導(dǎo)線通孔中，起密封作用。

實際應(yīng)用中，上述保護管12上端還可以采用的方式有：定位法蘭13上開設(shè)有供保護管12穿過的通孔，保護管12上端通過該通孔伸出定位法蘭13，但保護管12位于該通孔內(nèi)的圓周部分焊接在定位法蘭13的該通孔內(nèi)。

實際應(yīng)用中，獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置的輻照罐3的結(jié)構(gòu)可以作一些微小調(diào)整，例如兩個隔板24并不完全在輻照罐3的同一直徑上，使得兩個子空腔并非完全為一個半圓環(huán)形，其中一個子空腔的圓心角略大于180°，另一個圓心角略小于180°，但偏差不能過大，例如大于30°。同樣：兩個材料夾持裝置與兩個子空腔配合，也不一定是完全的半圓筒結(jié)構(gòu)，其截面的圓心角也可以在180°左右有微小變化。兩個隔板24的設(shè)置只要大體將輻照罐3的圓環(huán)空腔分割為陰、陽兩面的子空腔即可，材料夾持裝置位于子空腔內(nèi)，其結(jié)構(gòu)與子空腔配合即可。當然，子空腔和材料夾持裝置的截面呈嚴格的半圓環(huán)狀是最佳的選擇，其結(jié)構(gòu)最規(guī)則，不僅便于生產(chǎn)、安裝和使用，而且利用氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行溫度調(diào)控時效果也最好。此外，每個子空腔內(nèi)也可以連接多根進氣管9和多根出氣管10，相應(yīng)地子空腔內(nèi)的材料夾持裝置上的氣管通孔21的數(shù)量與該子空腔內(nèi)的進氣管9數(shù)量一致，頂法蘭7和定位法蘭13上開設(shè)的進氣管通孔、出氣管通孔也應(yīng)該與進氣管9和出氣管10的數(shù)量一致，但一般而言，每個子空腔配備一根進氣管9和一根出氣管10即可。

實施例4：

在實施例1至實施例3中任一實施例的基礎(chǔ)上，本實施例中的對材料夾持裝置進行進一步改進：所述材料夾持裝置包括至少3個沿輻照罐3軸線方向（即上下方向）依次排布的分夾持機構(gòu)，每個分夾持機構(gòu)上都開設(shè)有貫穿分夾持機構(gòu)上下端面的氣管通孔21、樣品存放槽22，每個分夾持機構(gòu)上安裝有探測樣品5；每個分夾持機構(gòu)上的樣品存放槽22的數(shù)量至少為2個，至少一個樣品存放槽22用于安裝輻照樣品4，且至少一個樣品存放槽22用于安裝探測樣品5。

探測樣品5的外形尺寸與夏比沖擊試樣的尺寸一致，為10mm×10mm×55mm的長方體，采用的材料與輻照樣品4一致，其內(nèi)部開有一個Φ6的孔放置中子探測器，在其一個矩形面上開槽并布置熱電偶測點。探測樣品5對中子注量和輻照考溫度進行監(jiān)測。

如圖2和圖3所示，所述分夾持機構(gòu)包括內(nèi)夾塊20、套設(shè)在內(nèi)夾塊20上的外夾塊23，所述內(nèi)夾塊20包括第一筒體和設(shè)置在第一筒體外側(cè)壁上的多個第一凸塊，所述第一筒體為弧形筒體；所述多個第一凸塊沿內(nèi)夾塊20的圓周分布，相鄰兩個第一凸塊之間構(gòu)成第一凹槽；

所述外夾塊23包括第二筒體和設(shè)置在第二筒體內(nèi)側(cè)壁上的多個第二凸塊，所述第二筒體也為弧形筒體，所述多個第二凸塊沿外夾塊23的圓周分布，相鄰兩個第二凸塊之間構(gòu)成第二凹槽；

外夾塊23套設(shè)在內(nèi)夾塊20上時，第一凹槽正對第二凹槽，第一凸塊正對第二凸塊，相對的第一凹槽和第二凹槽構(gòu)成一個樣品存放槽，且相對的第一凹槽與第二凹槽形狀相同，例如但不限于同為矩形凹槽或者同為半圓形凹槽；第一凸塊正對第二凸塊使得外夾塊23套設(shè)在內(nèi)夾塊20外；所述氣管通孔21設(shè)置在外夾塊23上，所述外夾塊23外壁還設(shè)置有限位筋條。上述樣品存放槽22的結(jié)構(gòu)與所需安裝的樣品的結(jié)構(gòu)一致，只需要凸塊的側(cè)面形狀作一定調(diào)整即可，本實施例中，探測樣品5為長方體狀，輻照樣品4為圓筒狀，因此安裝探測樣品5的樣品存放槽22橫截面為矩形，凸塊在該樣品存放槽22的側(cè)面為平面；安裝輻照樣品4的樣品存放槽22橫截面為圓形，凸塊在該樣品存放槽22的側(cè)面為弧面。

由于研究堆的中子注量率在軸向大致呈余弦分布，造成輻照罐3在軸向上接受的中子注量不同，相應(yīng)的使輻照罐3中軸向分布的輻照樣品4的輻照溫度存在差異，呈現(xiàn)出中間高，兩端低的現(xiàn)象。當輻照樣品4數(shù)量多，輻照溫度高時，將增加輻照罐3軸向上的輻照樣品4的溫度差，無法保證所有輻照樣品4的輻照溫度都滿足要求。因此本實施例中，輻照罐3陰、陽兩面的材料夾持裝置設(shè)置為自上而下排布的多個分夾持機構(gòu)，每個分夾持機構(gòu)內(nèi)布置有一個探測樣品5，對材料夾持裝置的軸向上的中子注量和輻照考溫度進行監(jiān)測，本實施例中，每個材料夾持裝置包括5個分夾持機構(gòu)，5個分夾持機構(gòu)自上而下排布在一起。本實施例中采用階梯間隙溫度補償技術(shù)來解決軸向存在溫度差異的問題。根據(jù)溫度控制原理，在相同的氣體成分下，減小氣體間隙，可降低熱阻，使輻照考驗溫度下降，增大氣體間隙，可提高熱阻，使輻照考驗溫度上升。

外夾塊23外壁設(shè)置有限位筋條，該限位筋條在輻照罐3的徑向上具有一定高度，保證外夾塊23與輻照罐3的外套管之間的氣體間隙、內(nèi)夾塊20與輻照罐3的內(nèi)套管之間的間隙。分夾持機構(gòu)將輻照樣品4及探測樣品5包夾好后，可自下而上一層一層地裝入輻照罐3的子空腔中，本實施例中，每個材料夾持裝置包括5個分夾持機構(gòu)，因此一共裝5層，其中上、下兩層的軸向高度為85mm，中間3層的高度為55mm，共335mm。階梯間隙溫度補償技術(shù)將輻照試驗段按軸向方向分為上、中、下三段處理，最上端的一層為上段、最下端的一層為下段、中間三層作為中段，對各段分別進行熱工計算，確定不同地氣體間隙，降低輻照罐3內(nèi)軸向上的溫度差異，減小輻照試驗段在軸向上存在的溫度差異。

為便于組裝和解體檢查性能，所述外夾塊23由并排在一起的左夾塊18和右夾塊19構(gòu)成，左夾塊18和右夾塊19之間預(yù)留有放置熱電偶導(dǎo)線11的縫隙，該縫隙的長度方向平行于輻照罐3的軸向。

本實施例的獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置組裝入堆后，通過咀嘴15與外部氣體調(diào)控系統(tǒng)相連，通過熱電偶導(dǎo)線11與外部溫度測控系統(tǒng)相連。該獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置能夠使所有的輻照樣品4的輻照溫度差異控制在一定范圍內(nèi)。

本發(fā)明的溫度控制原理為：獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置組裝入堆后，輻照罐3及其內(nèi)的各零部件處于研究堆活性區(qū)，輻照罐3的外套管外和內(nèi)套管內(nèi)均為冷卻水。輻照考驗開始后，輻照樣品4、左夾塊18和右夾塊19、內(nèi)夾塊20等將接受中子照射，并產(chǎn)生熱量，熱量將分別通過左夾塊18和右夾塊19、內(nèi)夾塊20、氣體間隙、輻照罐3導(dǎo)出，最終被冷卻水帶走，當整個過程穩(wěn)定之后，輻照罐3內(nèi)將保持穩(wěn)定的輻照溫度。

當固化輻照罐3各段的氣體間隙后，在反應(yīng)堆功率穩(wěn)定的情況下，可以通過改變氣體間隙的熱阻來調(diào)控輻照溫度，當氣體間隙的熱阻升高，則輻照溫度將上升，反之則下降。在輻照考驗試驗過程，可以通過進氣管9和出氣管10向輻照罐3的子空腔中導(dǎo)入和導(dǎo)出氦氣和氬氣，其中氦氣的導(dǎo)熱性能好，可降低氣體間隙的熱阻，使輻照考驗溫度降低，氬氣的導(dǎo)熱性能差，可提高氣體間隙的熱阻，使輻照考驗溫度升高。通過調(diào)節(jié)兩種氣體的混合比例，可使輻照考驗溫度達到考驗要求。

發(fā)明人將本實施例中的獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置在研究堆上的輻照孔道中進行了材料輻照考驗試驗，得到了表1所示的輻照考驗過程中某一天的試驗數(shù)據(jù)結(jié)果。

從上表可以看出，最高輻照溫度達到了649℃，突破了傳統(tǒng)輻照考驗裝置400℃的輻照考驗溫度限值；陽面軸向最大溫差不超21.03℃，陰面軸向最大溫差不超過11.75℃，相較于現(xiàn)有技術(shù)中的40℃溫差，大大降低了軸向溫差；此外陰陽面最大溫差也不超過25℃，與現(xiàn)有技術(shù)中的50℃相比，明顯降低了陰陽面溫差。

獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置的安裝方法，包括以下步驟：

S1、分夾持機構(gòu)安裝樣品：將輻照樣品4和安裝了中子探測器的探測樣品5分別放入內(nèi)夾塊20的不同樣品存放槽22內(nèi)，將熱電偶的測點端固定在探測樣品5的凹槽內(nèi)，最后將外夾塊23包覆在內(nèi)夾塊20、輻照樣品4和探測樣品5外，并將熱電偶的熱電偶導(dǎo)線11安放在外夾塊23的左夾塊18和右夾塊19之間的縫隙中；

S2、輻照罐3裝入材料夾持裝置：將各分夾持機構(gòu)依次放入輻照罐3的子空腔內(nèi)，兩個材料夾持裝置分別放入兩個子空腔后，兩根進氣管9穿過頂法蘭7后再分別穿過兩個子空腔內(nèi)的所有分夾持機構(gòu)的氣管通孔21，使進氣管9下端到達每個子空腔底部；將兩根出氣管10下端分別伸入頂法蘭7上的出氣管通孔內(nèi)，熱電偶導(dǎo)線11從出氣管10內(nèi)穿出；最后在材料夾持裝置上端安裝上定位塊6、下端安裝下定位塊2對材料夾持裝置進行定位；

S3、密封輻照3：將頂法蘭7和底法蘭1分別封焊在與輻照罐3兩端的內(nèi)管與外管之間，將過渡接頭8焊接在輻照罐3內(nèi)管上端；

S4、安裝固定裝置：將保護管12下端與過渡接頭8上端面焊接在一起，保護管12上端與定位法蘭13焊接連接；本實施例中，定位法蘭13下端面設(shè)置有沉孔，保護管12先插入定位法蘭13下端面的沉孔內(nèi)，以便于裝置軸向同心定位，再將保護管12與定位法蘭13下端面進行焊接；實際應(yīng)用中，如果采用保護管12上端伸出定位法蘭13 的固定方式，則定位法蘭13開設(shè)供保護管12上端通過的通孔，保護管12位于該通孔內(nèi)的圓周部分焊接在定位法蘭13的該通孔內(nèi)；

S5、安裝進氣管9和出氣管10：進氣管9上端依次穿過頂法蘭7、定位法蘭13后與一個咀嘴15下端焊接在一起；并將進氣管9與頂法蘭7、定位法蘭13焊接連接；將出氣管10下端焊接在頂法蘭7上的出氣管通孔內(nèi)，出氣管10上端焊接在定位法蘭13的出氣管通孔內(nèi)；

S6、安裝熱電偶導(dǎo)線11：熱電偶導(dǎo)線11穿出出氣管10后進入鼠籠16；將密封塑料套管17套設(shè)在熱電偶導(dǎo)線11外，并將該密封塑料套管17塞入鼠籠16的熱電偶導(dǎo)線通孔內(nèi)后采用密封膠進行密封；

S7、安裝鼠籠16：將鼠籠16下端焊接在定位法蘭13上端，并使鼠籠16與頂法蘭7上的出氣管通孔連通；在鼠籠16的每個出氣孔處焊接咀嘴15。

【實施例5】

在上述任一實施例的基礎(chǔ)上，本實施例中對獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置進行進一步改進：本實施例中，左夾塊18和右夾塊19、內(nèi)夾塊20采用06Cr18Ni11Ti奧氏體不銹鋼加工制造。

在第四代核能系統(tǒng)（釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)）的研制過程中，需要對相關(guān)材料進行(650±50)℃的高溫輻照考驗，以獲得相關(guān)材料的耐高溫輻照性能數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的材料輻照考驗所要求的輻照考驗溫度為300℃左右（300℃為工程項目中的常用的技術(shù)指標，400℃為傳統(tǒng)輻照裝置最高能實現(xiàn)的輻照溫度），輻照罐3內(nèi)材料夾持裝置的材料一般為6061鋁合金，熔點為600℃左右，無法進行600℃以上的高溫材料輻照考驗。

本實施例中，材料夾持裝置采用熔點為1400℃左右的06Cr18Ni11Ti奧氏體不銹鋼制成，其密度高，在輻照過程中的發(fā)熱量大，能夠?qū)崿F(xiàn)材料的(650±50)℃高溫輻照考驗，具有輻照溫度高，耐高溫輻照性能好的特點。實際應(yīng)用中，該獨立溫度補償型材料輻照考驗裝置的除輻照樣品4、探測樣品5、密封塑料套管17外的所有零部件都可采用06Cr18Ni11Ti不銹鋼加工制造，提高輻照試驗段耐高溫輻照性能。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。