反应堆氢同位素测量系统及其应用方法与流程

本发明涉及核电，更具体地说，涉及一种反应堆氢同位素测量系统及其应用方法。

背景技术：

1、在先进反应堆（如液态金属堆、聚变堆等）中，存在有氢同位素（氚）的产生、迁移、渗透、滞留行为。氚作为放射性核素，其盘存量与释放量直接影响辐射防护。故在对反应堆的设计与安全评估过程中，需要精确获取相关结构材料中的氚渗透系数、溶解度、扩散系数等参数数据。

2、目前相关的氢同位素测量系统通常功能单一，例如仅可进行氢同位素渗透测量，或仅可进行氢同位素吸脱附测量。独立的渗透装置和独立的吸脱附装置，其装置实验参数稳定性、本底漏率、管路吸附特性、分析仪器校准状态均存在显著的系统性差异。这些差异会非线性地叠加到最终的测量信号中，导致在不同装置上获得的氢同位素渗透系数和溶解度数据存在较大偏差，影响了参数间的自洽性评估和物理模型的建立，因此难以满足先进反应堆的相关评估、设计需求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种反应堆氢同位素测量系统及其应用方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种反应堆氢同位素测量系统，包括：

3、至少两个测量模块，用于执行不同的氢同位素测量实验，所述至少两个测量模块包括用于进行渗透测量实验的第一测量模块、用于进行吸放重水测量实验和/或吸放氢测量实验的第二测量模块；以及

4、公共基础模块，包括：

5、气体注入管道，分别与所述第一测量模块以及所述第二测量模块相连通；

6、至少一个抽真空管路；所述抽真空管路与所述气体注入管道相连通；

7、检测分析管路，分别与所述第一测量模块以及所述第二测量模块相连通。

8、进一步地，所述公共基础模块还包括至少一个压力检测管路；所述气体注入管道与所述至少一个压力检测管路相连通。

9、进一步地，所述公共基础模块包括至少两个压力检测管路，所述至少两个压力检测管路并联设置，每个所述压力检测管路均包括压力检测件，且至少部分所述压力检测件的量程不同，以覆盖从真空到高压的测量范围。

10、进一步地，所述至少两个压力检测管路包括用于检测系统真空度的第一压力检测件、在第一压力范围内进行压力测量的第二压力检测件、在第二压力范围内进行压力测量的第三压力检测件中的至少两种；

11、其中，所述第一压力范围中的数值至少部分小于所述第二压力范围中的数值。

12、进一步地，所述公共基础模块还包括至少一个稳压管路，所述稳压管路包括与所述气体注入管道相连通的稳压罐。

13、进一步地，所述第一测量模块与所述公共基础模块之间连接的管道的至少部分管段呈螺旋弯曲状或波纹管状；和/或

14、所述第一测量模块与所述检测分析管路之间连接的管道的至少部分管段呈螺栓弯曲状或波纹管状。

15、进一步地，所述反应堆氢同位素测量系统的管道上设置有管道加热结构以及保温层。

16、进一步地，所述气体注入管道包括多条并联的进气支路，每条所述进气支路上均设置有质量流量控制器。

17、进一步地，所述第一测量模块包括第一加热炉以及具有用于夹持待测样品的渗透工装；和/或

18、所述第二测量模块包括第二加热炉以及设置于所述第二加热炉内的第一反应器。

19、进一步地，所述第二测量模块包括第二加热炉以及设置于所述第二加热炉内的第一反应器；所述第一反应器包括石英管、盖体以及热电偶；所述热电偶穿设于所述盖体上，测量端延伸至所述石英管内，用于测量样品温度。

20、进一步地，还包括用于进行吸放氢测量实验和/或吸放重水测量实验的第三测量模块；所述第三测量模块与所述公共基础模块相连通，包括第三加热炉以及设置于所述第三加热炉内的第二反应器。

21、进一步地，所述第三测量模块还包括升降机构；所述第三加热炉设置于所述升降机构上，可升降地收容或脱离所述第二反应器。

22、构造一种反应堆氢同位素测量系统应用方法，应用于前述任一项所述的反应堆氢同位素测量系统，所述反应堆氢同位素测量系统应用方法包括：

23、步骤s1，根据需要执行的氢同位素测量实验类型，将对应的所述测量模块接入所述公共基础模块，构建系统通路；

24、步骤s2，为所构建的所述系统通路建立测量工况；

25、步骤s3，通过所述检测分析管路监测信号，以获得测量数据。

26、进一步地，所述第二测量模块包括第一反应器；

27、所述氢同位素测量实验包括渗透测量实验、吸放氢测量实验、吸放重水测量实验；

28、当需要执行的氢同位素测量实验为所述渗透测量实验时，所述步骤s2包括：加热至第一实验温度，将预定量的实验气体注入所述公共基础模块以及所述第一测量模块中所述待测样品的前端空间；

29、当需要执行的氢同位素测量实验为所述吸放氢测量实验时，所述步骤s2包括：加热至第二实验温度，将预定量的实验气体注入所述公共基础模块以及所述第二测量模块；切断所述公共基础模块与所述第二测量模块，加热至第三实验温度；

30、当需要执行的氢同位素测量实验为所述吸放重水测量实验时，所述步骤s2包括：将重水与待测样品间隔放置于所述第一反应器内，加热至第四实验温度；自所述第一反应器取出所述重水，加热至第五实验温度。

31、进一步地，当需要执行的氢同位素测量实验为所述渗透测量实验或所述吸放氢测量实验时，所述步骤s1与所述步骤s2之间还包括步骤s4：对待测样品以及所述系统通路进行预处理。

32、进一步地，当需要执行的氢同位素测量实验为所述渗透测量实验时，所述步骤s4包括：打磨抛光所述待测样品，并去除所述系统通路中的空气与水分；

33、当需要执行的氢同位素测量实验为所述吸放氢测量实验时，所述步骤s4包括：去除所述系统通路中的空气与水分，并对所述待测样品进行活化预处理。

34、进一步地，每个所述测量模块均包括加热炉；

35、所述去除所述系统通路中的空气与水分的步骤，包括：

36、通过所述抽真空管路对所述系统通路抽真空；

37、在抽真空的同时或之后，通过所述加热炉对所述测量模块进行烘烤，直至所述检测分析管路所检测的水、氢信号降至本底水平。

38、进一步地，所述第一测量模块包括用于夹持待测样品的渗透工装；当需要执行的氢同位素测量实验为所述渗透测量实验时，所述步骤s4包括：

39、将所述待测样品制备为目标尺寸；

40、打磨抛光所述待测样品，并装配至所述渗透工装；

41、去除所述系统通路中的空气与水分。

42、进一步地，所述目标尺寸包括所述待测样品的直径与厚度；所述直径与所述渗透工装的尺寸相适配，所述厚度大于等于0.3mm，小于等于0.8mm。

43、进一步地，所述对待测样品进行活化预处理的步骤，包括：重复至少三次实验气体吸脱附流程，保持所述待测样品处于活化状态，以稳定待测样品的表面状态和晶格结构，使后续吸放氢测量数据具有可重复性。

44、进一步地，当需要执行的氢同位素测量实验为所述渗透测量实验时，所述步骤s2包括：

45、将所述系统通路加热至第一实验温度，并保温第一时长；

46、隔离所述公共基础模块与所述第一测量模块，并向所述公共基础模块内注入实验气体，控制压力稳定于目标压力；

47、连通所述公共基础模块与所述第一测量模块，使实验气体进入所述渗透工装的前端空间。

48、进一步地，当需要执行的氢同位素测量实验为所述吸放氢测量实验时，所述步骤s2包括：

49、将所述系统通路加热至第二实验温度，并保温第二时长；

50、根据所述待测样品的质量和理论饱和吸氢容量，计算其饱和吸氢所需的实验气体压力值，并向所述系统通路内注入对应量的实验气体；

51、待所述待测样品吸附平衡后，排出所述系统通路内的实验气体；

52、将所述系统通路加热至第三实验温度，脱附所述待测样品中吸附的氢同位素气体。

53、进一步地，当需要执行的氢同位素测量实验为所述吸放重水测量实验时，所述步骤s2包括：

54、将所述待测样品与重水间隔放置于所述第一反应器内；

55、将所述第一反应器加热至第四实验温度，并保温第三时长；

56、取出所述第一反应器内的重水，将吸附重水后的所述待测样品独立放置于所述第一反应器内；

57、将所述第一反应器加热至第五实验温度，脱附待测样品中吸附的重水。

58、进一步地，在所述将所述第一反应器加热至第五实验温度，脱附待测样品中吸附的重水之前，所述步骤s2还包括：去除所述系统通路中的空气与水分。

59、实施本发明构造的技术方案至少具有以下有益效果：

60、本发明所设置的反应堆氢同位素测量系统，能够实施渗透测量实验、吸放氢测量实验、吸放重水测量实验等多种类型的氢同位素测量实验，以满足先进反应堆的相关评估、设计需求。同时，本发明通过设置多个测量模块共用一个公共基础模块，可使得各类氢同位素测量实验均在相同的系统本底条件下进行，以降低不同测量模块实验所获得的数据的偏差，显著提高不同类型的测量实验所获得的数据之间的内在可比性和可靠性，为反应堆的设计与安全评估提供更为可靠的数据支撑。