[0001] 本发明的实施例涉及反应堆安全领域，具体涉及一种实验设备。

[0002] 芯块‑包壳相互作用(PCI)是导致反应堆燃料棒的包壳管失效的重要原因。具体地，反应堆燃料棒的包壳管中容纳有芯块，芯块中的铀235裂变会产生碘，碘能够腐蚀包壳管；同时，芯块在辐照作用下发生辐照肿胀，体积增大，进而导致芯块与包壳管的内壁接触，芯块从包壳管内部沿包壳管的径向方向对包壳管施加环向应力，碘的腐蚀和环向应力共同作用导致包壳管开裂，即产生碘致应力腐蚀现象。

[0003] 为了研究碘致应力腐蚀现象，相关技术中，往往采用轴向拉伸实验设备拉伸待测试物来模拟碘致应力腐蚀现象，但这种实验设备直接对待测试物施加轴向的拉伸力，这不能使待测试物的受力情况与真实情况一致，难以获得准确的研究数据。

[0014] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0015] 需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

[0016] 参见图1，本发明的实施例提供一种实验设备，实验设备用于对待测试物进行测试，其包括：测试部10，测试部10具有容纳待测试物的空间；加热装置20，加热装置20被设置成能够对测试部10加热；抽真空装置30，抽真空装置30被设置成能够对测试部10抽真空；其中，测试部10一部分设置在加热装置20内，另一部分设置在加热装置20外，测试部10设置在加热装置20外的部分设置有开口111，待测试物能够通过开口111放入测试部10中。

[0017] 本发明的实施例提供的实验设备用于对待测试物进行测试，待测试物可以为内部填充有高压气体和碘的密封的锆合金管，在对待测试物进行测试时，可以使测试部10密封，通过抽真空装置30和加热装置20，实验设备的测试部10可以为待测试物提供真空和高温的环境。在对待测试物进行测试时，待测试物放入实验设备的测试部10中，由于待测试物内部填充有高压气体和碘，高压气体可以模拟锆合金管受到的环向应力，碘可以模拟碘对锆合金管的腐蚀，通过提高测试部10的温度加热待测试物内的高压气体，可以增大锆合金管受到的环向应力，导致锆合金管开裂，以完成待测试物的测试。

[0018] 使用本发明的实施例提供的实验设备对待测试物进行测试时，由于不通过实验设备直接对待测试物施力，而是仅为待测试物提供真空和高温的环境，因此能够使待测试物的受力情况与真实情况一致。

[0019] 在本实施例中，测试部10一部分设置在加热装置20内，另一部分设置在加热装置20外，测试部10设置在加热装置20外的部分设置有开口111。可以理解地，测试部10设置在加热装置20外的部分具有较低的温度，通过这种设置方式，可以防止开口111附近的结构(如密封结构等)由于温度过高而损坏。

[0020] 加热装置20可以为具有外壳的加热炉，测试部10的一部分设置在加热炉的外壳内部，测试部10的另一部分设置在加热炉的外壳外部。加热装置20可以通过设置在加热炉的外壳内部的电加热丝对测试部10设置在加热装置20内部的部分进行加热。电加热丝可以缠绕在测试部10的外部。

[0021] 抽真空装置30通过管路与测试部10连通，以实现对测试部10抽真空。在某些实施例中，抽真空装置30可以包括分子泵和机械泵，分子泵和机械泵串联设置，先通过机械泵使测试部10内达到较低的真空度，然后切换分子泵使测试部10内达到较高的真空度。在测试部10内达到较高的真空度之后，可以通过阀门切断抽真空装置30与测试部10之间的连通状态。由于待测试物内含有高压气体，当待测试物破裂时，高压气体会快速释放至测试部10中，使测试部10内部的真空度发生突变，通过监测这种真空度的突变，可以确定待测试物是否发生破裂。

[0022] 测试部10可以包括真空度测量装置，真空度测量装置设置在连接抽真空装置30和测试部10的管路上，真空度测量装置用于测量管体11内的真空度。抽真空装置30可以通过管路与测试部10设置在加热装置20外的部分连接，这样，当真空度测量装置设置在管路上时，可以便于真空度测量装置的更换。真空度测量装置可以为电离规。

[0023] 参见图1‑图4，在一些实施例中，测试部10包括管体11，管体11具有封闭端和开口端，封闭端设置在加热装置20内，开口端形成有开口111，管体11形成有容纳待测试物的空间。

[0024] 可以理解地，本发明的实施例提供的实验设备为进行模拟碘致应力腐蚀的实验设备，实验设备一般针对特定的待测试物进行测试，待测试物一般为反应堆燃料棒的包壳管的形状，因此，在本实施例中，测试部10的测试空间与反应堆燃料棒的包壳管的形状相匹配，即，通过管体11形成容纳待测试物的空间(测试空间)，以此来减小需要抽真空的测试空间的体积，使测试空间更容易实现较高的真空度，同时由于管体11的开口111较小，还能便于测试部10的密封。管体11的直径可以设置成略大于待测试物的直径，以避免测试空间的浪费，提高测试空间的利用效率。管体11的材质可以为金属，具体可以为不锈钢材质，以提供良好的导热性并耐受一定程度的高温。

[0025] 参见图2、图5，在一些实施例中，测试部10还包括盖体12，盖体12与开口111密封连接。在对待测试物进行测试时，测试部10需要提供真空的测试环境，以通过真空度的突变来检测待测试物是否发生破裂，因此，可以通过盖体12来对开口111进行密封，以使管体11内形成真空环境。

[0026] 参见图2‑图4，在一些实施例中，测试部10还包括止挡部13，止挡部13设置于开口111处，止挡部13和盖体12之间设置有密封圈14，通过止挡部13和盖体12压紧密封圈14来实现盖体12与开口111的密封连接。

[0027] 止挡部13可以为金属材质。止挡部13可以与管体11形成开口111的部分通过焊接连接，以使止挡部13和管体11之间实现良好地密封。止挡部13具体可以为圆环形，圆环形的内侧与管体11形成开口111的外壁连接。止挡部13可以为密封圈14提供较大的承托面积，由此，当密封圈14被压紧时，止挡部13与密封圈14之间形成较大的密封面积，可以提供较好的密封效果。

[0028] 密封圈14可以为橡胶材质。通过将密封圈14设置在位于加热装置20外部的开口111上，可以使密封圈14不受高温的影响，确保密封性能。

[0029] 参见图2和图6，在一些实施例中，测试部10还包括能够打开与闭合的箍紧件15，箍紧件15闭合时将盖体12固定在止挡部13上并压紧密封圈14。通过设置可以打开与闭合的箍紧件15，在放入或取出待测试物时，可以便于盖体12在止挡部13上的拆卸与安装。

[0030] 参见图6，在一些实施例中，箍紧件15包括第一箍紧部151和第二箍紧部152，第一箍紧部151的一端与第二箍紧部152的一端可转动地连接，第一箍紧部151的自由端固定设置有限位槽1511，第二箍紧部152的自由端转动设置有限位件1521，通过改变限位件1521相对于限位槽1511的位置，实现箍紧件15的打开与闭合。

[0031] 第一箍紧部151可以与第二箍紧部152铰接连接。限位槽1511可以直接开设在第一箍紧部151的自由端。限位件1521可以包括限位螺母和限位螺杆，限位螺杆的直径略小于限位槽1511的宽度，以使限位螺杆能够进入限位槽1511中，限位螺母的直径大于限位槽1511的宽度，以实现限位件1521与限位槽1511的卡接，还可以通过在限位螺杆上设置垫片的方式来增大卡接的面积，以减小限位槽1511或限位螺母的磨损，当限位螺杆进入限位槽1511中时，通过调整限位螺母在限位螺杆上的位置，可以调节箍紧件15的箍紧力。

[0032] 限位件1521可以与第二箍紧部152的自由端铰接连接，通过转动限位件1521，可以使限位件1521进入限位槽1511以与限位槽卡接，实现箍紧件15的闭合；还可以通过转动限位件1521，使限位件1521移动到限位槽1511外，实现箍紧件15的打开。

[0033] 在一些实施例中，箍紧件15内侧形成有梯形凹槽153，梯形凹槽153与止挡部13的外缘和盖体12的外缘卡合，止挡部13和盖体12与梯形凹槽153接触的表面倾斜成与梯形凹槽153相配合的角度。

[0034] 梯形凹槽153可以呈现为槽口部分尺寸较大，槽底部分尺寸较小的梯形，形成梯形凹槽153的两个腰的槽壁分别与止挡部13的外缘和盖体12的外缘卡合，止挡部13的外缘和盖体12的外缘均位于梯形凹槽153中，通过这种设置方式，当箍紧件15箍紧盖体12和止挡部13时，能够使箍紧件15为盖体12和止挡部13提供一个相对靠近的力，使盖体12和止挡部13能够更好的压紧密封圈14，提供更可靠的密封性能。

[0035] 另外，为了实现较好的密封性能，箍紧件15提供的箍紧力较大，因此，止挡部13和盖体12与梯形凹槽153接触的表面倾斜成与梯形凹槽153相配合的角度，也就是说，止挡部13和盖体12的边缘形成倾斜面，当箍紧件15箍紧止挡部13和盖体12时，倾斜面的倾斜角度与梯形凹槽153的腰的倾斜角度一致，这样可以增大梯形凹槽153与止挡部13的外缘和盖体
12的外缘的接触面积，在箍紧件15箍紧盖体12和止挡部13时，防止箍紧件15损坏盖体12的外缘和止挡部13的外缘。

[0036] 在一些实施例中，测试部10还包括支撑环16，密封圈14套设在支撑环16上。

[0037] 可以理解，当盖体12和止挡部13压紧密封圈14时，会使密封圈14发生一定程度的形变，为了防止密封圈14发生过度的形变从而影响密封效果以及密封圈14的寿命，可以将密封圈14套设在支撑环16上，通过支撑环16对密封圈14进行支撑，维持密封圈14的形状，使密封圈14的形变发生在一定范围内。

[0038] 支撑环16可以为金属材质，具体可以为铝合金材质。支撑环16沿支撑环16轴向方向的厚度大于密封圈14的厚度，支撑环16的外壁的中部形成带有凹槽的凸起结构161，密封圈14套设在凸起结构161的凹槽中。支撑环16设置在盖体12和止挡部13之间时，支撑环16的凸起结构能够支撑盖体12和止挡部13，可以起到防止盖体12和止挡部13的距离过小、进而导致密封圈14被过度挤压的作用。

[0039] 在一些实施例中，盖体12与密封圈14接触的表面上设置有与支撑环16的形状相匹配的第一环形凹槽121；止挡部13与密封圈14接触的表面上设置有与支撑环16的形状相匹配的第二环形凹槽131；支撑环16设置在第一环形凹槽121和第二环形凹槽131共同形成的空间中。

[0040] 支撑环16沿轴向方向的上下边缘部分可以分别进入第一环形凹槽121和第二环形凹槽131中，通过设置第一环形凹槽121和第二环形凹槽131，可以将支撑环16定位在盖体12和止挡部13中部的指定位置，进而起到定位密封圈14的作用，以此来确保在进口111周向上的密封的均匀性。

[0041] 在一些实施例中，测试部10还包括测温装置122，测温装置122设置在盖体12上，测温装置122的测温部1221穿过盖体12延伸至管体11中。

[0042] 可以理解，由于测试部10位于加热装置20外的部分和位于加热装置20内的部分温差较大，测温部1221需要延伸至测试部10位于加热装置20内的部分才能获得待测试物的实际温度，更为具体地，待测试物一般位于管体11内靠近封闭端的位置，测温部1221延伸至管体11内靠近封闭端的位置以获得待测试物附近的温度。

[0043] 除了测温部1221外，测温装置122还包括其他部分(如数据处理部分、数据传输部分)，其他部分往往不能耐受较高的温度，因此，将测温装置122设置在盖体12上，仅使测温部1221穿过盖体12延伸至管体11中，由于盖体12设置在进口111处，进口111位于加热装置20外部，具有较低的温度，可以避免测温装置122的其他部分损坏。测温装置122可以与盖体
12焊接连接以实现良好的密封，测温装置122可以为热电偶。

[0044] 在一些实施例中，实验设备包括多个测试部10以及多个加热装置20，每个加热装置20中设置有多个测试部10。通过设置多个测试部10，可以对多个待测试物同时进行测量。每个测试部10的温度和真空度都可以单独控制，每个测试部10可以分别配置有电加热丝，当多个测试部10设置在同一个加热装置20中时，可以在加热装置20中填充石棉，避免不同测试部10的电加热丝之间产生较大的干扰，便于温度控制。同时，多个测试部10设置在同一个加热装置20中时，电加热丝对其他测试部10产生的微小干扰是难以避免的，因此，通过设置了多个加热装置20，以避免同一个加热装置20中多个测试部10的电加热丝相互干扰。

[0045] 实验设备还包括保护系统，当测试部10内的温度超出设定值时，保护系统可以使加热装置20停止加热。

[0046] 在使用本发明的实施例提供的实验设备进行测试时，将一个或多个待测试物放入测试部10中，密封测试部10，打开抽真空装置30的机械泵对测试部10抽真空，当测试部10的‑3真空度小于一定数值(如10 Pa)时，开启分子泵对测试部10抽真空，当达到预设真空度(如‑5
10 Pa)时，关闭抽真空装置30与测试部10之间的阀门，设定加热装置20的温度，开始对测试部10加热，实验设备采集的温度数据和真空度数据都可以传输至监测系统中，监测系统可以记录温度随时间变化曲线以及真空度随时间变化曲线，当测试部10内的真空度突然下降时，可以确定待测试物发生了开裂。

[0047] 对于本申请的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

[0048] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。