CN116698615A - 老化实验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种老化实验系统。该系统包括：反应容器，反应容器用于容纳液态钠和试样，以使试样能够浸入液态钠中；加热装置，加热装置形成有加热腔，反应容器设置于加热腔内，加热装置用于对反应容器进行加热；样品承载装置，样品承载装置用于承载试样，样品承载装置部分设置于反应容器内；试验力加载装置，试验力加载装置与样品承载装置的一端固定连接，样品承载装置的另一端与反应容器固定连接；试验力加载装置用于向试样施加沿其轴向方向的试验力，以在液态钠中对试样进行蠕变受力情况下的老化实验。本发明的实施例还提供了一种老化实验方法，可以采用上述实验系统实现。

Description

老化实验系统和方法

技术领域

本发明的实施例涉及材料分析测试技术领域，具体涉及一种老化实验系统和方法。

背景技术

钠冷堆是以液态钠作为冷却剂的反应堆。其中，钠作为冷却剂具有一系列的优势，例如：钠的熔点低，易于熔化使用；沸点高，不易沸腾产生钠气泡；其密度低于水，能够节省泵功率；热导率高，使得堆芯和燃料不易过热；对中子的慢化能力较弱，吸收截面小。

然而，钠冷堆的设备部件由于在运行期间长期处于液态钠中而面临结构材料的老化作用，且随着运行时间的增加，老化效应不断积累，导致其性能逐渐出现退化现象。并且，在应力的存在下还可能导致设备部件在运行中遭遇破损和失效,在高温情况下材料更容易失效。

发明内容

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种老化实验系统。该系统包括：反应容器，反应容器用于容纳液态钠和试样，以使试样能够浸入液态钠中；加热装置，加热装置形成有加热腔，反应容器设置于加热腔内，加热装置用于对反应容器进行加热；样品承载装置，样品承载装置用于承载试样，样品承载装置部分设置于反应容器内；试验力加载装置，试验力加载装置与样品承载装置的一端固定连接，样品承载装置的另一端与反应容器固定连接；试验力加载装置用于向试样施加沿其轴向方向的试验力，以在液态钠中对试样进行蠕变受力情况下的老化实验。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种老化实验方法。该实验方法采用根据上述实施例中的实验系统实现。实验方法包括：根据待测试材料在反应堆中的使用部位，确定试样的类型和尺寸，并将待测试材料加工为试样；根据试样的形状和尺寸，确定向试样施加的试验力；将试样安装于实验系统中，向试样施加试验力，以对试样进行蠕变老化实验。

采用本发明实施例中的实验系统和实验方法，可以在液态钠中对材料进行蠕变受力的情况下的老化实验，从而在应力和腐蚀同时存在时，开展钠冷反应堆关键部件材料的腐蚀老化及失效行为研究，积累材料在应力和腐蚀的耦合作用下的老化数据，为钠冷反应堆的全寿期管理和应用提供参考数据。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一个实施例的老化实验系统的结构示意图。

图2是根据本发明一个实施例的反应容器和加热装置的结构示意图。

图3是根据本发明一个实施例的老化实验系统的局部剖视示意图。

图4是根据本发明一个实施例的反应容器的结构示意图。

图5是根据本发明一个实施例的密封波纹管的结构示意图。

图6是根据本发明另一个实施例的老化实验系统的结构示意图。

图7是图6的老化实验系统中试验力加载装置与反应容器连接时的结构示意图。

图8是图7中A处的放大图。

图9是图1的老化实验系统中试验力加载装置与反应容器连接前的结构示意图。

图10是图3中A-A处的剖视图。

图11是根据本发明一个实施例的实验系统的结构示意图。

图12是图3中B-B处的剖视图。

图13是根据本发明一个实施例的不同试样的结构示意图。

图14是根据本发明另一个实施例的不同试样的结构示意图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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。

钠冷反应堆的设备部件由于在运行期间长期处于液态钠中而面临结构材料的老化作用，且随着运行时间的增加，老化效应不断积累，导致其性能逐渐出现退化现象。并且，在应力的存在下还可能导致设备部件在运行中遭遇破损和失效,在高温情况下材料更容易失效。为了研究钠冷反应堆在高温的液态钠中以及蠕变受力的情况下的老化失效行为，本发明的实施例提供了一种老化实验系统，用于对材料在液态钠中并且在蠕变受力情况下进行老化实验。

如图1所示，老化实验系统包括反应容器10、加热装置20、样品承载装置30和试验力加载装置40。其中，反应容器10用于容纳液态钠和试样100，以使试样100能够浸入液态钠中。加热装置20形成有加热腔，反应容器10设置于加热腔内，加热装置20用于对反应容器10进行加热，以避免液态钠凝固。样品承载装置30用于承载试样100，样品承载装置30部分设置于反应容器10内，以将试样100浸入反应容器10内的液态钠中。试验力加载装置40与样品承载装置30的一端固定连接，样品承载装置30的另一端与反应容器10固定连接，试验力加载装置40用于向试样100施加沿其轴向方向的试验力，以在液态钠中对试样100进行蠕变受力情况下的老化实验。

其中，试样100可以为对反应堆结构材料，例如，堆芯组件及包壳材料、堆内构件材料和堆容器材料等。本实施例中的老化实验系统，可以利用加热装置20控制反应容器10内的高温环境，利用试验力加载装置40对浸入在液态钠中的试样100加载试验力，并维持一定的加载时间，从而可以实现对高温液态钠环境中试样100的持续加载，保证液态钠能够对试样100保持持续的、具有蠕变效应的老化能力，确保试样100的材料表面受到蠕变力学及老化效应的耦合作用，模拟材料真实运行环境下的性能变化。

采用本发明实施例中的实验系统，可以在液态钠中对材料进行蠕变受力的情况下的老化实验，从而在应力和腐蚀同时存在时，开展钠冷反应堆关键部件材料的腐蚀老化及失效行为研究，积累材料在应力和腐蚀的耦合作用下的老化数据，为钠冷反应堆的全寿期管理和应用提供参考数据。

在一些实施例中，如图2和图3所示，反应容器10包括主体11和盖体12。主体11用于容纳液态钠和试样100，盖体12与主体11密封连接，盖体12用于密封主体11，从而保证反应容器10的密封，避免空气等杂质进入反应容器10内而产生安全隐患，同时避免反应容器10内液态钠在高温下蒸发形成的少量钠蒸汽逸出。其中，反应容器10为镍基合金或不锈钢材质，其强度高且耐腐蚀，且耐高温，实验温度最高可达800℃。

在一些实施例中，主体11的底部设置有排钠管112，用于将反应容器10内的液态钠排出。在一些实施例中，主体11为圆筒，此外，主体11的底面为楔形，便于液态钠的排出，避免液态钠残留。

在一些实施例中，主体11的顶部设置有支撑部111，支撑部111沿主体11的周向设置，支撑部111用于将主体11支撑于支撑装置1010上。盖体12可以与主体11的支撑部111可拆卸地连接，例如，可以利用紧固件(例如，螺栓或螺钉等)将盖体12可拆卸地连接于主体11上。

如图4所示，支撑部111设置有定位槽115，盖体12与支撑部111相对应的位置设置有定位块121，定位块121与定位槽115相匹配。盖体12连接于主体11时，定位块121位于定位槽115内，从而实现盖体12与主体11之间的定位，避免盖体12发生位移。

此外，在一些实施例中，盖体12和主体11之间还设置有密封垫，从而保证密封效果。具体地，密封垫可以设置在定位块121与定位槽115之间，在盖体12连接于主体11时，定位块121可以将密封垫压紧在定位槽115内，从而提高密封效果。

在一些实施例中，加热装置20包括隔热层和加热件。其中，隔热层的内部形成用于容纳反应容器10的加热腔，加热件连接于隔热层的内表面，加热件用于对反应容器10进行加热，隔热层用于减少反应容器10的散热，以对反应容器10进行保温。具体地，隔热层可以由隔热砖制成。

如图1至图3所示，在一些实施例中，样品承载装置30包括第一夹持件31和第二夹持件32。第一夹持件31与试验力加载装置40连接，第二夹持件32与盖体12固定连接，第一夹持件31和第二夹持件32在老化实验过程中位于反应容器10内，且第二夹持件32位于第一夹持件31远离试验力加载装置40的一侧，试样100夹持于第一夹持件31和第二夹持件32之间，从而将试样100固定在反应容器10内的液态钠中，利用试验力加载装置40施加试验力，试验力可以通过第一夹持件31传递至试样100，以在钠中以及蠕变受力的情况下对试验进行老化实验。

如图1至图3所示，在一些实施例中，样品承载装置30还包括支承件34，多个支承件34连接于盖体12和第二夹持件32之间，用于将第二夹持件32支承于第一夹持件31远离试验力加载装置40的一侧，实现第二夹持件32与盖体12之间的固定连接。示例地，支承件34为支承杆，支承件34的两端可以分别与第二夹持件32、盖体12螺纹连接，从而实现第二夹持件32与盖体12之间的连接。

在一些实施例中，第一夹持件31和第二夹持件32均设置有容纳槽，容纳槽与试样100的端部相匹配，容纳槽用于容纳试样100的端部，以将试样100夹持于第一夹持件31和第二夹持件32之间。示例地，容纳槽可以为T型，试样100的端部也为T型。当试样100端部连接于容纳槽内时，容纳槽和试样100端部相配合，可以稳定地将试样100夹持在第一夹持件31和第二夹持件32之间，防止试样100脱离第一夹持件31或第二夹持件32。

如图2和图3所示，在一些实施例中，样品承载装置30还包括加载杆33，加载杆33的一端与试验力加载装置40固定连接，另一端与第一夹持件31连接，加载杆33可移动地穿设于盖体12，且加载杆33与盖体12之间密封，试验力加载装置40用于带动加载杆33沿其轴向方向移动，以向试样100施加试验力。

在老化实验过程中，第二夹持件32固定在反应容器10内，而试验力加载装置40带动加载杆33沿其轴向移动，进而带动第一夹持件31移动，从而实现对试样100的试验力加载。其中，试验力可以为拉力或者压力等。

在一些实施例中，老化实验系统还包括密封组件70，密封组件70设置于加载杆33和盖体12之间，用于密封加载杆33和盖体12，从而在向试样100加载试验力时，即加载杆33相对于盖体12移动时，保证加载杆33与盖体12之间的密封。

如图2和图3所示，在一些实施例中，密封组件70包括密封波纹管，密封波纹管的一端与盖体12密封连接，另一端与加载杆33密封连接，且加载杆33穿设于密封波纹管中，密封波纹管可伸缩。当试验力加载装置40驱动加载杆33移动时，密封波纹管能够伸缩，从而在加载杆33沿轴向方向移动过程中，保证加载杆33与盖体12之间的密封。

具体地，如图5所示，密封波纹管包括波纹管71和两个第一连接法兰72，两个第一连接法兰72分别固定连接于加载杆33和盖体12，例如，可以通过焊接连接于加载杆33和盖体12。波纹管71的两端设置有第二连接法兰73，第一连接法兰72与第二连接法兰73连接，从而实现密封。其中，第一连接法兰72与第二连接法兰73之间采用紧固件(例如，螺栓)连接。

在一些实施例中，第一连接法兰72设置有凸起75和凹槽74中的一种，第二连接法兰73设置有凸起75和凹槽74中的另一个，凸起75和凹槽74相匹配，用于定位第一连接法兰72与第二连接法兰73。此外，凸起75和凹槽74之间还可以设置有密封垫，以提高密封效果。

在一些实施例中，还可以采用其他方式来实现加载杆33与盖体12之间的密封。如图6至图8所示，盖体12设置有容置槽122，加载杆33穿设于容置槽122，密封组件70设置于容置槽122内、并沿加载杆33的周向围绕于加载杆33。

如图7和图8所示，在一些实施例中，密封组件70包括第一密封填料76、第一压盖77、第二密封填料78和第二压盖79。第一密封填料76填充于容置槽122内，用于密封加载杆33与盖体12；第一压盖77覆盖与第一密封填料76上，用于挤压第一密封填料76；第二密封填料78填充于容置槽122内，且位于第一压盖77远离第一密封填料76的一侧，用于密封加载杆33与盖体12；第二压盖79与盖体12连接，且第二压盖79覆盖于第二密封填料78上，用于挤压第二密封填料78。

本实施例中利用第一密封填料76和第二密封填料78填充于容置槽122内，以保证加载杆33和盖体12之间的密封，利用第一压盖77和第二压盖79来挤压第一密封填料76和第二密封填料78，使得第一密封填料76和第二密封填料78能够与加载杆33之间保持紧密接触，保证密封效果。

在一些实施例中，第一密封填料76可以为不锈钢丝网填料，第二密封填料78可以为石墨密封填料。其中，不锈钢丝网填料可以对钠蒸汽进行冷凝过滤，阻隔绝大部分钠蒸汽，避免钠蒸汽逸出。石墨密封填料与加载杆33之间可以实现零间隙配合，以对微量钠进行强制密封。

此外，第一压盖77可以为U形，第二密封填料78可以填充在第一压盖77内。第一压盖77和第二压盖79连接于容置槽122的顶部，从而实现第一压盖77和第二压盖79的固定，防止位移。具体地，第一压盖77和第二压盖79可以使用紧固件332连接于容置槽122顶部。

如图1所示，试验力加载装置40设置有驱动轴41，加载杆33与驱动轴41连接，驱动轴41用于驱动加载杆33沿轴向方向移动。在老化实验过程中，可以设置试验力加载装置40施加的试验力的数值大小以及试验力维持的时长，以使得试样100在所需试验力下进行老化实验。例如，试验力加载装置40为机械式持久试验机，其可以用于金属、非金属、复合材料等不同材料的高温持久试验。

在一些实施例中，样品承载装置30与试验力加载装置40之间可拆卸。如图1所示，老化实验系统还包括连接杆90，连接杆90可拆卸地连接在驱动轴41和加载杆33之间，通过连接杆90的安装和拆卸，可以实现加载杆33与试验力加载装置40之间的连接和拆卸。

在一些实施例中，老化实验系统还包括升降组件60，反应容器10的盖体12支撑于升降组件60上，升降组件60用于带动盖体12升降，以实现盖体12与主体11之间的连接和拆卸。具体地，升降组件60为顶升推杆，顶升推杆的一端可以固定于支撑装置1010，而另一端连接于盖体12，盖体12支撑于顶升推杆上，顶升推杆可伸缩，从而带动盖体12升降。此外，多个顶升推杆沿盖体12的周向方向均匀布置，从而对盖体12提供均匀的支撑力和推力，以使盖体12能够稳定升降。

如图9所示，当老化实验开始前，将试样100安装于第一夹持件31和第二夹持件32之间，再利用升降组件60控制盖体12下降至主体11上，将盖体12与主体11连接后，将连接杆90连接于试验力加载装置40和加载杆33之间，实现反应容器10与试验力加载装置40的一体化结合，便于对液态钠中的试样100施加试验力，完成试样100在液态钠中蠕变受力时的老化实验。

当实验完成后，可以将连接杆90拆下，断开试验力加载装置40与加载杆33的连接后，将盖体12从主体11上拆下，并利用升降组件60控制盖体12上升，以取下第一夹持件31和第二夹持件32之间夹持的试样100，便于测试试样100在老化后的性能，例如抗拉伸强度、断裂韧性等。

在一些实施例中，加载杆33还可以与试验力加载装置40的驱动轴41直接连接。进一步地，如图7和图8所示，加载杆33上连接有提升固定件331，提升固定件331套设于加载杆33外，且提升固定件331与盖体12可拆卸地连接。其中，当提升固定件331与盖体12连接时，加载杆33能够带动盖体12升降，以实现盖体12与主体11之间的连接和拆卸；当提升固定件331与盖体12拆卸时，加载杆33沿其轴向移动，以向试样100施加试验力。在本实施例中，加载杆33与提升固定件331之间过盈配合，从而避免加载杆33与提升固定件331之间发生位移。

在本实施例中，当提升固定件331与盖体12之间连接时，可以直接利用试验力加载装置40控制加载杆33升降，从而带动盖体12升降，以实现盖体12与主体11之间的连接和拆卸。当对试样100进行试验力加载时，需要将断开提升固定件331与盖体12之间的连接，保证试验力加载装置40驱动加载杆33以对试样100加载试验力时，盖体12不会与加载杆33一起运动。

在一些实施例中，如图3和图7所示，反应容器10还设置有冷却剂容纳部80，冷却剂容纳部80用于为冷却剂循环流动提供流道，冷却剂用于冷却反应容器10的盖体12。其中，冷却剂容纳部80设置于盖体12上；和/或，冷却剂容纳部80设置于反应容器10的主体11靠近盖体12的一端，且冷却剂容纳部80围绕于主体11设置。在盖体12和/或主体11靠近盖体12的位置设置冷却剂容纳部80，可以容纳循环流动的冷却剂，从而冷却盖体12，维持盖体12的低温环境，例如，可以将密封组件70处的温度维持在钠冷凝温度以下，使得钠蒸汽在盖体12处冷凝，防止钠蒸汽逸出反应容器10。其中，冷却剂可以为冷却油。

如图10所示，冷却剂容纳部80设置有冷却剂进口81和冷却剂出口82。如图11所示，老化实验系统还包括冷却剂供应装置1030，分别与冷却剂进口81和冷却剂出口82连接，冷却剂供应装置1030为冷却剂容纳部80提供循环流动的冷却剂，以维持盖体12的低温环境。

如图1、图6和图9所示，在一些实施例中，老化实验系统还包括支撑装置1010，加热装置20、反应容器10和试验力加载装置40支撑于支撑装置1010。具体地，支撑装置1010的支撑面1011设置有安装孔，主体11穿设于安装孔内，且支撑部111悬挂于支撑面1011上，从而将主体11支撑于支撑面1011上。此外，升降组件60也可以支撑于支撑装置1010上。

如图1、图6和图9所示，在一些实施例中，老化实验系统还包括密闭操作箱1020，密闭操作箱1020支撑于支撑装置1010，密闭操作箱1020与支撑装置1010之间形成密闭腔室，反应容器10设置于密闭腔室内，密闭腔室内填充有惰性气体。其中，惰性气体可以为氩气，密闭操作箱1020可以为手套箱。密闭操作箱1020设置有水、氧分析仪，其包括氧探头和水探头，用于并显示测量密闭操作箱1020内部水、氧指标。

在本实施例中，将反应容器10置于密闭操作箱1020内，可以通过调节密闭操作箱1020及反应容器10内部的气体含量及成分，使反应容器10在实验中维持氩气环境。此外，在老化实验过程中，可以维持密闭操作箱1020和反应容器10内部的惰性气体环境保证在微正压，从而避免空气中的氧气、水蒸气等杂质通过密闭操作箱1020密封的缝隙进入手套箱，进而传入反应容器10中，避免在钠中引入杂质而产生安全风险。

在一些实施例中，老化实验系统还包括气体纯化装置1040，气体纯化装置1040与密封操作箱1020连接，用于净化反应容器10以及密闭操作箱1020内部的氩气，并使密闭操作箱1020在实验过程中可以处于持续的气体纯化过程，以维持密闭操作箱1020内部的气体成分和含量。

如图11所示，在一些实施例中，老化实验系统还包括钠充排组件，钠充排组件与反应容器10连接，用于使反应容器10充入或排出液体钠。

在一些实施例中，钠充排组件包括钠储存容器1050和真空抽气装置1060。钠储存容器1050内储存有钠，钠储存容器1050与反应容器10连接，用于为反应容器10提供液态钠或收集反应容器10内的液态钠。如图12所示，反应容器10设置有钠进口113和钠出口114，钠储存容器1050分别与钠进口113和钠出口114连接。当需要时，可以将钠储存容器1050内储存的钠经由钠进口113输送至反应容器10内，当老化实验结束后，可以将反应容器10内的钠经由钠出口114输送至钠储存容器1050内，进行回收利用。

在本实施例中，真空抽气装置1060分别与钠储存容器1050和反应容器10连接，真空抽气装置1060用于：向反应容器10充入液态钠之前，将反应容器10内抽真空；或者，反应容器10排出液态钠之前，将钠储存容器1050抽真空。具体地，当向反应容器10内输送钠时，先将反应容器10抽真空至负压，再打开钠储存容器1050与反应容器10之间的控制阀，并缓慢向钠储存容器1050内充入惰性气体，使液态钠从钠储存容器1050流至反应容器10内；当排出反应容器10内的钠时，先将钠储存容器1050抽真空，再打开上述控制阀，并向反应容器10内补入惰性气体，使得液态钠从反应容器10流至钠储存容器1050。

在一些实施例中，反应容器10和钠储存容器1050之间的钠管道的外表面设置有加热丝，用于为钠管道加热，避免钠管道内的液态钠凝固。此外，钠管道外还可以包裹有保温棉，保温棉可以包裹于加热丝外，以对钠管道进行保温。

如图3所示，在一些实施例中，反应容器10上还设置有温度测量件101和液位测量件102，温度测量件101用于测量反应容器10内部和/或反应容器10的容器壁的温度，液位测量件102用于测量反应容器10内液态钠的液位。在老化实验过程中，可以实时测量和记录各个温度、压力、液位以及位移数值。

本发明实施例中的老化实验系统适用于高温液态钠中材料在蠕变受力时的老化实验，且气体含量可控，可以控制、调节和维持液态钠中材料的受力和老化耦合实验的实验环境，模拟材料在真实情况下的老化，从而对材料的老化进行研究，提供真实有效的老化数据。

本发明的实施例还提供了一种老化实验方法，本实施例中的老化实验方法可以采用根据上述任一实施例中的老化实验系统实现。具体地，老化实验方法包括以下步骤S10至步骤S30。

步骤S10，根据待测试材料在反应堆中的使用部位，确定试样的类型和尺寸，并将待测试材料加工为试样。其中，待测试材料包括堆芯组件及包壳材料、堆内构件材料、堆容器材料中的至少一种。

步骤S20，根据试样的形状和尺寸，确定向试样施加的试验力。

步骤S30，将试样安装于实验系统中，向试样施加试验力，以对试样进行蠕变老化实验。

由于钠环境中待测试材料受力情况复杂，在步骤S10中，根据材料的使用部位来设置试样的类型和尺寸，以便于模拟材料在真实情况下的受力情况。具体地，如图13所示，试样100包括拉伸试样110、夏比冲击试样120和紧凑拉伸试样130中的至少一种，各个试样的尺寸分别为国标尺寸。

在本实施例中，可以根据待测试材料的使用部位，从多个试样中选择至少一种类型的试样，并将待测试材料加工为该类型的试样。例如，当对钠冷反应堆中换热管材料进行老化研究时，由于换热管的受力和破坏形式通常是内部压力导致换热管管壁沿轴向方向破裂，需要研究换热管材料老化后的抗拉伸强度、冲击功和断裂韧性，因此可以将待测试的换热管材料加工为拉伸试样110、夏比冲击试样120和紧凑拉伸试样130这三种类型的试样，以用于上述三种性能的测试。

如图14所示，在一些实施例中，试样的两端设置有连接部140，连接部140呈T型，连接部140与第一夹持件31和第二夹持件32的容纳槽相匹配，连接部140可拆卸地连接于试样的两端，例如，连接部140可采用螺纹连接的方式连接于试样的两端。连接部140可以安装于容纳槽内，从而实现试样的夹持安装。

试样两端在一般情况下不能与第一夹持件31和第二夹持件32之间配合安装，本实施例中，可以根据试样的长度和两端的螺纹规格，加工设计连接部140，将连接部140连接于试样的两端，从而通过连接部与容纳槽的配合，实现试样的夹持固定。

当确定好试样的类型和尺寸后，即可根据试样的形状和尺寸来确定所施加的试验力大小。在一些实施例中，试验力在30～150kN的范围内。具体地，在确定试验力大小时，可以根据待测试材料在反应堆内的实际应用情况来设置试样在老化时所需的应力水平，并根据所需应力水平计算试验力大小。

例如，当对反应堆内换热管材料进行老化研究时，根据换热管的设计参数，换热管所承受的最大应力为60Mpa，将换热管材料加工为不同类型的试样。其中，拉伸试样110的横截面为直径为5mm的圆形，则，拉伸试样110所需的试验力为所需应力大小与横截面面积的乘积，约为1.2kN；夏比冲击试样120的横截面为10mm×10mm的正方形，则试验力为6kN；紧凑拉伸试样130的横截面为8mm×20mm的长方形，则需试验力为9.6kN。

在步骤S30中，对试样进行钠中蠕变老化实验时，可以采用上述实施例中的老化实验系统来完成。具体地，首先将试样安装在样品承载装置30上；其次，控制反应容器10的盖体12以及与盖体12连接的样品承载装置30下降，并将盖体12与主体11密封连接，以使试样浸入反应容器10内的液态钠中；接着，设置密闭操作箱1020内的气氛环境，以净化反应容器10内的氩气；最后，控制试验力加载装置40向试样施加步骤S20中确定的试验力，进行老化实验。

下面以具体实施例进一步说明本发明实施例中的老化实验方法。

实施例1

(1)根据待测量材料的使用部位，确定试样的类型和尺寸。其中，标准拉伸试样110的夹持段直径为10mm，标距段直径为5mm，长度为80mm；夏比冲击试样120为10mm×10mm×55mm的长方体，紧凑拉伸试样130为8mm×20mm×20mm的长方体。

(2)根据(1)中试样的形状及尺寸，计算所施加的试验力。

(3)采用上述实施例中的老化实验系统对试样进行老化实验。其中，反应容器的容量为10L。将反应容器内加热至650℃，将试样安装在样品承载装置上；控制反应容器的盖体以及与盖体连接的样品承载装置下降，并将盖体与主体密封连接，以使试样浸入反应容器内的液态钠中；设置密闭操作箱内的气氛环境，以净化反应容器内的氩气；最后，控制试验力加载装置向试样施加试验力，进行老化实验。

实施例2

(1)将待测试材料加工为试样，试样为直径为50mm的圆棒。

(2)根据(1)中试样的形状及尺寸，计算所施加的试验力为120kN。

(3)采用上述实施例中的老化实验系统对试样进行老化实验。其中，反应容器的容量为20L。将反应容器内加热至700℃，将试样安装在样品承载装置上；控制反应容器的盖体以及与盖体连接的样品承载装置下降，并将盖体与主体密封连接，以使试样浸入反应容器内的液态钠中；设置密闭操作箱内的气氛环境，以净化反应容器内的氩气；最后，控制试验力加载装置向试样施加试验力，进行老化实验。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种老化实验系统，其特征在于，包括：

反应容器，所述反应容器用于容纳液态钠和试样，以使所述试样能够浸入所述液态钠中；

加热装置，所述加热装置形成有加热腔，所述反应容器设置于所述加热腔内，所述加热装置用于对所述反应容器进行加热；

样品承载装置，所述样品承载装置用于承载试样，所述样品承载装置部分设置于所述反应容器内；

试验力加载装置，所述试验力加载装置与所述样品承载装置的一端固定连接，所述样品承载装置的另一端与所述反应容器固定连接；所述试验力加载装置用于向所述试样施加沿其轴向方向的试验力，以在液态钠中对所述试样进行蠕变受力情况下的老化实验。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应容器包括：

主体，所述主体用于容纳所述液态钠和试样；

盖体，所述盖体与所述主体密封连接，所述盖体用于密封所述主体。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述样品承载装置包括：

第一夹持件，所述第一夹持件与所述试验力加载装置连接；

第二夹持件，所述第二夹持件与所述反应容器的盖体固定连接，所述第一夹持件和第二夹持件在所述老化实验过程中位于所述反应容器内，且所述第二夹持件位于所述第一夹持件远离所述试验力加载装置的一侧，所述试样夹持于所述第一夹持件和第二夹持件之间。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述样品承载装置还包括：

多个支承件，所述多个支承件连接于所述盖体和所述第二夹持件之间，用于将所述第二夹持件支承于所述第一夹持件远离所述试验力加载装置的一侧。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一夹持件和第二夹持件均设置有容纳槽，所述容纳槽与所述试样的端部相匹配，所述容纳槽用于容纳所述试样的端部，以将所述试样夹持于第一夹持件和第二夹持件之间。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述样品承载装置还包括：

加载杆，所述加载杆的一端与所述试验力加载装置连接，另一端与所述第一夹持件连接，所述加载杆可移动地穿设于所述盖体，且所述加载杆与所述盖体之间密封，所述试验力加载装置用于带动所述加载杆沿其轴向方向移动，以向所述试样施加所述试验力。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：密封组件，所述密封组件设置于所述加载杆和所述盖体之间，用于密封所述加载杆和所述盖体。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述盖体设置有容置槽，所述加载杆穿设于所述容置槽，所述密封组件设置于所述容置槽内、并沿所述加载杆的周向围绕于所述加载杆。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述密封组件包括：

第一密封填料，所述第一密封填料填充于所述容置槽内，用于密封所述加载杆与所述盖体；

第一压盖，所述第一压盖覆盖与所述第一密封填料上，用于挤压所述第一密封填料；

第二密封填料，所述第二密封填料填充于所述容置槽内，且位于所述第一压盖远离第一密封填料的一侧，用于密封所述加载杆与所述盖体；

第二压盖，所述第二压盖与所述盖体连接，且所述第二压盖覆盖于所述第二密封填料上，用于挤压所述第二密封填料。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述密封组件包括：

密封波纹管，所述密封波纹管的一端与所述盖体密封连接，另一端与所述加载杆密封连接，且所述加载杆穿设于所述密封波纹管中，所述密封波纹管可伸缩。

11.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述加载杆连接有提升固定件，所述提升固定件套设于所述加载杆外，且所述提升固定件与所述盖体可拆卸地连接；其中，

当所述提升固定件与所述盖体连接时，所述加载杆能够带动所述盖体升降；

当所述提升固定件与所述盖体拆卸时，所述加载杆沿其轴向移动，以向所述试样施加所述试验力。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述样品承载装置与所述试验力加载装置之间可拆卸，所述系统还包括：

升降组件，所述反应容器的盖体支撑于所述升降组件上，所述升降组件用于带动所述盖体升降。

13.根据权利要求1-12任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

支撑装置，所述加热装置、所述反应容器和所述试验力加载装置支撑于所述支撑装置。

14.根据权利要求1-13任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

密闭操作箱，所述密闭操作箱支撑于支撑装置，所述密闭操作箱与所述支撑装置之间形成密闭腔室，所述反应容器设置于所述密闭腔室内，所述密闭腔室内填充有惰性气体。

15.根据权利要求1-14任一项所述的系统，其特征在于，所述反应容器还设置有冷却剂容纳部，所述冷却剂容纳部用于为冷却剂循环流动提供流道，所述冷却剂用于冷却所述反应容器的盖体；其中，

所述冷却剂容纳部设置于所述盖体上；

和/或，

所述冷却剂容纳部设置于所述反应容器的主体靠近所述盖体的一端，且所述冷却剂容纳部围绕于所述主体设置。

16.根据权利要求1-15任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

钠充排组件，所述钠充排组件与所述反应容器连接，用于使所述反应容器充入或排出所述液态钠。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述钠充排组件包括：

钠储存容器，所述钠储存容器内储存有钠，所述钠储存容器与所述反应容器连接，用于为所述反应容器提供所述液态钠或收集所述反应容器内的液态钠；

真空抽气装置，所述真空抽气装置分别与所述钠储存容器和反应容器连接，所述真空抽气装置用于：向所述反应容器充入所述液态钠之前，将所述反应容器内抽真空；或者，所述反应容器排出所述液态钠之前，将所述钠储存容器抽真空。

18.一种老化实验方法，其特征在于，采用根据权利要求1-17任一项所述的实验系统实现；所述方法包括：

根据待测试材料在反应堆中的使用部位，确定试样的类型和尺寸，并将所述待测试材料加工为所述试样；

根据所述试样的形状和尺寸，确定向所述试样施加的试验力；

将所述试样安装于所述实验系统中，向所述试样施加所述试验力，以对所述试样进行蠕变老化实验。