核电用堆内构件加工线工艺与设备方案

高温气冷反应堆示范电站(HTR-PM)是最新一代核电站,因其安全性、高可靠性及经济性受到广泛关注.其反应堆堆芯一般用炭及含硼炭材料做绝热层,用石墨质材料做反射层,并且在反应堆使用寿命周期内不可拆换.本文通过对国内某高温气冷反应堆示范电站堆芯堆内构件的结构特点、零件的技术要求、装配要求等进行分析与综合,提出堆内构件的加工工艺方案,由此而设计出适合堆内构件加工的自动线.     

高温气冷堆石墨堆内构件温度应力有限元分析

高温气体冷却石墨堆内构件温度应力的分布及大小对材料性能、使用寿命有重大影响。采用ANSYS有限元分析方法表征样品石墨砖在高温气冷堆运行状态下,平面温度及应力强度分布和大小情况。分析结果表明,样品石墨满足材料性能、使用寿命要求。     

陶瓷堆内构件热老化行为研究现状

高温气冷堆陶瓷堆内构件采用石墨材料制备。在长期服役过程中由于氧化性气体杂质及事故工况引入水蒸气等原因,石墨将发生氧化,导致陶瓷堆内构件热老化,影响高温气冷堆的长期安全可靠运行。本文对有关陶瓷堆内构件用石墨材料的氧化行为研究、机械性能和物理化学性能研究等进行了综述,并在此基础上总结了陶瓷堆内构件热老化行为研究现状中存在的问题,为后续相关研究提供参考。     

核石墨研发的设想

介绍了第四代核反应堆的设计理念.高温气冷堆具有第四代核反应堆的主要特征,是第四代核反应堆的主要候选堆型之一.石墨是高温气冷堆不可或缺的材料.核石墨的研发周期长,为了健康地、独立自主地发展我国的高温气冷堆产业,应尽早进行核石墨的研发工作;但核石墨研发的投资大,高温气冷堆的商业化前景有待示范堆验证,目前还不明朗,国家暂时还不会立项.本文就没有国家投入的条件下,开展核石墨先期研发应注意的问题,如何规避投资风险,提出了一些粗浅的看法.     

球床式高温气冷堆堆内的石墨材料

石墨在高温气冷堆内用作堆芯结构材料和燃料元件基体,在反应堆内承受高温、高辐照等极端条件.本文以球床式高温气冷堆为例,对堆内使用的结构石墨的功能、所处环境和技术要求等进行介绍,并对球形燃料元件用基体石墨粉体的特性如物理特性、工艺特性和化学特性等进行了详细的阐述.     

高温气冷堆包覆燃料颗粒疏松热解炭层包覆工艺研究

疏松热解炭层是高温气冷堆包覆燃料颗粒的主要组成部份，本文介绍了疏松热解炭层对高温气冷堆技术研究和发展的贡献，它在包覆燃料颗粒中的功能及对它的要求，密度低于５０％理论密度的疏松热解炭层的包覆工艺研究和结果。     

核石墨的研究和发展

本文简要地介绍了作为核反应堆堆芯结构、慢化和反射材料的石墨的工作环境,中子辐照在石墨中发生手微观过程及引起宏观性质的变化,由此出对石墨的技术要求。分两阶段讨论了核石墨的发展;第一阶段主要是利用石墨的慢化、反射功能,唯一要注意的是合理处置中子辐照引起的贮能问题,第二阶段,石墨被用地高温气冷堆,唯末注意的是合理处置中子辐照引起的贮能问题;第二阶段,石墨被用于高温气冷堆,它既要完成慢化反功能,又要满足在     

核石墨材料的性能、类型、制备及其在核反应堆中的应用

因为炭材料具有热膨胀系数低、抗热冲击性好、中子活化性能低等优异的性能,是核反应堆(特别是高温气冷堆)不可缺少的慢化、反射和结构材料.本文综合分析炭材料的核物化性能,重点剖析了核石墨的材料类型和制备方法.提出采用化学与物理并用的方法,去除炭石墨原料、大尺寸石墨块体的杂质,有可能使炭材料达到核石墨纯度要求;采用编织和化学沉积等复合材料技术制备炭/炭复合材料,制造核反应堆热结构件;采用热等静压工艺技术和振动成型制备各向同性石墨材料和核石墨块,并在2 800-3 000℃进行高温石墨化处理.采用先进的电子显微学、同步辐射等技术,研究核石墨的结构和性能,特别是其在中子辐射条件下的性能特征和行为特性,在此基础上,制定和建立科学合理的核石墨生产工艺流程、工艺技术条件.     

高温气冷堆用石墨的发展

本文叙述了高温气冷堆用石墨的发展。英国最初研制的Gilsocoke—based石墨,优越的抗辐照性能给人启发。只有制造各向同性或近各向同性石墨才能满足大型高温气冷反应堆的建造要求。此后美国、西德、日生诸国依据各自的资源和工艺基础发展了各自的高温气冷堆用石墨。在发展中改进工艺固然重要,但更重要的是使用各向同性较好的填充焦。解决途径一是利用天然的近各向同性焦,二是利用沥青焦等原料改制成各向同性轻好的“二次焦”。作者认为依据我国资源及工艺基础采用后一条途境是现实的。     

包混材料

包混材料是在研制高温气冷堆用炭／石墨材料的过程发展出来的，它与常规炭／石墨材料的区别在于独特的粉料制备工艺，这种工艺使每一个骨料颗粒的表面都均匀地包覆上一层粘结剂，因此骨料之间的每一个接触点都是有效的连接，这种材料在相同的强度下，其密度可以比常规炭／石墨材料的低，孔隙均匀，通孔发达，具有广阔的应用前景，这种粉料制备工艺也可用于SiC及其他陶瓷制品。     

高温气冷堆球形燃料元件用核级石墨粉的特性、微观结构及制备

石墨是制备高温气冷堆球形燃料元件的主要和关键原材料。高温气冷堆球形燃料元件用核级石墨粉包括天然石墨粉和人造石墨粉。微观结构深刻影响粉体的物化性能，物化性能则进一步影响基体石墨粉和球形燃料元件的加工工艺，本文详细介绍了高温气冷堆球形燃料元件用核级天然石墨粉和人造石墨粉的特性、微观结构及制备工艺。     

炭石墨固体润滑材料的设计与应用

炭石墨材料在润滑领域的应用已得到新的发展。通过对炭石墨润滑材料的新设计，如通过添加不同组份或使用不同工艺，能赋予其新的性能，拓宽应用范围。经过对炭石墨材料的润滑设计、应用环境的分析和讨论，介绍了当前炭石墨润滑材料现状与发展。     

球形燃料元件热处理中尺寸和质量的变化

为实现高温气冷堆球形燃料元件先车削后炭化和高温纯化等热处理的工艺,必须对热处理过程中元件的尺寸和质量等参数的变化及其影响因素进行研究。研究表明,炭化过程中基体石墨球毛坯的平均失重约占热处理过程中毛坯总失重的99.7%,毛坯沿赤道和两极方向的平均尺寸收缩率分别约为0.64%和0.88%,呈现一定的各向异性;而高温纯化过程中,毛坯的微量失重主要是由于位于热解炭与边缘的氢原子发生断裂所致,其沿赤道和两极方向的尺寸收缩率分别为0.24%和0.25%,为各向同性,主要与高温下热解炭结构中石墨的有序化有关。热解炭石墨有序化程序的提高有利于提高球形燃料元件的综合性能。     

核用构件石墨(炭)块加工对环境的影响及防护措施

采用传统的加工方法不能满足核能用构件石墨(炭)块的精度及清洁度的要求,特别是加工粉尘的污染也不能满足现代的加工对环保要求,对人体、工件、机床与工作环境产生较大的危害。根据石墨(炭)块的加工特点和加工设备的最新发展,提出了加工核用构件石墨(炭)块所具备的环境要求,解决了石墨(炭)块全自动加工过程中机床防护、尘屑收集与处理等问题,使石墨(炭)块的加工满足现代加工对人体、环境使用的要求。     

文摘

用含硼T610石墨炭源材料合成透明含硼金刚石[刊,中]/王松顺//炭素,2004(3):23～25控制石墨炭源材料的硼含量是透明含硼金刚石合成的关键问题。文中叙述了透明含硼金刚石合成的效果,讨论了石墨源材料中的硼含量和合成工艺对透明含硼金刚石合成的影响,指出了提高透明含硼金刚石合成质量的方法和途径。表1参2大型整体毡炭/炭复合材料的密度分布及影响[刊,中]/方东红,李瑞珍,郝志彪//炭素,2004(3):28～32研究了采用化学气相沉积(CVD)和树脂浸渍/固化/碳化相结合的致密工艺制备的大型整体毡炭/炭复合材料的密度、开孔率及压缩强度的分布状况,分…     

玻璃炭的催化石墨化试验

一、前言在钍增殖反应堆的设计中,采用糠醇作粘结剂,将小块石墨粘结成所需尺寸和形状的堆内构件。粘缝材料经固化、炭化后,形成玻璃炭。玻璃炭和石墨结构不同,导致其性能上存在较大的差异。特别是在辐照条件下,更是如此。据报导,将玻璃炭辐照至6.4×10~(20)nvt(E>0.18Mev)时尺寸收缩大于4％,这几乎为石墨的10倍。而当辐照至1.5×10~(22)nvt(E>50kev)时,密度提高33％,四块样品碎裂了三块。玻璃炭的辐照稳定性如此之差,这对石墨粘结件用于反应堆内是一个严重的威胁。事实上,未经石墨化处理的粘结样品,在经受7.9×10~(22)nvt(600℃,E>0.18Mev)后,粘缝即遭破坏。而据我们实验,用糠醇粘结未经石墨化处理的样品辐照至4.3×10~(20)nvt后,粘缝强度明显下降。因此,必须消除粘缝与基体在结构及性能上的不均匀性。     

高温气冷堆一回路管道内石墨粉尘沉积模型分析

针对高温气冷堆自身运行的特点,研究了一回路中石墨粉尘-氦气气溶胶的物理特性以及沉积表面的几何特性,通过对影响石墨粉尘沉积行为主要因素进行分析,揭示高温气冷堆石墨粉尘在一回路管道表面沉积机理.研究结果表明,高温气冷堆一回路石墨沉积以紊流沉积和热泳沉积为主,由于高温气冷堆一回路管道布置包含了水平管道、垂直管道以及弯曲管道,重力和离心力对石墨粉尘在不同沉积表面上的沉积有很大影响.在上述分析的基础上,采用考虑包含沉积主要影响因素的计算颗粒沉积速度的半经验公式模型来研究高温气冷堆石墨粉尘在一回路管道表面的沉积.计算沉积速度的半经验公式模型可用于工程上预测高温气冷堆一回路不同管道表面沉积.     

在我国开展核石墨研制的探讨

核能对环境污染小，能源材料需求量低，特别适于在我国东南沿海和没有电网的偏远地区发展，高温气冷堆是一种先进堆型，安全性好、核燃料利用率高，有可能成为核能利用的主要堆型之一，核石墨是高温气冷堆的关键材料，用作它的慢化、反射和结构材料，高温气冷堆的工业化将创造一个巨大的核石墨市场，核石墨研制周期长、投入高，风险大，但回报率也高，我们应立即开展核石墨的研制，以抓住机遇；周密规划，有限目标，分步实施，与其他     

大尺寸炭/炭板材用高温处理炉加热和冷却系统设计与计算

为了满足大尺寸炭/炭板材高温处理的需要,自行设计一台方形高温处理炉进行大尺寸炭/炭板材的高温处理,该炉同时也适用于其他炭/炭产品的高温处理。着重介绍了高温处理炉的加热和冷却系统的设计,并对其高温条件下加热元件的耗能以及冷却系统的尺寸和耗水量进行了计算。结果表明:自行设计的新型M形石墨加热器在高温膨胀时可向上自由延伸,保证了发热体的使用寿命,满足高温处理炉的加热要求;运用两种方法分别计算了高温处理炉的冷却水用量,在两种方法计算结果一致的基础上,确定了该设备的冷却水用量并选取了冷却水管道的关键参数。     

石墨摩擦性能的研究现状及展望

在高温气冷堆中,球形燃料元件基体石墨的摩擦性能对于燃料循环系统的球流设计和反应堆运行安全具有十分重要的意义,已成为核材料学科的重要研究领域之一。文章介绍了迄今为止国内外石墨摩擦性能的研究进展,对石墨摩擦性能的主要影响因素如外在因素中的环境气氛和温度等进行总结,并对载荷、滑动距离和速度等影响因素进行了阐述。石墨摩擦性能的相关研究结果,可为未来开展高温气冷堆用球形燃料元件基体石墨摩擦性能的研究提供借鉴和参考。通过对比结构石墨IG-11和球形燃料元件A3-3基体石墨在空气中的摩擦行为,进一步说明了针对基体石墨摩擦行为开展研究的必要性。