严重事故下反应堆压力容器下封头耦合烧蚀传热分析

核电站严重事故发生后，反应堆压力容器（RPV）固壁在熔池作用下会发生烧蚀、减薄。开展RPV下封头耦合烧蚀传热分析对堆坑注水有效性论证和RPV剩余壁厚确认有重要的理论指导意义。本文以CPR1000反应堆压力容器为研究对象，在FLUENT 17.2平台下，基于动态网格方法和UDF二次开发，构建了综合考虑RPV固壁瞬态烧蚀与导热、RPV内壁热流密度再分布及RPV外壁过冷沸腾的全耦合计算模型，获取了9 000 s内的堆坑两相流场分布和RPV固壁烧蚀温度场，分析确定了最小剩余壁厚和发生位置。结果表明：使用动态网格捕捉壁面烧蚀的方法可行，本文全耦合计算模型在分析RPV固壁瞬态烧蚀过程方面有一定优势。     

烧蚀层厚度对飞片稳定性的影响

实验研究双层飞片中烧蚀层厚度对飞片稳定性的影响，提出了在不出现严重两维效应的前提下烧蚀层厚度应达到或至少接近临界厚度的双层飞片设计原则，理论、数值模拟和初步实验结果取得一致。     

8-羟基喹啉铝/酞菁/聚苯乙烯平面靶的激光烧蚀特性

新型高效靶丸结构设计中，内爆靶表面引入某些有机双层薄膜结构可使部分能量沿薄膜的平面传输，使其对称压缩靶丸，实现高效的内爆。文章在PS平面靶表面蒸镀双层功能薄膜，薄膜为8-羟基喹啉铝(Alq₃)/酞菁(H₂Pc)或苯并咪唑苝(PV)/H₂Pc。并对其进行了荧光光谱分析和激光烧蚀实验。研究表明：双层薄膜Alq₃/H₂Pc和PV/H₂Pc产生很强的荧光淬灭；由于该结构横向传输载流子的光电特性，Alq₃/H₂Pc和PV/H₂Pc在很大程度上减弱了PS薄膜的烧蚀，且烧蚀面积分别为无涂层PS薄膜烧蚀面积的8倍和3倍。为新型高效惯性约束聚变靶的设计开发提供了一种新颖的靶丸结构。     

IVR-ERVC下压水堆压力容器下封头传热及应力/应变分析

以某1000?MW压水堆为例，利用二维极坐标热模型分析RPV壁面与双层堆芯熔池和外部冷却水堆腔之间的传热，计算下封头壁面瞬态二维温度场分布和烧蚀情况，同时通过有限元分析程序计算下封头壁面的各瞬态温度场和烧蚀引起的热应力/应变情况，分析压水堆RPV下封头在压力容器内熔融物滞留-压力容器外冷却（IVR-ERVC）下的结构完整性。计算结果表明:①芯熔融坍塌后200?s下封头壁面开始熔融，最薄厚度直线下降；3000?s后熔融区沿下封头内壁呈一片柳叶形状分布；②下封头内表面的吸热热流大于外表面的散热热流，在两层熔池界面处内外表面热流密度达到最大值；③RPV下封头热应力在0~400?s时集中于下封头内壁面；在400 s后，下封头内壁面热应力逐渐减小，形变量逐渐增大，下封头完整性可以得到保证；④2000?s以后，RPV下封头烧蚀损伤处内外壁面均产生应力集中，下封头烧蚀处内外壁应力值均大于许用应力，在2000?s后有可能发生断裂，在烧蚀损伤边缘处可能出现破口。      

低Z材料辐射烧蚀与能量传输研究

在星光装置上,对0.35μm波长激光辐照金箔靶产生的X光辐射进行了研究。通过选择辐照激光参数,从金箔背侧获得了干净的强X光辐射源。以金箔背侧X光辐射作为辐射烧蚀源,系统地研究了低Z的C_8H_8,C_(10)H_(16)O_5和C_8H_8发泡样品的辐射烧蚀和能量传输特性。实验结果表明:由于样品材料C_(10)H_(16)O_5与烧蚀源能谱匹配较好,C_(10)H_(16)O_5材料的辐射烧蚀速率和烧蚀深度大于C_8H_8的值。     

薄层活化法测定枪衬管微烧蚀量

本工作用薄层活化法测量枪管的烧蚀量,用回旋加速器产生的带电粒子(质子、氘子、α粒子等)辐照机件被烧蚀部位的表面,使其活化。由于带电粒子和机件表面原子的强烈作用而很快失去能量,所以带电粒子在机件内的射程很短,一般在10—200μm,即活化层很薄。 通过测量机件放射性在烧蚀前后的强度,并经过半衰期校正,可求得在机件内残留的相     

基于耦合CFD-FEM方法的严重事故下RPV蠕变失效风险评估

核电站严重事故发生后，反应堆压力容器（RPV）的剩余固壁在高温差、内压、熔池重量等的作用下可能发生蠕变失效。本文以CPR1000 RPV为研究对象，基于FLUENT软件二次开发求解反应堆压力容器下封头烧蚀温度场，然后基于ANSYS Workbench开展耦合CFD-FEM力学分析，求解严重事故下RPV烧蚀温度场稳定后72 h内的等效应力、等效塑性应变和等效蠕变应变，并评估了RPV的蠕变失效风险。结果表明：当堆坑注水等措施投运后，RPV剩余固壁在72 h内不会发生蠕变失效和塑性变形失效，有效卸压可明显提升RPV结构完整性的安全裕度。     

激光驱动平面靶流体不稳定性及混合数值模拟研究

用LARED-S程序对二维激光烧蚀RT(Rayleigh-Taylor)不稳定性从线性增长到湍流混合进行了高分辨数值模拟。脉宽15ns的主脉冲激光驱动产生的混合区宽度达到250μm,混合区宽度与RT扰动截止波长比值为67。数值模拟得到了有关物理规律的认识。混合区宽度和扰动增长截止波长的比值决定了烧蚀RT混合的非线性程度。烧蚀对RT不稳定性混合产生明显的致稳作用,烧蚀RT混合区宽度比经典RT小一倍以上。用LARED-S程序进行了平面靶激光驱动减速阶段流体不稳定性及混合的高分辨数值模拟。内界面扰动经受二次聚心反射冲击的快速RM(Richtmyer-Meshkov)增长和持续的RT增长。减速阶段内界面同样存在很强的烧蚀致稳作用。一次冲击后内界面原先的小结构很快被磨平,二次冲击后烧蚀作用更强,截止波长增大到35μm,膨胀后期内界面保留了较大尺度的结构。     

1.5～3 μm 铝膜辐射热波实验诊断(英文)

以强激光加热腔靶形成强 X 光辐射烧蚀铝膜介质,用软 X 光能谱时间高分辨诊断技术观察到辐射热波,测得了质量烧蚀率。实验还观察到了 X 光辐射驱动的冲击波信号,得到了相应的冲击波压力。     

1.5～3 μm铝膜辐射热波实验诊断(英文)

以强激光加热腔靶形成强X光辐射烧蚀铝膜介质,用软X光能谱时间高分辨诊断技术观察到辐射热波,测得了质量烧蚀率。实验还观察到了X光辐射驱动的冲击波信号,得到了相应的冲击波压力。     

IVR中堆芯及下支撑板瞬态熔融模拟

采用带移动边界的三维瞬态模型对1/4堆芯模型进行热传导分析。考虑了堆芯熔融物滞留工况下反应堆衰变功率和压力容器内部水位的下降过程,以及不同材料组件在堆内的真实径向分布。棒束表面与冷却剂的自然对流换热采用饱和蒸汽/水经验关系式计算,辐射换热采用相邻16棒间辐射模型计算。建立了动态烧蚀模型以模拟不断累积的堆芯熔融物对下支撑板的烧蚀作用。着重考虑了由熔融物滴落造成的冲击换热以及下支撑板上形成的熔坑底部换热。文献验证对比证明了模型的正确性。模拟结果表明:事故进程2600 s时,冷却剂蒸干造成堆芯融化速度急剧加快。8000 s时80%的堆芯质量熔化。下支撑板上的烧蚀区域主要集中于板心半径700 mm处,并在6000 s时完全贯穿。     

长脉冲KrF激光驱动高速飞片实验研究

利用侧向阴影成像技术开展了激光驱动高速金属飞片实验研究,并介绍了飞片实验系统与条纹相机时空标定结果。实验在辐照激光波长248 nm、脉宽28 ns、能量100 J、功率密度1.8×10¹²W/cm²的条件下加速带有50 μm烧蚀层的5 μm铝飞片至10 km/s左右。讨论了不同条件下加速过程的区别,分析了冲击波对飞片加速过程的影响,并从铝、钽飞片实验对比中发现激光烧蚀不同材料的能量转化效率是不同的。     

基于微机电系统技术的薄膜离子源制备与实验研究

基于微机电系统技术的薄膜离子源是芯片型中子发生器的关键部件。本文通过在陶瓷基底上制备图形化钛膜并利用3层陶瓷重叠的方法获得了薄膜离子源样品，采用平板探针法和激光共聚焦显微镜得到了薄膜离子源的离子电流及其电极烧蚀特性，并进一步利用高速相机和光谱仪得到了薄膜离子源的放电发光演化图像和等离子体组分信息，最后基于实验结果分析揭示了薄膜离子源放电的工作机制。     

固态杂质靶丸与堆级等离子体相互作用及其应用

从Kuteev的氢类靶丸2-D透镜形消融理论出发,导出了杂质靶丸烧蚀速度和消融速率的扩展算法,并对杂质靶丸注入在未来ITER中作为α粒子诊断的可行性进行了探讨。计算和理论分析表明,锂靶丸具有较多兼容性,既可用作α粒子诊断也可测量等离子体的q分布。     

堆芯熔融物对压力容器壁面烧蚀过程的数值模拟

研究堆芯熔融物对压力容器壁面的动态烧蚀,对于反应堆冷却剂严重丧失事故(Loss of coolant accident,LOCA)后果的预测以及缓解方案的设计具有重要意义。本文以AP600为研究对象,在假设冷却剂全部丧失事故工况下,采用堆芯熔融物两层结构模型,计算熔池对壁面的加热;建立压力容器壁面的非稳态二维传热模型,并考虑安全壳水池对压力容器外侧的冷却,采用移动边界模型模拟烧蚀引起壁面局部厚度变薄;计算了堆芯熔融物坍塌后15 000 s范围内,压力容器下封头壁面温度和厚度的变化。     

U-Ti合金的动态力学性能

采用分段式霍普金森杆（SHPB）及材料试验机测试了3种时效状态的U-Ti合金在室温下的静动态力学曲线，采用扫描电镜分析了U-Ti合金动态压缩后的剪切断裂特征，采用XRD分析了动态压缩前后的结构变化。结果表明，3种状态的U-Ti合金都产生了应变速率强化效应；当应变速率约为2500s^-1时，U-Ti合金发生了剪切断裂；断口出现取向性的韧窝且在局部区域的韧窝非常细小，以及烧蚀变形。动态压缩使3种状态的U-Ti合金的晶粒取向改变。     

激光烧蚀铀材料生成铀微粒的形态学研究

本文以激光器作光源,利用激光的高温烧蚀特性,以激光束烧蚀金属铀和二氧化铀材料,模拟高温条件下形成铀微粒的过程,用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对铀材料及产生的含铀微粒的形态学特点进行了表征。实验表明,在激光束的轰击下,两种靶材料均出现熔化现象,铀金属表面呈现明显波纹状结构,二氧化铀的表面轰击边缘处呈现趋球状物堆积。生成的铀氧化物微粒为μm级形态不规则微粒及1 μm左右的球形微粒,说明铀在高温过程中产生球形微粒。对比研究了来自高温爆炸过程的金属银微粒,进一步验证了高温高压过程会产生球形微粒。结果表明,密实的铀氧化物微球是铀材料参与高温化学过程的结果,与低温过程中的剥蚀作用有明显的差别,是高温化学过程的特征,这为高温高压环境中的微粒分析提供了参考依据。     

铀微粒定位及转移技术的研究

在裂变径迹法筛选铀微粒的技术中,热中子辐照后如何实现微粒与径迹的对应以及微粒的转移是非常关键的步骤。采用激光烧蚀仪在介质膜与裂变径迹基片分离前刻蚀出标记,根据标记形状及微粒间的相对位置可实现微粒与径迹的对应关系,不需要介质膜与径迹片复位。采用微区溶解的方法,显微镜下手工挑出微粒并用热表面电离质谱仪对其同位素比值进行了分析。     

"神光Ⅱ"基频直接驱动内爆出中子靶制备工艺

描述了"神光Ⅱ"基频直接驱动内爆出中子靶制备工艺.用该工艺制备的爆推靶、烧蚀靶在"神光Ⅱ"装置上用基频光进行物理实验,分别获得了4×109个中子和6×108个中子的高中子产额,与理论计算的中子产额值符合较好.     

五种组合氢同位素靶丸消融率的修正(英文)

对五种不同组合的固态氢同位素靶丸H2,HD,D2,DT和T2在聚变等离子体中的消融率首次作了修正研究。结果表明由于同位素效应引起的靶丸半径烧蚀率修正从氢靶丸的1下降到氚靶丸的0.487,因此在消融率计算时是不可忽略的。这些修正可导致更深的质量沉积和改善加料效率。