球床高温气冷堆初装堆芯建立过程模拟

针对球床高温气冷堆HTR-PM的初始临界和启动运行问题,提出了一个初装堆芯建立过程的完整方案,并采用VSOP和蒙卡程序进行了模拟,计算了初装堆建立过程关键时刻的Keff、堆芯临界高度和最大单球功率等物理参数。计算结果表明:在冷态、空气气氛下堆芯达到首次临界时,混合区高度为2. 819 3 m;依靠吸收球分组下落,可以将混合区装载到设定值7. 7 m;在进行气氛切换的过程中,堆芯始终处于次临界状态;在功率提升阶段,单球功率的峰值为2. 42 k W/FS,燃料温度的峰值为1 035℃,依靠22组吸收球可以实现冷停堆。计算结果均满足设计要求,证明了所设计的初装堆建立过程方案的安全可行性,可以为HTR-PM初始临界和启动运行提供参考。     

球床高温气冷堆吸收体价值计算的验证

VSOP程序广泛用于球床高温气冷堆的工程设计。对于被布置在堆芯侧反射层孔道中、用于反应性控制的吸收体,由于物理计算方法的限制,VSOP程序不具备计算其价值的功能,必须借助其他确定论程序进行外部耦合计算,涉及到几何的近似处理、截面的归并和转换,可能引入额外的误差。为此,本文采用蒙特卡罗程序建立了精细的堆芯模型,真实描述了堆芯活性区的球床结构、侧反射层的孔道结构、吸收体的形状和位置,在同样的堆芯状态下,比较了确定论耦合程序和MCNP程序计算得到的吸收体价值。结果表明：确定论耦合程序的计算结果是准确的,从设计角度上是偏保守的。     

基于切比雪夫有理近似法的燃耗程序开发

基于切比雪夫有理近似法(CRAM)对燃耗方程进行求解,采用EAF数据库,开发了燃耗程序ABURN。计算了聚变堆第一壁活化例题和UO2燃料燃耗例题,并将ABURN程序的计算结果与欧洲活化程序FISPACT进行对比。结果表明,ABURN程序可达到FISPACT程序同等精度,并且由于采用了CRAM,程序在燃耗步设置方面具有高度的灵活性,初步验证了ABURN程序的可用性与准确性。     

CRAM在放射性核素存量计算中的应用

在反应堆中,组成材料的稳定核素经受强中子辐照后,会被活化成放射性核素。这些核素及其衰变产物对工作人员的职业辐照剂量具有重要贡献。为了更好地进行人员的辐射防护工作,需要对放射性核素的存量进行精确计算。相对于核素平衡方程的其它求解方法,切比雪夫有理逼近方法(Chebyshev Rational Approximation Method,CRAM)在计算精度和效率方面具有综合性优势。首先介绍了CRAM的基本理论,随后选取典型的例题进行了测试验证。与解析解对比的结果表明,采用CRAM进行中子辐照下的核素活化衰变计算能够取得不错的效果,但是用于核素长期衰变计算可能导致计算错误。针对此问题,将收缩乘方技术与CRAM相结合,取得了正确的计算结果,拓展了CRAM的适用范围。     

压水堆主冷却剂中氚源项计算分析

压水堆主回路冷却剂流经堆芯时，水中固有及特加核素受中子辐照后会产生氚，氚几乎全部以气体和液体的形式排入环境，造成氚污染。因此，氚是压水堆辐射环境影响评价的主要关注内容之一。本文以AP1000为例，根据压水堆主回路冷却剂中氚的产生途径及其随时间的变化情况建立详细的计算模型，计算压水堆主回路冷却剂中的氚活度并分析各产氚途径对氚产生量的贡献。计算结果表明：主回路冷却剂中的氚主要来源于可溶性硼的中子活化和铀裂变，对氚产生量的贡献达80%以上；在⁷Li纯度为99.9%时，AP1000主回路中的年产氚量为5.23×10¹³ Bq，锂产氚量占总量的14.01%，随⁷Li纯度的增加，锂产氚量的贡献呈线性减小，在⁷Li纯度为99.99%时，锂产氚量占总量的3.18%。其他途径对氚的产生量贡献很小，可忽略。根据以上结果，可通过控制主回路冷却剂中添加的初始硼浓度、提高燃料包壳质量、增加LiOH中⁷Li的纯度等多种途径来降低主冷却剂中氚的产生量，从而减少氚对环境的放射性污染。     

基于偏离效应核素筛选方法的水冷聚变堆源项计算

活化腐蚀产物是水冷聚变堆正常运行过程中主要的放射性源项，一般采用解析方法求解，但解析方法无法在满足精度要求的同时提高计算效率。本文提出一种基于定量化偏离效应分析的核素筛选方法，以放射性活度和剂量率2个参数定义偏离效应指标，通过分析偏离效应指标，筛选出满足接收准则的核素，以确定计算所需要的目标核素，这种分析方法既能满足精度需求，又能提高计算效率。将该核素筛选方法应用于国际热核聚变实验堆（ITER） 限制器-外包层水冷回路 （LIM-OBB）的活化腐蚀产物源项分析，并与此问题下的高精度基准解进行对比。结果表明，57Co、58Co、55Fe、51Cr等主要活化腐蚀产物核素的比活度计算结果相对于基准解的偏差均控制在1.5%以内；应用核素筛选方法后的计算效率相对于基准解的计算效率提高了279倍。      

聚变堆水冷回路中多物相活化腐蚀产物计算分析

聚变堆水冷回路中结构材料与冷却剂接触后产生的腐蚀产物随冷却剂流经堆芯辐照区时,极易被中子活化,活化后的腐蚀产物形成一个辐射场,在反应堆维护及检修过程中会对工作人员产生较大的职业照射剂量。在活化腐蚀产物源项分析程序CATE V2.1的基础上,对计算模型进行改进,开发出基于四物相三节点模型的活化腐蚀产物源项分析程序CATE V3.0,全面考虑了活化腐蚀产物的多种物质形态(氧化层、沉积层、离子、颗粒)在水冷回路中的主要行为,从而可以更加准确地评估活化腐蚀产物导致的迁移源项。使用活化腐蚀产物源项程序CATE V3.0对国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)的偏滤器水冷回路进行建模仿真,计算得到了活化腐蚀产物的成分和放射性活度在偏滤器水冷回路中的分布以及随时间的变化规律,并将CATE V3.0模拟得到的放射性活度通过点核积分程序计算出反应堆正常运行1.2 a的剂量率。结果表明:辐照区的放射性活度主要来自氧化层,非辐照区的放射性活度主要来自沉积层;在反应堆运行期间,放射性活度主要来自短寿命核素64Cu和60Com,但剂量率主要来自长寿命核素58Co和60Co;停堆后,短寿命核素会迅速衰变消失,长寿命核素成为水冷回路中的放射性活度和剂量率主要贡献者。     

ICP-OES法测定金属眼镜架中钛含量

选取含钛金属镜架,用ICP-OES法测试其钛含量。测试结果表明部分标识为"纯钛"的金属镜架含钛量偏低。     

水辐解对反应堆材料SS316腐蚀速率的影响研究

水作为反应堆的主要冷却剂之一,在经过堆芯的辐照区时会产生辐解,生成具有强氧化性的O_2、H_2O_2等产物,这些产物会对材料的腐蚀速率造成影响,进而影响反应堆的活化腐蚀产物源项。在已有理论和模型的基础上,将水辐照分解计算和材料腐蚀速率计算结合起来,以评估水辐照分解对反应堆材料腐蚀速率的影响。根据反应堆的运行工况,计算出冷却回路中水辐解的主要产物O_2和H_2O_2的产额在0.1～10μmol·L~(-1)之间,结合电化学中的混合电位理论,进一步计算得出SS316材料的电化学腐蚀速率在0.012～0.026 g·m~(-2)·h~(-1)范围内。     

线性子链法在脉冲中子活化计算中的应用

核聚变装置大多在脉冲工况下运行，不同的脉冲运行模式会对材料活化计算产生影响，脉冲的处理方法以及活化计算方法的选择直接决定了计算结果的精度。本文采用线性子链法和解析解公式计算反应链中各核素的数量随时间的变化情况，并通过回溯算法搜索所有参与计算的反应链。针对脉冲中子活化问题，将真实脉冲通过稳态（SS）方法、等效稳态（ESS）方法、连续脉冲（CP）方法进行等效处理，从而简化计算过程，并在此基础上编制了用于脉冲中子活化计算的TACT程序。最后基于天然Fe活化基准题，根据惯性约束聚变装置（IFE）和磁约束聚变装置（MFE）的典型脉冲周期对TACT程序进行测试计算，比较了各种脉冲处理方法的准确度。结果表明：对于IFE和MFE的典型脉冲运行模式，以ESS为前段的CP方法的准确度均优于其他方法；对于CP方法，只需适当保留末尾的真实脉冲数即可达到一定的精度。