快中子谱SCWR预设计研究：运行工况评价和事故特性分析

热中子和快中子谱两种超临界水冷反应堆（SCWR）是入选第四代核反应堆框架的6种概念之一。在欧洲超临界轻水堆FP5HPLWR研发项目中，完成了热谱概念分析方面的重要工作。目前研究的是快谱SCWR的可行性和特性初步分析。提出了以下问题：能用均匀堆芯（无转换区）设计出一个增殖增益接近于0并且在瞬态工况下具有安全性的快中子谱反应堆吗？可以预料堆芯中有限的水装量将导致慢化比小，氢厘金属（H／HM）〈0．5，使快谱堆芯设计成为可能。然而，在事故工况下水的突然排泄将引起反应性快速增长。设定的设计约束条件是：额定热功率2500Mw，运行压力25MPa，堆芯出口温度500℃，60GW·d／t的高燃耗。用COPERNIC程序完成的整个堆芯的计算表明：提出的紧凑堆芯结构可能满足热工约束和最大燃料和包壳温度的限制（分别为1800oC和620℃）。对于这个堆芯，用CATHARE程序完成的计算表明，能够找到合适的布置以避免在所研究的瞬态（冷段和热段LOCA）期间达到安全极限。ERANOS程序确定了不用转换区的增殖增益为一0．05。中子学分析证实，在均匀堆芯条件下排泄效应是不可接受的。补充研究表明，可以通过在堆芯中引入非均匀性来克服正的排泄效应：即插入固体慢化剂、固定的吸收剂或增殖层。     

3×3-2小组件加深燃耗考验元件的金相检验

对3×3-2小组件加深燃耗考验元件进行了金相检验,元件最高燃耗(以金属U计,全文同)为30 917 MW*d/t.检验结果表明锆包壳外表面氧化膜剥落较为严重,内表面氧化膜最大厚度为19.46 μm;芯块与包壳平均间隙为24.93 μm;包壳最大吸氢量达到190 μg/g;芯块平均晶粒尺寸约为15.65 μm,部分晶粒有所长大,但无柱状晶出现;芯块气孔率约为5.52%,尺寸小于5 μm气孔的体积份额约占总气孔度的29.86%.在该燃耗下,元件仍具有一定的安全裕度.     

高燃耗下核燃料颗粒内部的应力状态及关键影响因素研究

高燃耗是先进反应堆堆芯的发展方向,高燃耗下核燃料内部微结构的精细化建模是燃料强度分析和性能评估的基础。本研究开发了高燃耗燃料颗粒微结构的自动化建模和力学计算程序,综合考虑燃料颗粒内气孔尺寸、位置的非均匀分布特征,系统分析了基体材料的力学性能、燃料颗粒间距、运行环境静水压力及裂变碎片损伤层对燃料颗粒开裂行为的影响规律。结果表明：燃料颗粒间距越大,燃料颗粒越不易开裂;裂变碎片损伤层的存在使得燃料颗粒开裂风险小幅增大;燃料颗粒内气孔尺寸、位置分布的非均匀性,会导致燃料颗粒从多处开裂,且颗粒在外层开裂的概率更大;开裂危险区普遍具有气孔尺寸较大且大气孔串联的特征;基体材料对燃料颗粒表面作用的约束压应力具有较大的波动性,但应力均值随燃料元件所受静水压力的增大而近乎线性增大;增大弥散燃料基体材料的弹性模量可在一定程度上抑制燃料颗粒的开裂行为;燃料元件所受静水压应力越大,燃料颗粒越不易开裂,而燃料颗粒间距缩小能削弱环境压应力的影响程度。本工作为高燃耗条件下弥散燃料安全评估及优化设计提供了分析方法及数值参考。     

中国实验快堆某辐照实验组件燃耗分布测量

在中国实验快堆（CEFR）上建立了实验组件燃耗分布测量的实验装置。对CEFR某一辐照实验组件中的4#及6#燃料元件棒进行了相对燃耗分布的测量,并与理论计算结果进行了比较。结果表明：两根燃料元件棒虽处于实验组件的不同位置,但相对燃耗分布基本一致;燃耗分布的实验测量结果与理论计算结果符合较好;实验组件燃耗分布测量的相对误差在10.2%以内。本文工作为开展快堆乏燃料组件燃耗测量奠定了基础。     

高燃耗陶瓷燃料颗粒的参数化建模及强度分析

弥散燃料芯体中的陶瓷燃料颗粒在辐照条件下会形成裂变气孔,燃料颗粒内部气孔间的相互干涉作用及气孔内压的增长致使局部拉应力超过材料强度极限,进而导致燃料颗粒开裂。本文考虑高燃耗燃料颗粒内气孔尺寸和位置分布的非均匀性,实现了颗粒内部的细观结构参数化建模。运用有限元方法计算并分析了气孔尺寸、基体约束压应力、温度和气孔分布方式对颗粒内部最大拉应力的影响,研究了颗粒内开裂危险区的分布规律。结果表明,陶瓷燃料颗粒最大拉应力随气孔尺寸和温度的增加而增大,随基体约束压应力的增加而减小;燃料相的断裂强度减小,开裂危险区面积增大;燃料颗粒从内部多处开裂破坏,而表层处开裂的概率更大。本文为弥散燃料失效研究及优化设计提供了分析方法及数值参考。     

提高压水堆燃耗的经济效益——秦山核电站和大亚湾核电站提高燃耗的前景

提高卸料燃耗会给电力公司带来很大的经济效益。本文通过作者开发的计算机程序 Dqueco,详细计算了在给定条件下秦山核电站(一期)和大亚湾核电站于12个月循环周期内不同卸料燃耗下的燃料循环总价格及各燃料循环段的价格分量,并指出大亚湾核电站燃耗从33.0 GW·d/t(U)提高到40.7 GW·d/t(U),秦山核电站(一期)燃耗从24.0 GW·d/t(U)提高到32.0 GW·d/t(U)不仅技术可行,而且有很好的经济效益。     

用MCNP-4C对叙利亚微型中子源反应堆热柱概念设计进行蒙特卡罗模拟

应用基于概率论方法的MCNP-4C程序有效地进行了叙利亚微型中子源反应堆（MNSR）及其外丽结构（包括其后将安装在堆芯的热柱）初步概念设计的三维描述。为了验证和确认程序的适用性,反应堆计算包括：临界计算和控制棒价值计算,其值分别为1．00517和6．54mk。热柱将安装在反应堆水池内。利用已有的模型得到了该热柱的优化条件,优化主要包括水池内热柱的放置位置、热柱尺寸及材料。目标是使热柱内热中子注量率达到1×10^9cm^-2·s^-1,共振中子及快中子注量率尽可能低。     

光中子源的优化设计

文章研究了基于9MeV电子加速器的光中子源的优化设计问题,提出了使X射线最有效地转换为中子的光中子转换靶的最优形状。利用蒙卡程序MCNP5设计了体积为20L的重水光中子转换靶,当加速器的平均电流为100μA时,中子产额可达2.3×10^11n／s。通过增加特定形状的石墨反射层使更多的中子向前发射,正前方10m处中子注量率可达8.55×10^4n／（cm^2·s）。文中还计算了出射中子的能谱、空间分布和时间特性。     

高燃耗下裂变气体释放行为研究与程序校验

采用燃料棒性能分析程序COPERNIC,针对哈尔登（Halden）测试燃料组件 （IFA）519.9 DK 辐照试验燃料棒辐照试验进行了计算分析,研究了高燃耗下裂变气体释放行为,并与试验数据进行了对比验证。结果表明,在燃耗达到约100 GW?d/t(U)的辐照过程中,该程序对裂变气体释放率的预测值与试验测量结果符合较好;程序未精确预测芯块孔隙率在高燃耗“边缘结构”内的演化过程,但不影响其对燃料棒辐照综合性能分析的准确性和合理性。      

基于断裂强度的陶瓷燃料颗粒开裂模型

基于陶瓷燃料断裂强度建立弥散型燃料中陶瓷燃料颗粒开裂行为的数学模型。以铜基弥散型燃料为例,通过计算预测燃料颗粒的开裂温度与燃耗的关系,分析基体金属、环境约束、燃料相的体积、燃料颗粒尺寸对开裂温度的影响,探讨提高燃料颗粒开裂温度的途径。结果表明,燃料颗粒开裂温度与燃耗深度近似呈幂律关系,随燃料相体积的增加近似直线下降;裂变气体气孔率和孔径的增加利于提高颗粒的开裂温度。     

乌兹别克斯坦邀请日本帮助开发铀矿

俄罗斯原子能机构（Rosatom）主任谢尔盖·基里延科最近在莫斯科召开的国际能源周会上表示，俄罗斯的铀储量超过100万t，其中尚未开发的铀储量约为87万t。俄罗斯没有正式宣布其目前的铀库存量。     

日本原子能研究开发机构成功开发出敛光度最好的扫描式正电子显微镜

为开发用于评估反应堆材料老化情况的新方法,日本原子能研究开发机构（JAEA）对微正电子束技术进行了研究。JAEA利用同位素（钠一22）作为正电子放射源,成功开发出了具有世界最高水平敛光度（直径为1．9μm）的小型扫描式正电子显微镜（1．5m^2×1m^2）。采用传统显微镜手法不能对材料局部进行原子级老化诊断,也不能对微小材料进行质量评估, 此技术的成功开发解决了这些难题。     

破损燃料组件中裂变产物向冷却剂释放量计算

分析包壳破损情况下裂变产物从燃料芯块向冷却剂的释放机理,建立裂变产物从燃料芯块向冷却剂的释放量的计算模型;采用CPR1000机型的设计参数对燃料包壳破损率、包壳破损尺寸和燃耗开展敏感性分析,计算等效逃脱率系数并与AP1000设计控制文件中给出的逃脱率系数进行比较。结果表明,包壳破损尺寸对裂变产物释放的影响较大,燃耗和包壳破损率对裂变产物释放影响较小。在包壳破口尺寸为34μm时,采用建立的计算模型计算所得部分核素的等效逃脱率系数与AP1000设计控制文件中给出的逃脱率系数极为接近。     

冷中子导管模拟和参数优化计算

根据冷中子源及后续中子导管的布局参数,采用蒙特卡罗方法模拟计算了冷中子导管C3出口处中子柬均匀性、准直性及注量率等数据。优化表明：a）冷源与后续导管入口间距离应尽可能短;b）中子注量率及发散度均随导管超镜因子m值增大,m值由1．5增至3．0,其Y方向发散度增大24％,注量率提高61％;c）垂直于导管弯曲面方向的发散可以用高斯分布来描述,而导管偏转方向则呈条纹状发散;d）在m=1．5、冷源与堆内导管入口距离为2．29m情况下,束流垂直发散宽度为O．86°,中子注量率为2．44×10^2cm^-2．S^-1。     

联合电解催化交换系统分离氢同位素影响因素研究

利用建立起来的理论模型,深入研究了联合电解催化交换（Combined Electrolysis and Catalytic Exchange,CECE）工艺中各种因素对氢同位素分离性能的影响。电解池分离因子的提高对浓缩倍数和脱氚率均有显著影响,降低电解池滞留量是提高浓缩倍数的有效手段。进料位置在1．5m处系统性能好于3m处;催化剂传质系数在3—4mol·m-3·s-1范围内,浓缩倍数和脱氚率基本呈线性增长。各种因素对HD／H2O和HT／H2O两个体系的影响具有相似的规律性,由于热力学因素的差异,相同条件下,HT／H2O体系分离性能好于HD／H2O。     

国产压水堆核电站40 GW•d/tU乏燃料棒金相检验

为评价国产燃料棒在较高燃耗水平下的辐照性能,在中国原子能科学研究院燃料与材料检验设施（303热室）对燃耗为40 GW•d/tU的国产压水堆核电站乏燃料棒进行了金相检验。检验内容包括芯块宏观与微观组织、包壳水侧腐蚀与氢化物分布、芯块-包壳相互作用状况等。金相检验结果表明：40 GW•d/tU燃耗下,芯块未发生明显的轮廓变化,气孔率为3.3%～5.8%,晶粒组织为等轴晶,平均晶粒尺寸为7.2 μm;Zr合金最大水侧氧化膜厚度为23 μm,氢化物分布和含量正常,最大氢含量约为150 μg/g,同时不同部位的包壳氢含量与水侧氧化膜厚度基本呈线性关系,水侧腐蚀处于正常水平;包壳内壁有局部轻微腐蚀,包壳与芯块之间存在间隙,未发生包壳与芯块相互作用情况。     

丙烯酸酯单体的邻氯代六芳基双咪唑复合光引发聚合动力学研究

利用紫外光谱对2,2’-二邻氯苯基．4,4’,5,5＇-四苯基-1,2’-二咪唑（BCIM）光引发剂开展研究。以BCIM为光引发剂、4,4-二（N,N＇-二甲基．氨基）苯甲酮（EMK）为光增感剂,N-苯基甘氨酸（NPG）为供氢体,通过实时红外光谱（RT-IR）研究丙烯酸酯单体在复合光引发体系中的光聚合动力学。结果表明：引发剂浓度越大,聚合速率越快,双键转化率越高;复合光引发体系中,当质量比mfBCIM：m（EMK）：m（NPG）：10：5：5时,引发效率最高（96．7％）;双官能度单体引发效率较三官能度的好,双键转化率可达90％以上;聚合速率随光照强度的增强而变快。     

解读普京“宏大的”战略力量现代化计划

美国核军工管理局（NNSA）与美国高性能计算机供应商Appro公司签署了一份订购合同。根据该合同，Appro将向美国三大核武器实验室（劳伦斯·利弗莫尔国家实验室、洛斯·阿拉莫斯国家实验室和桑迪亚国家实验室）交付并整合下一代高性能计算机系统。     

用于空间探测的新型弗里希栅碲锌镉探测器

研究用于空间探测的新型弗里希栅碲锌镉探测器。选择CdZnTe晶体尺寸为5mm×5mm×5mm的平面结构探测器,通过改进电极结构,采用电容弗里希栅构成只收集电子的单电荷载流子探测器单元,从而使电子对信号脉冲起主要贡献,而去除由于空穴的陷获对脉冲产生的影响。     

法国乔治·贝斯Ⅱ浓缩厂的建设进入一个新阶段

法国阿海珐集团（Areva）宣布，该集团已向浓缩技术公司（ETC）移交了乔治·贝斯Ⅱ（Georges BesseⅡ）浓缩厂离心机厂房的钥匙。这意味着乔治·贝斯Ⅱ浓缩厂的建设进度己满足了项目建设进度表的要求，该厂的建设即将进入下一个阶段，即离心机的安装阶段。