界面反应引起弥散型燃料的芯体结构演化

在反应堆运行工况下,Ｕ３Ｓｉ２－Ａｌ弥散型燃料的燃料颗粒与基体的界面相互扩散形成反应层,从而导致芯体结构的演化。本文根据Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ原理建立了弥散型燃料芯体的模拟方法,并用该方法模拟了燃料相体积分散为４３％和具有一定尺寸分布的球形燃料颗粒在芯片中的空间随机排列。     

燃耗深度对U_3Si_2-Al弥散型燃料元件芯体中气孔的影响研究

辐照过程中,燃料颗粒内部会产生裂变气体形成气孔,将对其热/力学性能造成显著影响。采用带屏蔽的金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对辐照后U_3Si_2-Al弥散型燃料中U_3Si_2燃料颗粒的显微组织进行了观察,统计分析了燃料颗粒内气孔的形貌、尺寸及分布,获得气孔平均尺寸及孔隙率随燃耗深度的变化规律。结果表明,裂变密度在2.34×10~(27)~3.74×10~(27)m~(-3)范围内时,U_3Si_2-Al燃料颗粒中的裂变气体气孔的形貌未发生较大改变,均呈球状。而裂变气体气孔平均尺寸以及孔隙率均随着裂变密度的增加而增大,存在两个阶段:裂变密度在2.34×10~(27)~3.19×10~(27)m~(-3)范围内,稳态增长;裂变密度在3.19×10~(27)~3.74×10~(27)m~(-3)范围内,加速增长。     

U3Si2-Al弥散型燃料板制备工艺对力学性能的影响

U2Si2-Al弥散型燃料板元件是一种新型低浓化的研究堆燃料，该元件制备工艺复杂，使用环境特殊，加工环节对弥散型燃料板力学性能影响较大，而弥散型燃料板的力学性能优劣是保证研究堆可靠使用的必要条件。本文针对现有的U2Si2-Al弥散型燃料板元件在不同热处理时的纵横力学性能进行了测试和分析研究。结果表明，弥散型复合燃料板芯体中的铀含量越高，燃料板的强度越低，现有退火工艺对燃料板的影响极大。由此，本文提出了改善燃料板力学性能参数的热处理方法的建议。     

U3Si2-Al燃料元件板力学性能试验研究

对研究堆使用的不同规格的U3 Si2 Al弥散型复合燃料板元件的力学性能参数进行了试验研究和分析 ,同时结合板型燃料组件的结构特点对燃料板在组件运行期间可能受到的拉、压、弯的承载能力进行了测试研究。研究结果表明 :国内生产的板状元件在其拉伸性能、结构抗力等方面基本达到了国外类似燃料的水平 ,满足了研究堆的设计要求。     

国外U3Si2与UMo燃料的发展现状

U3Si2-Al弥散型燃料是一种成功的低浓铀燃料,但在较高温度和较深燃耗运行时,其抗辐照性能急剧下降;UMo-Al弥散型燃料可能使任何高性能研究堆改用低浓铀,可是燃料相与铝基体的广泛反应引起严重的肿胀,期待含硅的铝基体能成功阻止这种反应的发生;单片型UMo合金燃料板具有较好的抗辐照性能,但制造方法尚不成熟。所有这些问题都亟待解决。本文首先简介了研究堆低浓铀燃料的发展简史,分析了U3Si2-Al弥散型燃料的成就与不足,讨论了UMo合金燃料所遇到的问题与需要解决的途径,提出了U3Si2-Al、UMo-Al弥散型燃料和单片型UMo合金燃料板的研究现状。     

燃料板失效机理研究与分析

U3Si2-Al燃料板是研究堆的新型燃料,其拉伸失效机理是燃料组件设计中需要考虑的重要因素.为此,对大小两种尺寸的燃料板试样,在不同的工艺条件下进行了拉伸试验.基于试验得到的数据结果以及试验过程中对断口拍摄的电镜照片,分析并得到了U3Si2-Al燃料板的一般拉伸失效机理.此外,还对芯体缺陷对拉伸失效的影响进行了讨论,以及拉伸试验中燃料板各部分的力学特性.最后,考虑燃料板在实际工作环境下的拉伸失效可能性,分析了燃料板的实际使用安全性.     

研究堆用U3Si2-Al燃料板的热稳定性试验

U3Si2-Al板状燃料组件是一种推广应用的新型燃料元件,在国内首次应用。燃料组件的各项性能,特别是热稳定性必须通过实验验证。通过对铀密度为3.02 g/cm3的U3Si2-Al燃料板的热稳定性试验,得到:热稳定性试验会使燃料板的体积略有增大;120℃及250℃的热循环下,燃料板无明显变形,表面无变化,400℃的热循环下,燃料板略有弯曲,个别芯体裸露的燃料板表面有起泡现象;循环温度越高,芯体中U3Si2颗粒开裂越严重等实验结论,为该燃料组件的结构设计、安全分析、加工工艺提供了关键参数,并为该组件的堆内运行提供了借鉴。     

基于弦长抽样方法的弥散燃料蒙特卡罗中子输运模拟

弥散燃料因具有燃耗深、包容裂变产物能力强和导热性好等优点而被广泛应用于新型核能系统设计中。然而,弥散燃料因其燃料颗粒在基体材料中的随机分布特性给传统中子输运模拟方法带来了新挑战。基于弦长抽样法发展了弥散燃料蒙特卡罗中子输运计算方法和数值模拟程序,其可以实现弥散燃料的在线建模,充分考虑中子输运过程中燃料颗粒在基体材料中的随机分布特性,快速获得准确可靠的中子输运模拟结果。利用数值例题对本文方法及程序开展了基准验证,证明了本文方法及程序在弥散燃料临界计算中的正确性。     

UO_2-Zr弥散燃料板严重事故早期行为与熔融芯体迁移模型研究

基于UO2-Zr弥散燃料板的结构与材料特性,利用已有的扩散、Nb-Zr反应以及UO2-Zr等材料学相关文献研究了UO2-Zr弥散燃料板严重事故过程中的氧化、固相反应以及熔融物迁移等特殊过程的机理模型,能为含UO2-Zr弥散燃料板堆芯的严重事故行为特性研究与安全分析提供参考。     

新型U3Si2-Al燃料板的正电子湮没寿命谱研究

用正电子湮没寿命谱仪对U3Si2-Al燃料板样品的正电子湮没寿命进行了测量及分析,得到不同工艺状况下燃料包壳材料微观缺陷的形态及变化趋势.回火态燃料板包壳基体中的微观缺陷以单空位的点缺陷为主;冷作态中的缺陷以双空位、位错等缺陷为主;冲刷态中的缺陷以层错、小的空位团等缺陷为主.3种样品中,均未发现影响燃料板安全的大空位团缺陷.回火和冲刷等工艺或运行工况,会使燃料板包壳基体中的微观缺陷发生转变,并改变了燃料板的宏观力学性能.     

新型U3Si2-Al燃料组件的工程验证试验研究

新研制的U₃Si₂-Al板状弥散型燃料组件结构复杂,国内对该燃料组件的结构材料、制造工艺、力学性能、运行特性等均缺少经验及评定标准。为得到该新型燃料组件的各种性能参数,开展了燃料包壳及结构材料的力学性能试验、燃料板及包壳材料的热物性及热稳定性试验、燃料板的力学性能试验、燃料板的正电子湮灭寿命试验、燃料组件的水力冲刷和解体试验等一系列的工程验证试验和专项研究,得到的各项实验数据为燃料组件的结构设计、可靠性分析、安全审评提供了重要依据,也为燃料组件的加工制造、堆内使用管理提供了借鉴。     

U3Si2-Al燃料板拉伸力学性能试验研究

以U3Si2-Al弥散型燃料为芯体、铝合金6061为包壳的燃料板是研究堆的新型燃料。燃料板的机械性能是燃料组件设计中的基础数据，国内外一直未对该燃料板的机械性能进行研究。本文根据国内研究堆燃料板设计的需要，对不同芯体的燃料板在不同工艺条件下的机械性能进行了测试，同时比较了不同方向的拉伸结果。为了进一步了解燃料板的机械性能，在拉伸过程中进行反复的加载试验。考虑到燃料板延伸率偏低和它的脆断状态．还用电镜检查了拉伸断口。     

弥散燃料颗粒裂纹起源的有限元模拟分析

通过建立含多气泡的燃料颗粒模型,采用有限元方法分析了燃料颗粒在裂变气体气泡内压作用下的应力分布,统计了燃料颗粒内部气泡位置对气泡内壁处的最大拉应力的影响,并结合实验结果探寻了弥散燃料颗粒在辐照后退火时的裂纹起源。结果表明:当弥散燃料颗粒内部含有多个裂变气体气泡时,受气泡内压作用,气泡内壁径向应力为压应力,环向应力为拉应力;气泡位置距燃料颗粒心部越远,气泡内壁处的最大环向拉应力越大;表层气泡的最大环向拉应力远大于心部气泡的;燃料颗粒裂纹起源于表层气泡内壁。     

U_3Si_2-Al燃料元件γ射线吸收系数标定方法研究

为了更准确标定U_3Si_2-Al燃料元件的γ射线吸收系数,论文设计了不同标样进行了单独定标和联立定标。利用不同标定方法获得的γ射线吸收系数进行燃料元件U_3Si_2、Al质量厚度的测试,并将测试结果分别与化学分析结果进行对比。实验结果表明,以燃料元件作为标样的联立定标法在保证Al测量精确的同时提高了U_3Si_2的测量精度。     

单能窄束γ射线法检测U_3Si_2-Al燃料元件U_3Si_2均匀性

为进一步提高U3Si2-Al燃料元件U3Si2均匀性检测结果的可靠性,文章建立了一种检测U3Si2-Al燃料元件U3Si2均匀性的"单能窄束γ射线法"。该方法利用γ谱仪测量241Am的59.5 ke Vγ射线穿透燃料元件前后的透射强度,再根据物质的γ射线吸收公式和单次测量区域内U3Si2、Al总体积恒定的特性建立方程组,求解方程组得出U3Si2、Al各自的体积百分数进而得出分布均匀性。文章利用MCNP法和实测法对该检测方法进行了验证,结果表明:该方法具有工程可行性且实验检测相对精度达到3.99%。该方法为燃料元件燃料均匀性检测提供了一种新思路。     

U3Si2-Al板状燃料组件冲刷试验后的解体研究

通过对U3Si2-Al板状燃料组件的解体试验研究,得到了110 ℃水温、7 m/s流速下50 d的水力冲刷试验和18 m/s流速下的流致振动试验对该新型燃料组件各项参数的影响,为板状燃料组件的设计、选材、加工、应用提供了实验数据.