高温气冷堆核级石墨相关问题研究

本文通过对石墨在高温气冷堆中的运行环境进行了分析,研究了在石墨堆内构件设计中的关键问题和在高温气冷堆单个模块及其未来发展中核级石墨的需求。从原料、成型及中子辐照等角度分析了核级石墨国产化研究方向。根据核级石墨目前的研发形势,进行了风险问题分析。     

高温气冷堆闭式布雷顿间接循环中氚的来源及其影响

氚是氢的放射性同位素,影响环境和人体健康.目前,全球自然界中的氚主要来自人类的核活动.因此,需研究核反应堆中氚的来源及其影响.在高温气冷堆中,氚是一回路放射性的主要来源之一.由于高温气冷堆堆芯温度较高,不能忽视一回路中氚向外界和二回路渗透造成的污染问题.文章阐述了氚的物理和化学特性,高温气冷堆闭式布雷顿间接循环中氚的生成来源和释放途径,分析了氚对设备材料力学性能的影响,介绍了氚向环境释放的限值、控制措施及防止氚渗透的方法.     

高温气冷堆用石墨材料氧化行为研究进展

核级石墨是高温气冷堆重要的慢化剂、反射层和结构材料,其氧化腐蚀性能对反应堆安全运行至关重要,因此已成为核材料学科的研究热点之一。本文综述了国内外在核级石墨氧化腐蚀领域的研究现状,总结了核石墨氧化的化学动力学模型、失重率影响因子模型以及模拟计算模型,提出了高温气冷堆用石墨材料氧化腐蚀的研究方向。     

孔隙率对核级石墨氧化的影响

核级石墨在高温气冷堆中作为结构材料、慢化材料和反射层材料等被广泛应用,其氧化性能对高温气冷堆在进水或进气事故下材料的腐蚀行为有重要影响。初始孔隙率分布及孔隙率在氧化过程中的变化均对石墨氧化造成影响。本文以核级石墨IG-110、H-451、NBG-18和A3-3为例,以直径为6 cm的石墨球为研究对象,在一维瞬态氧化模型的基础上,分析了初始孔隙率分别服从均匀分布、正态分布和对数正态分布时对石墨氧化的影响。从模型简化和高温气冷堆安全分析角度保守考虑,建立石墨氧化模型时,核级石墨初始孔隙率可取均匀分布,此时石墨的整体失重率最大。     

底反射层氧化对模块式高温气冷堆进气事故的影响分析

进气事故是模块式高温气冷堆(HTR-PM)事故分析中重点考虑的一种事故类型。核级石墨在高温气冷堆中被广泛用作反射层材料、结构材料和慢化材料等。在进气事故中,燃料元件基体石墨发生氧化反应增加了燃料颗粒裸露和放射性释放的风险,底反射层发生氧化反应降低了石墨材料的机械性能,可能破坏堆芯底部结构的完整性。本文利用高温气冷堆专用系统分析程序TINTE,分别选取两种不同氧化速率的石墨材料作为底反射层材料,以热气导管双端断裂的进气事故为例,分析不同材料对进气事故的影响。在保证底反射层完整性的前提下,底反射层采用高氧化速率的材料时,能明显降低燃料颗粒裸露和放射性释放的风险。     

高温气冷堆He载气中H2O和CO2吸附净化的实验研究

通过对高温气冷堆Ｈｅ载气中的Ｈ２Ｏ和ＣＯ２在５Ａ分子筛固定床上吸附净化的实验研究，得到了吸附穿透曲线，获得了５Ａ分子筛床对Ｈ２Ｏ和ＣＯ２的动态吸附规律。实验考察了吸附温度、工作压力、杂质浓度、流速及床层高度等因素对Ｈ２Ｏ和ＣＯ２单吸附及共吸附的吸附容量及转效时间的影响，获得了最佳运行参数。实验研究结果表明：净化后Ｈｅ气中Ｈ２Ｏ和ＣＯ２的质量分数低于１０－５，满足了净化系统的要求，为高温气冷堆中５Ａ分子筛固定床装置提供了可靠的设计数据。     

HTR-PM高温气冷示范堆堆芯石墨粉尘产生量估算

在球床式高温气冷堆堆芯内,影响石墨球摩擦磨损率的关键条件为载荷与温度。此前,中国辐射防护研究院研究了载荷对石墨球摩擦磨损性能的影响,得到了石墨球磨损率与载荷的关系。本文在此基础上进一步研究了温度对石墨球磨损率的影响,通过拟合得到了石墨球磨损率与石墨球所受载荷、温度之间的关系式,结合HTR-PM高温气冷示范堆内燃料元件所受载荷和温度的分布情况,计算得出石墨球之间摩擦产生的石墨粉尘量约为14.01 g/d(5.1 kg/a)。     

HTR-10辐照后石墨球~(14)C含量研究

高温气冷堆中球形燃料元件与不含燃料的石墨球在14 C产生机制上基本相同,为获得10MW高温气冷堆(HTR-10)中燃料元件及石墨球中14 C的含量,研究了14 C在石墨球中的产生机理。总结了石墨球及燃料元件中14 C的产生途径,计算经过堆芯辐照后的石墨球中14 C总量,比较现有石墨球的解体技术,提出了分解石墨球制取14 C样品的实验测量方法。本文工作为进一步的实验研究工作奠定基础并提供理论计算结果比对。     

氚在RAFM钢表面的吸附研究

采用气相吸附法研究了室温下RAFM钢表面对氚的吸附与释放行为,并使用316L钢、1Cr18Ni9Ti钢进行了对照实验。结果表明,RAFM钢表面的氚吸附与释放性质与316L钢、1Cr18Ni9Ti钢的非常相似,相同表面状态的样品,在相同实验条件下的吸附氚量相差不超过50%。可推测,未经深度除水处理的RAFM钢暴露于氚后,表面会形成富氚层,浓度远高于基体溶解氚,厚度不大于10 μm。表面氚的形态以化学吸附和物理吸附的氚化水为主,约占90%以上。室温下RAFM钢表面吸附的氚在干燥气氛中的释放非常缓慢,但遇水会因氚-水间的同位素交换而加速释放。     

HTR-10一回路冷却剂中氚活度的测量

详细介绍了测量10 MW高温气冷试验堆一回路冷却剂中氚活度的方法。设计适用于HTR-10特点的氚收集装置,先后两次收集冷却剂中的氚,制成液样进而用液闪法进行测量,并根据试验结果推算HTR-10一回路冷却剂中氚的总活度。针对两次试验结果进行分析并与理论计算值相比较,验证了理论计算的正确性并由此进一步证明高温气冷堆的燃料包覆颗粒对放射性产物的阻挡作用完好,反应堆对环境的氚释放完全在设计要求范围内,符合相应的国家标准。     

加速器驱动洁净能系统中的燃耗行为分析

研究了加速器驱动洁净核能系统（ADS）次临界反应堆内核素的演化。分析结果表明：ADS具有嬗变长寿命核废物的能力。从快堆和热堆的比较可知,ADS的快堆具有输出功率大、长寿命超铀放射性废物的累积水平低、裂变产物对反应堆反应性和能量增益影响小等优点。这些优点在利用U－Pu燃料循环的次临界堆中十分明显。对于利用Th-U燃料循环的次临界堆,热堆和快堆都是可以工作的;而对于U－Pu燃料循环的系统,快堆则是较好的选择。     

田湾核电站冷却剂泵工作叶轮端部缺陷处理过程的核安全监督

江苏核电有限公司在对1号机组进行役前检查时,发现主泵工作叶轮的叶片端面与盖板连接处的焊接区域有缺陷.本文描述了北方监督站在缺陷的处理过程中所进行的核安全监督.     

纳米结构锆合金组织氧化膜结构演变的XRD分析

利用X射线衍射（XRD）方法研究了纳米结构锆-4合金在400℃水腐蚀过程中氧化膜结构的演变特征，进而考察组织纳米化对锆-4合金抗腐蚀性能的影响。研究结果表明，纳米组织锆-4合金的氧化膜结构演变趋势类似于普通锆-4合金。然而，纳米化处理使合金表层组织向（101）、（102）等低指数面产生了显著的择优取向；纳米面形成的氧化膜中，其ZrO2的晶粒尺寸小于普通粗晶面形成的氧化膜中的ZrO2晶粒尺寸；实验结果还显示，纳米化后锆-4合金组织氧化膜中四方ZrO2向单斜ZrO2转变的速率小于普通组织形成的氧化膜中的转变速率。本文对纳米化处理导致锆-4合金腐蚀动力学过程和结构演变细节的变化进行了初步的分析和讨论。     

Reaction Rate of Hydrolysis of Iodine

Absorption rates of dilute iodine vapor contained in air by aqueous mixtures of sodium hydroxide and boric acid were measured using a laminar liquid jet column absorber at 298 K. Absorption rates in this system are controlled by a series of complex reactions taking place in the liquid phase. The reaction rate constant of iodine hydrolysis in the aqueous phase was determined from the absorption rates observed under the conditions that the base-catalytic hydrolysis reaction of iodine can be considered to be irreversible and that other reactions can be neglected. The absorption rates calculated theoretically with the rate constant value obtained above were in good accordance with the whole experimental data observed for a wide range of experimental conditions.     

固体气泡损伤探测器阈起源的实验判别

用500MeV/u^56Fe,650MeV/u^40Ar,600MeV/u^28Si和180MeV/u^4He对固体气泡损伤探测器（T－12型）进行了实验研究，实验结果表明，固体气泡损伤探测器的阈特性可用临界能量损失率表征，在一般条件下，限定能量损失率在不同重离子产生径迹时不具有相同的临界值，因此，不能作为径迹形成的判据。     

VLSI老化模型参数热阻的研究

从老化筛选模型人手,阐述了老化模型参数热阻的重要性。基于热阻测量原理,给出了常见的热阻测量方法．同时分析了各测量方法的优缺点。在此基础上提出了一种新颖的封装热阻估计实验方法。虽然不能精确地测量出国产VLSI的热阻值．但给出了一种国产VLSI封装热阻数据的获取方法。实验证明其具有较强的实用性,不失为一种国产VLSI热阻参数快速确定的工程技术。     

FELiChEM联锁系统的设计

联锁系统是加速器装置的重要组成部分,用于保护设备和人员的安全。本文基于EPICS设计FELiChEM联锁系统,该系统由硬件联锁系统和软件联锁系统两部分组成,硬件联锁系统又分为机器保护系统(MPS)和人身安全保护系统(PPS)。硬件联锁系统的架构分为IOC层、Profinet IO控制层和Profinet IO设备层。每层均可进行冗余配置,而各层之间相互独立。原型样机的测试显示,硬件联锁系统的响应时间为2.144ms,远好于100ms的设计需求。软件联锁系统的设计采用联锁程序与配置文件分离的方式。测试表明,软件联锁逻辑完全由配置文件确定,具有非常好的灵活性。     

Micro-PET探测器单元的研究

为了发展一种快速、准确、方便、低廉的医用肿瘤诊断设备--微型正电子断层扫描仪(Micro-PET),我们对它的探测单元进行了一系列实验研究.本文描述了探测单元的结构、信号读出网络、电子学及获取系统.整个探测系统的空间位置分辨达到1.02 mm.H8500光电倍增管64路阳极输出响应最大值和最小值之比为3.1,说明它的阳极输出响应具有较好的一致性.     

堆用蒙特卡罗程序RMC的全堆计算研究

使用清华大学的"探索100"高性能并行计算机,基于美国核能署数据中心的连续能量全堆基准计算模型和法国电力集团的多群全堆基准计算模型,就通用蒙特卡罗程序(MCNP)全堆大规模并行计算开展了研究。针对堆用蒙特卡罗程序(RMC)与MCNP的全堆计算性能进行系统的比较研究。结果表明,MCNP在并行模式和计数器性能等方面均有不足,这些不足严重影响MCNP在反应堆全堆计算上的效率。而RMC在这些问题上取得了较大的改善,能够适用于反应堆全堆精细功率密度计算。因而,在反应堆全堆计算性能上,RMC优于MCNP。