点火托卡马克等离子体芯部的新经典杂质输运

在假设杂质通量受新经典输运支配的条件下研究了点火聚变堆（ITER FDR）芯部的杂质行为。估计两种温度分布的平衡杂质分布,并与芯部扩散系数为Dan=0.5m^2/s的纯反常扩散结果作了比较。将所有相关等离子体粒种的碰撞考虑进去,计算了新经典通量。芯部的扩散系数低于0.1m^2/s,并随杂质Z的增加而减小。平均漂移速度总是向外,并引起对高Z元素的有效屏蔽。由于扩散系数小,芯部的He浓度分布猛烈上升。轴上氢浓度为CHe≈15%-17%。与用纯反常输运和CHe≈9%的轴上氦浓度作出的计算结果相反,He密度不仅由再循环边缘源确定而且由低的芯部输运、增强的稀释和减小的聚变源的相互作用确定。增强的稀释使总的聚变功率下降8%--11%。当Dan^He=0.2m^2/s的氦有一个附加反常芯部扩散,He的中心浓度下降到CHe≈10%。     

钨中氦泡融合条件的分子动力学模拟研究

在托卡马克聚变装置中,钨偏滤器会受到低能高束流的氦等离子体冲刷,导致材料表面形成绒毛状纳米结构或针孔状表面损伤,使钨材料使用性能发生退化,影响等离子体的稳态运行。目前普遍认为,氦致表面损伤的形成与钨表面下氦泡的生长密切相关。钨受到氦等离子体辐照后会在材料的近表层形成高密度的小氦泡,它们可通过融合的方式长大,氦泡的融合是近表层大氦泡形成的关键环节。为了解氦泡的相对位置、温度、氦空位比(He/V)、氦泡初始间距对氦泡融合的影响,本文采用分子动力学方法模拟氦泡在金属钨中的融合过程。结果表明：氦泡的相对位置、温度、He/V、氦泡初始间距都会影响氦泡的融合,但影响的机理并不相同。其中,氦泡的相对位置是影响氦泡融合的关键因素,当氦泡沿〈100〉方向排列时,氦泡易发生融合,而沿 〈111〉方向排列则不易发生融合,其原因是氦泡附近存在各向异性的应力场。温度升高有利于氦泡体积得到更快、更充分的弛豫,进而促进氦泡发生融合。高He/V的氦泡具有较高的压力,更易发生融合。当温度为1 500 K时,2个He/V为3、半径为1 nm的氦泡之间的相互作用距离可达1.28 nm甚至更远,但它们发生融合的最大初始距离为0.96 nm。本研究可促进对钨中氦泡融合机理的理解,为钨中大氦泡的形成提供可能的解释。此外,本研究结果可为大尺度模拟（如动力学蒙特卡罗、团簇动力学）提供相关输入参数用于研究高密度氦泡的长时间演化。     

严重事故条件下安全壳响应模拟研究

压水堆核电厂发生严重事故期间,从主系统释放的蒸汽、氢气以及下封头失效后进入安全壳的堆芯熔融物均对安全壳的完整性构成威胁。以国内典型二代加压水堆为研究对象,采用MAAP程序进行安全壳响应分析。选取了两种典型的严重事故序列：热管段中破口叠加设备冷却水失效和再循环高压安注失效,堆芯因冷却不足升温熔化导致压力容器失效,熔融物与混凝土发生反应（MCCI）,安全壳超压失效;冷管段大破口叠加再循环失效,安全壳内蒸汽不断聚集,发生超压失效。通过对两种事故工况的分析,证实了再循环高压安注、安全壳喷淋这两种缓解措施对保证安全壳完整性的重要作用。     

用于双离子束注入器的杂质消除系统

研制了一套用于双离子束注入器的杂质消除系统,该系统由两台速度选择器、1台单透镜和1台双孔选束光阑组成,可实现不同荷质比的两种离子束在同时传输过程中消除杂质离子。该技术已用于1台H⁺₂和He⁺两种离子束同时传输的50 keV双离子束注入器,实现了1台加速器同时产生、传输两种离子束,并同轴注入靶内,离子束纯度好于99.9%。     

安全注入系统氮气温度控制的模拟研究

安全注入系统安注箱内硼酸溶液用氮气加压覆盖,当氮气温度过低时,可能导致硼酸溶液温度下降而结晶。本文以A核电厂安全注入系统为研究对象,利用CFD软件FLUENT对可能出现的低温氮气导致硼酸结晶的工况进行模拟计算,模拟氮气管道、安注箱内氮气温度分布,并根据计算结果提出了安全注入系统氮气温度控制的优化方案。     

严重事故条件下堆芯升温模拟

使用FLUENT计算流体程序数值模拟了AP1000在严重事故条件下的堆芯升温过程,目的是对堆芯裸露后并在其显著熔化前对堆芯升温的均匀程度进行比一体化事故程序MAAP更为详尽的研究,进行围筒和吊篮温度分析,同时评估MAAP程序堆芯升温计算结果。分析结果表明：在堆芯显著熔化时刻,堆芯围筒和吊篮已熔化,因此熔融堆芯将从侧面迁移进入下封头,同时对比证明MAAP程序关于堆芯升温的计算结果也是可接受的。     

低能氦等离子体低温条件下钨材料的表面形貌

为研究氦等离子体在钨表面造成的表面纳米结构,利用荷兰基础能源研究所Pilot-PSI直线等离子体发生装置在673 K温度下,对钨材料进行了低能（40 eV）高束流强度（4×10²³ m^-2•s^-1）氦等离子体辐照。实验结果表明,辐照后钨材料表面出现了多种不同形态的纳米结构,表面纳米结构和晶粒的表面法向之间存在明显关联。在表面法向为［111］的晶粒表面出现三角形的纳米结构,在［110］取向的晶粒表面出现条带状的纳米结构,而在［001］取向的晶粒表面没有明显的结构出现。晶粒表面的纳米结构尺寸在50 nm左右,高度起伏在5 nm以下。另外,氦等离子体辐照会造成晶界处的高度差,在25 nm左右。分析推测氦等离子体辐照造成的晶粒表面和晶界的形貌可能是由近表面的气泡所导致的。     

DⅢ—D托卡马克上杂质弹丸注入期间的快速向内杂质输运

为了辐射熄灭等离子休事的储能和缓和破裂效应,将熄灭剂氖弹丸注入ＤⅢ－Ｄ托卡马克等离子体中。在弹丸消融的时间范围内向径向输运导致氛在弹丸消融穿透半径内中心沉积,从而引起有效的射能量损耗。这个结果与所测量的加料弹丸的向外径向沉积相反。     

UO2核芯还原炉设计模拟研究

以N-S方程和k-ε湍流模型为基础,针对UO₂核芯颗粒制备过程中的焙烧还原炉设备,采用计算流体力学方法模拟考察了南非和国内正在使用的两种还原炉体设计及入流速度对内部流场的影响。从模拟结果中可发现,两种炉体设计均无法实现气流在轴向上的均匀分布,而是呈现出炉体顶部气量大、底部气量小的分布状态,这是导致颗粒还原不均匀的原因之一,且这种不均匀性随气速增加变化不大。在分析轴向压力变化影响径向气流分布的基础上对还原炉体进行了改进,提出了一种新型设计,模拟结果证实改进后的炉体设计能够实现径向气流在轴向上更为均匀的分布,因而可推定该新型炉体设计可使炉内不同轴向高度处的颗粒还原更加均匀。     

模拟强辐射环境条件下的核素定量分析实验研究

在较强辐射环境下用γ谱分析方法进行核素分析时,若周围环境中的核素与被测样品的核素相同,则将对样品分析产生很大干扰。确定和消除环境中干扰核素的影响是样品定量分析中的重要问题。当被测核素置于容器中时,由于容器对样品γ射线的屏蔽作用,这一问题显得更突出。本实验对上述问题进行了研究。由于容器壁对被测核素的γ射线产生吸收和衰减作用,而环境中的核素尽管与测量样品中的核素相同,但它们的γ射线在到达探测器之前未产生或很少发生吸收和衰减,因此,在测量过程中,对于相同的核素,由于其来源不同,所经过的介质吸收则各异,由此得到的是…     

海洋条件下浮动反应堆运行特性的数值模拟研究

利用添加了海洋条件计算模块的RELAP/SCDAPSIM程序,对额定功率工况运行下的双环路浮动反应堆受起伏、摇摆运动条件的影响情况进行了数值模拟研究.研究表明,起伏运动会造成浮动反应堆的一、二回路流量的周期性波动,起伏幅值是一回路流量波动的主要影响因素,而改变起伏周期对一回路流量波动幅度的影响不大;摇摆运动会导致一次侧...     

压水堆上腔室芯部结构改进的流场研究

为了缓解对控制棒导向筒的横向水力载荷，确保控制棒能按指令在导向筒中自由升降和快速下插，结合服役中控制棒导向筒的结构，对上腔室芯部作了如下２种情况的改进：１对原ＰＷＲ靠近上腔室出口管嘴附近的控制棒导向筒组件（对称的４组：０２２６，０３２５，１１２９，１２２８）加设了保护套。２改用３３组控制棒导向筒组件的芯部，且对全部３３组控制棒导向筒组件分别加设保护套。在相同实验条件下，对以上２种改进情况的实验结果与原上腔室的实验结果作了比较分析，得到了这２种改进结构均能缓解流场对控制棒导向筒的水力载荷作用的结论。     

杂质与粉末粒度对钛酸锶源芯性能的影响

90Sr放射源是一种能量较强的β放射源,在诸多领域有着广泛的应用。由于钛酸锶陶瓷源芯的性能对90Sr源的安全性和制造工艺难度有着重要的影响,因此需要研究杂质含量和粉末颗粒度对钛酸锶陶瓷源芯力学性能和烧结稳定性的影响规律。采用正交实验方法,将钙、钡、锆杂质含量和粉末粒度作为四个因素,按照正交表L9(3^4)设计对照实验。对不同杂质含量以及不同粉末粒度条件下压制烧结出的钛酸锶源芯的密度、尺寸、抗压强度和硬度进行测试。结果表明,在固定的冷压烧结工艺参数条件下,原料颗粒度和杂质元素锆的含量对钛酸锶陶瓷源芯性能的影响明显,原料最佳粒度为10μm,锆含量必须控制在1%以下,杂质元素钙和钡的影响较小,其含量只需分别控制在2%和4%以内即可。研究结果可为制定钛酸锶原料的纯化制备工艺以及钛酸锶源芯的冷压烧结工艺提供参考。     

钨、镍组合及钨镍合金的辐射屏蔽性能模拟

核救灾机器人对核事故现场救援和灾后处理具有重要意义,而核救灾机器人的电子器件易因受γ射线照射而失效,材料屏蔽的方法可提高电子器件的耐辐射性能。本文综合考察了Ni-W、W-Ni及钨镍合金三种复合结构模型的屏蔽性能。采用蒙特卡罗方法分别计算了不同材料厚度、元素体积比和屏蔽层数下三种模型的γ射线透射能谱。结果发现:采用Ni-W或钨镍合金方式的屏蔽效果较好,特别是在低能范围(0-0.6 Me V)优势更加明显。钨含量增加后三种模型的屏蔽结果趋近。同时,层数变化和辐照源为单向面源或单向点源对屏蔽结果影响不大。     

含杂质的卢瑟福散射的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法数值研究了杂质对α粒子卢瑟福散射的影响。杂质原子根据靶材的纯度以给定的概率随机替换靶材原晶格的原子。研究结果表明,考虑杂质后,出射粒子随散射角分布的曲线中形成了新的峰,峰的位置随杂质元素原子序数的增加向大角度方向移动;杂质的原子序数越低、含量越高,对卢瑟福散射出射粒子角分布的影响越明显;同时,入射粒子能量越低,杂质产生的峰对分布曲线的影响越明显。此外,对典型的C6+、N7+等重离子束的卢瑟福散射的模拟计算结果表明,重离子束对杂质有更好的分辨率。     

99Tc在模拟地质条件下的迁移行为研究概况

介绍了99Tc在模拟地质条件下迁移行为研究概况,主要阐明了99Tc在模拟地质条件下迁移行为的研究意义、99Tc的水溶液化学性质、影响99Tc在地质介质中迁移的因素及99Tc在近场和远场的释放和迁移,并就国内外的研究概况进行了概要评述.     

5 模拟强辐射环境条件下的核素定量分析实验研究

在较强辐射环境下用γ谱分析方法进行核素分析时，若周围环境中的核素与被测样品的核素相同，则将对样品分析产生很大干扰。确定和消除环境中干扰核素的影响是样品定量分析中的重要问题。当被测核素置于容器中时，由于容器对样品γ射线的屏蔽作用，这一问题显得更突出。     

模拟处置条件下人造岩石固化体化学稳定性研究

模拟处置条件下人造岩石固化体化学稳定性研究@杨建文@罗上庚@李宝军@张传智     

无限大芯部热容板翅式回热器动态性能研究

针对高温气冷堆直接氦气透平循环中的板翅式回热器，研究提出一仅考虑回热器芯部热容的集总参数模型，即无限大芯部热容的集总参数模型，并利用四阶龙格 库塔方法求解该模型，求解过程中考虑温度对气体物性的影响。利用该模型，分析了在入口温度、流量阶跃和斜坡扰动下回热器出口温度的响应过程。在此基础上，分析了高温气冷堆直接氦气透平循环中的功率调节过程及透平甩负荷过程时回热器出口温度和芯部温度的响应过程。