辐照后铍构件的应力分析与评价

针对铍材的机械性能和辐照特性,在考虑机械应力、热应力、辐照肿胀应力以及按工况进行载荷组合的基础上,对辐照后铍构件的应力进行分析计算,并采用最大拉应力理论进行评价。以高通量工程试验堆(HFETR)铍组件为例,采用ABAQUS软件计算其关键部件铍套管的应力状态。结果显示,其最大主应力远小于材料拉伸强度,从应力破坏的角度看,该铍组件仍可继续使用较长时间。     

一种新燃料组件运输容器设计研究

新燃料组件运输容器是新燃料组件制造和运输过程中必须具备的重要设备,根据运输容器设计准则,在对国内核电站所采用运输容器调研的基础上,结合新燃料组件的性能特点,确定了运输容器的运输姿态及装载量,并从强度设计、减震设计、隔热设计几个主要方面开展了运输容器结构方案研究,确定了运输容器的结构方案。利用ANSYS软件对运输容器9 m自由跌落试验及800℃火烧试验进行了仿真分析,分析结果表明在经受运输事故工况时运输容器的完整性可以得到有效保证。     

FCM燃料堆内行为模拟及结构设计研究

本文采用二维特征模型模拟不同无燃料区厚度全陶瓷微封装弥散(FCM)燃料的热力学行为,在保证堆芯装载要求的条件下,研究不同结构FCM燃料SiC基体和包覆燃料颗粒SiC层的应力状态。通过优化无燃料区厚度,调整TRISO颗粒间的间距,保证无燃料区和SiC层同时具有较低的应力水平。分析了无燃料区厚度为100～500μm时基体SiC、无燃料区以及SiC层的应力分布,结果表明,基体SiC和SiC层最大应力随无燃料区厚度增大而增大,而无燃料区的最大应力则随其厚度增大而降低。当无燃料区厚度为400μm时,无燃料区和SiC层均处于较低的应力状态,无燃料区SiC基体应力约为400 MPa,而SiC层的最大环向应力约为200MPa,其失效概率约为2.5×10-4。因此,当无燃料区厚度为400μm时,FCM燃料既能维持芯块结构完整,又能保证SiC层具有较低的失效概率。结构优化为FCM燃料的应用提供了基础。     

定位格架新型搅混翼设计研究

定位格架是影响燃料组件热工水力性能的重要部件,其搅混翼对流体存在搅混作用。本文主要针对定位格架搅混翼对流体的搅混作用,采用计算流体力学(CFD)方法研究子通道内部及子通道之间流动搅混较为薄弱的环节。研究表明,增大搅混翼外形尺寸能增强格架的搅混能力,带辅翼的新型搅混翼设计能有效弥补主翼对流动搅混的不对称性,增强格架子通道内部的涡旋搅混能力,优化布置的辅翼形式,不过多减弱子通道之间的横向流搅混作用,且有利于搅混效果的沿程发展,同时还兼顾考虑了由此带来的格架压降增大。     

(U,Gd)O_2可燃毒物燃料芯块制造工艺及其主要性能

介绍了中国核动力研究设计院(U,Gd)O2可燃毒物燃料芯块制造生产线所使用的原材料UO2粉末、Gd2O3粉末、(U,Gd)3O8粉末以及添加剂硬脂酸锌和草酸铵的主要性能,同时描述了混料、制粒、成型、烧结和磨削等制造工艺过程及其产品(U,Gd)O2芯块的主要性能,并对制造过程中有关工艺控制参数进行了讨论。     

反应堆Ⅱ类瞬态下燃料棒PCI研究

介绍反应堆Ⅱ类瞬态下燃料棒芯块与包壳相互作用(PCI)分析方法和PCI热-力学计算理论模型,在此基础上对海南核电厂降功率燃料管理方案进行PCI评价,并对影响PCI失效裕量的因素进行分析。结果表明,所有瞬态条件下包壳的应变能密度与技术限值相比较都有裕量;瞬态局部线功率越大,瞬态发生前局部燃耗越深,PCI失效裕量越小;瞬态发生前,降功率时间越长,PCI失效裕量越小;降功率后再升功率,裕量得到一定程度恢复。     

FCM燃料堆内行为模拟及结构设计研究

The thermal mechanical performance of the fully ceramics microencapsulated fuel (FCM) with different non-fuel part size was simulated using two-dimensional characteristic unit. When the fissile loading meet the requirements of the reactor core, the stress condition of SiC matrix and SiC layers were investigated for FCM pellets with different structures. Non-fuel parts and SiC layers suffered relative lower stress by optimizing FCM pellet structure and adjusting distance between different TRISO particles. The stress distribution of matrix, non-fuel part and SiC layer was discussed for the FCM pellets with non-fuel part size from 100 μm to 500 μm. The results indicate that, the maximum hoop stress of the matrix and SiC layer increased with the increasing of non-fuel part size, while the non-fuel parts exhibited crosscurrent. Non-fuel parts and SiC layer possessed lower stress when the non-fuel part was 400 μm. The stress of non-fuel part was about 400 MPa, and the maximum hoop stress of the SiC layers were about 200 MPa. The failure probability was 2.5×10-4. The structure integrity was maintained for the pellets with 400 μm non-fuel part, at the same time the failure probability SiC layer was low. Structural optimization is the basis for the application of FCM pellet.     

基于β-γ符合法测量的在线啜吸检测装置的研制

反应堆运行期间燃料包壳时常会发生破损,当燃料组件发生破损后,核电厂通常会在换料过程中使用在线啜吸装置对每个燃料组件进行啜吸试验,通过裂变产物分析确定被测组件是否发生破损,然而受核岛内过强的辐射环境干扰影响,传统单一β或单γ粒子检测设备的检测结果时有误判或漏判发生。本文设计了一种基于β-γ符合法测量技术的在线啜吸检测装置,装置含有β和γ粒子探测器,并构建了β-γ符合检测通道,融合了现有β、γ破损判断技术,同时增加了基于β-γ符合判断的结果。相关应用结果表明：在核岛内较强辐射干扰下,本系统符合测量本底计数率可达到0.04 s^-1,装置对¹³³Xe最小可探测活度(MDA)达23.7 Bq,检测灵敏度优于单一β粒子或γ粒子检测模式;3种判断模式的应用大幅提升了破损判断结果的可靠性。该装置可以替代现有单一粒子检测模式的在线啜吸检测装置应用于核电厂开展相关检测工作。     

毒物不锈钢屏蔽材料中第二相的析出行为

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对毒物不锈钢中第二相的析出行为进行了研究,并分析了第二相析出对基体组织稳定性和轧制开裂的影响机制。结果表明:不锈钢中第二相主要以Gd-Ni系为主,其析出数量随着Gd含量的增加而增加,当Gd含量(质量分数)由1.87%增加至7.87%时,第二相的析出面积分数由5.5%增至20.3%。其次,第二相的析出破坏了基体组织的稳定性,随着Gd含量的增加,不锈钢基体组织经历了单相奥氏体→奥氏体+铁素体两相组织→单相铁素体的转变过程。第二相的析出使得不锈钢塑性下降,同时促进轧制裂纹的萌生和发展。     

Gd含量对06Cr19Ni10不锈钢热中子屏蔽性能及微观组织的影响

针对核电站对中子屏蔽材料结构功能一体化的需求,开展了Gd含量对06Cr19Ni10不锈钢热中子屏蔽性能及微观组织的影响研究,通过热中子屏蔽计算仿真分析,并以此为指导开展了不同Gd含量的Gd-06Cr19Ni10熔炼和轧制试验,采用OM、SEM等方法对不锈钢试样进行微观组织分析。结果表明:Gd的添加可以细化06Cr19Ni10不锈钢晶粒,但易形成脆性的Ni-Gd第二相,随着Gd含量的提高,Ni-Gd第二相面积分数也明显增加,使得06Cr19Ni10不锈钢的塑性下降,轧制性能明显降低。结合热中子屏蔽计算分析和轧制试验结果,认为Gd含量为1.7%(质量分数)左右时Gd-06Cr19Ni10可以获得较为均衡的热中子屏蔽性能和材料轧制性能。