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兆瓦级锂冷空间核反应堆电源方案设计与研发进展

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 365-376页

作者：吴宜灿刘超金鸣陈建伟张勇吴庆生洒荣园柏云清李春京蒋洁琼宋勇胡丽琴王芳谈鹏翁娜江新标高扬周新贵郑友琦鹿鹏张智刚郝祖龙殷园中子科学国际研究院青岛266199 中子科学(重庆)研究院有限公司重庆401331 中子科学研究院(合肥)有限公司合肥230001 安徽中科超核科技有限公司合肥230001 中国科学院合肥物质科学研究院合肥230001 中国科学技术大学合肥230026 上海核工程研究设计院有限公司上海200233 西北核技术研究院西安710024 中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073 西安交通大学核科学与技术学院西安710049 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室哈尔滨150001 华北电力大学核科学与工程学院北京102206 深圳大学物理与光电工程学院深圳518060 山东大学核科学技术研究院济南250012

空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线.本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上,提出并设计了一套兆瓦级小型... 详细信息

空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线.本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上,提出并设计了一套兆瓦级小型锂冷空间堆电源技术方案,该方案采用锂冷反应堆与布雷顿发电系统耦合,具有轻量化、长寿命等特点.本文针对该方案梳理了所涉及的关键技术,介绍了在技术分析论证、相关验证样机和实验平台研制的进展情况,并在此基础上提出我国未来发展大功率空间堆电源的建议.

关键词：空间核反应堆锂冷反应堆布雷顿发电

常温C^(4+)辐照对多晶HIP-SiC力学性能的影响

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原子能科学技术 2022年第12期56卷 2601-2606页

作者：易柏全刘旭东郝祖龙华北电力大学非能动核能安全技术北京市重点实验室北京102206

热等静压(HIP)法具有提高材料致密度、抑制晶粒生长、避免晶粒取向等优点,常用于制备多晶6H-SiC材料。为探究HIP法制备的多晶6H-SiC辐照损伤特性,评价HIP工艺下碳化硅材料作为耐事故燃料包壳的可行性,以多晶6H-SiC为研究对象,分析样品... 详细信息

热等静压(HIP)法具有提高材料致密度、抑制晶粒生长、避免晶粒取向等优点,常用于制备多晶6H-SiC材料。为探究HIP法制备的多晶6H-SiC辐照损伤特性,评价HIP工艺下碳化硅材料作为耐事故燃料包壳的可行性,以多晶6H-SiC为研究对象,分析样品辐照前后的性能、结构等变化。为防止其他元素对实验造成影响,实验采用的辐照离子为C ^(4+),辐照剂量为1.8 dpa和5 dpa,并设置1组未辐照样品作对比。通过运用SEM、纳米压痕、XRD、拉曼光谱等测试分析多晶6H-SiC在离子辐照前后表面特征和性能参数的变化。研究结果表明,样品材料元素成分占比无明显变化,而硬度略有下降,晶格呈现损伤现象,但辐照很快趋于饱和且结构上未发生改变。因此从离子辐照方面分析,整体上HIP制备的多晶6H-SiC抗辐照能力较强,具有作为未来事故容错燃料基体的可能性。

关键词：耐事故燃料包壳 HIP-SiC 离子辐照性能表征

常温C辐照对多晶HIP-SiC力学性能的影响

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原子能科学技术 2022年

作者：易柏全刘旭东郝祖龙华北电力大学非能动核能安全技术北京市重点实验室

热等静压(HIP)法具有提高材料致密度、抑制晶粒生长、避免晶粒取向等优点,常用于制备多晶6H-SiC材料。为探究HIP法制备的多晶6H-SiC辐照损伤特性,评价HIP工艺下碳化硅材料作为耐事故燃料包壳的可行性,以多晶6H-SiC为研究对象,分析样品...

热等静压(HIP)法具有提高材料致密度、抑制晶粒生长、避免晶粒取向等优点,常用于制备多晶6H-SiC材料。为探究HIP法制备的多晶6H-SiC辐照损伤特性,评价HIP工艺下碳化硅材料作为耐事故燃料包壳的可行性,以多晶6H-SiC为研究对象,分析样品辐照前后的性能、结构等变化。为防止其他元素对实验造成影响,实验采用的辐照离子为C,辐照剂量为1.8 dpa和5 dpa,并设置1组未辐照样品作对比。通过运用SEM、纳米压痕、XRD、拉曼光谱等测试分析多晶6H-SiC在离子辐照前后表面特征和性能参数的变化。研究结果表明,样品材料元素成分占比无明显变化,而硬度略有下降,晶格呈现损伤现象,但辐照很快趋于饱和且结构上未发生改变。因此从离子辐照方面分析,整体上HIP制备的多晶6H-SiC抗辐照能力较强,具有作为未来事故容错燃料基体的可能性。

关键词：

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智能控制在SGTR规程中的应用研究

核动力工程 2023年第5期44卷 130-135页

作者：袁睿郝祖龙袁金晓李鸣谦邓士光华北电力大学核科学与工程学院北京102206 中国核电工程有限公司北京100037

核电厂发生蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故后,操纵员需按相应规程进行操作。但在事故序列处理中,一回路冷却剂的降温、降压效果大多依靠操纵员的运行经验。针对该问题,本文提出一种基于长短期记忆神经网络(LSTM)和自适应比例-积分-微分... 详细信息

核电厂发生蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故后,操纵员需按相应规程进行操作。但在事故序列处理中,一回路冷却剂的降温、降压效果大多依靠操纵员的运行经验。针对该问题,本文提出一种基于长短期记忆神经网络(LSTM)和自适应比例-积分-微分(PID)的SGTR规程优化方法,并给出了实现流程。利用某1000 MW模拟机开展了SGTR事故模拟实验,基于模拟实验数据对本文方法进行了测试。仿真结果表明,与操纵员人工操作相比,本文提出的智能操作方法具有更好的降温、降压效果,本文方法可为核电厂事故规程的智能化操作提供一种新思路。

关键词：核电厂蒸汽发生器传热管破裂(SGTR) 运行规程优化长短期记忆神经网络(LSTM)

网络攻击下安全级仪控系统人因失误风险分析初探

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核科学与工程 2022年第4期42卷 959-967页

作者：郝祖龙袁睿郝琦玉宇华北电力大学核科学与工程学院北京102206 非能动核能安全技术北京市重点实验室北京102206

为研究网络攻击下人因失误对核电站安全级仪控系统的风险影响,在传统概率安全评价模型基础上引入网络攻击要素,采用情境分析并结合核电厂应急运行规程研究了一种网络攻击下安全级仪控系统人因失误风险分析方法。简要分析了网络攻击可能... 详细信息

为研究网络攻击下人因失误对核电站安全级仪控系统的风险影响,在传统概率安全评价模型基础上引入网络攻击要素,采用情境分析并结合核电厂应急运行规程研究了一种网络攻击下安全级仪控系统人因失误风险分析方法。简要分析了网络攻击可能引发的操纵员失误行为,并给出相应人误风险分析方法及流程。以丧失二回路冷源为例,从人因失误角度定性分析了网络攻击导致的操纵员作业失误风险,建立了相应的人因失误风险故障树模型,并比较了不同人因失误概率下的事故发生概率。初步结果表明,人因在被明显误导的状况下,对应事故概率不可忽略,通过提高操纵员对网络攻击的认知能力可有效降低事故概率水平。

关键词：核电厂数字化仪控系统网络攻击人因失误故障树

辐照监督重组冲击试样插入段选材的力学与数值模拟分析

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核动力工程 2023年第S1期44卷 113-118页

作者：唐云鹏朱卉平佟振峰马雁郝祖龙王栋华北电力大学核科学与工程学院北京102206 中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610213

为解决核反应堆堆内空间有限而导致的辐照监督试样短缺问题,采用试样重组技术可利用有限的夏比冲击试样获得更多冲击数据,为核电厂的延寿提供数据支撑。本研究采用反应堆压力容器材料Ni-CrMo-V钢,分别在母材、焊缝和热影响区位置选材制... 详细信息

为解决核反应堆堆内空间有限而导致的辐照监督试样短缺问题,采用试样重组技术可利用有限的夏比冲击试样获得更多冲击数据,为核电厂的延寿提供数据支撑。本研究采用反应堆压力容器材料Ni-CrMo-V钢,分别在母材、焊缝和热影响区位置选材制备夏比冲击试样。结果表明,冲击试样在上平台区产生最大的塑性变形,而热影响区选材的上平台断头具有最大的塑性变形区,其长度约为8.5 mm。因此,Ni-CrMo-V钢重组试样的插入段最大长度应不大于19 mm。采用GTN模型模拟冲击过程与试验结果偏差小于5%,可有效用于冲击试样变形区长度的模拟。

关键词：辐照监督试样重组插入段硬度 GTN模型

基于最大气泡压力法的液态碱金属密度和表面张力测量

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核科学与工程 2023年第3期43卷 568-575页

作者：贺彦刘祥郝祖龙牛风雷华北电力大学核科学与工程学院北京102206

液态碱金属是空间核反应堆的冷却剂材料之一,其热物性参数是冷却剂材料选取的重要依据。现有的液态碱金属的密度及表面张力实验研究数据较少,当今空间堆发展对其有更高要求。根据最大气泡压力法,研制了一套可同时测量液态碱金属密度和... 详细信息

液态碱金属是空间核反应堆的冷却剂材料之一,其热物性参数是冷却剂材料选取的重要依据。现有的液态碱金属的密度及表面张力实验研究数据较少,当今空间堆发展对其有更高要求。根据最大气泡压力法,研制了一套可同时测量液态碱金属密度和表面张力的实验装置,并以纯度为99.9%的锂为被测介质,对该装置的可靠性和可用性进行验证。结果表明,在200~650℃温度范围内,标准大气压下,实验结果与文献参考值相比,密度平均偏差为0.47%,表面张力平均偏差[12]为0.93%,具有较好的线性度。在此基础上,给出了液态锂密度和表面张力与温度的经验关系式。最后分析了管径、鼓泡速度对液态锂密度和表面张力测量结果的影响,并给出相应实验建议。本文工作可对高温液态碱金属的密度及表面张力开展高精度测量提供参考。

关键词：反应堆冷却剂碱金属表面张力最大气泡压力法

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基于小波变换的热工信号多尺度相关性分析

中国电机工程学报 2010年第14期30卷 109-114页

作者：郝祖龙刘吉臻常太华田亮华北电力大学自动化系北京市昌平区102206

针对传统的热工信号相关性分析无法兼顾整体趋势相关性和局部波动相似性分析的不足,利用小波变换的多分辨率分析思想,提出从不同频率尺度来研究信号的相关性。通过小波变换的多层分解与重构得到不同频率范围内的信号分量,依据同一频率... 详细信息

针对传统的热工信号相关性分析无法兼顾整体趋势相关性和局部波动相似性分析的不足,利用小波变换的多分辨率分析思想,提出从不同频率尺度来研究信号的相关性。通过小波变换的多层分解与重构得到不同频率范围内的信号分量,依据同一频率信号的波动相似性,计算相关系数来定量描述该尺度下信号间的关联程度。对某600MW机组数据进行实例分析,表明该方法不仅可以定量分析信号低频趋势的相关性强弱,同时也能够挖掘出高频波动相似性强的信号,从而拓展了热工相关信号的挖掘范围。

关键词：热工信号数据挖掘多尺度相关波动相似性小波变换

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LOCA事故下碳化硅复合包壳失效概率计算

核技术 2023年第9期46卷 111-116页

作者：曹力文易柏全郝祖龙华北电力大学核科学与工程学院北京102206

碳化硅(SiC)复合包壳是未来轻水堆耐事故燃料(Accident Tolerant Fuel,ATF)包壳候选方案之一。本文主要研究了在失水事故(Loss Of Coolant Accident,LOCA)下双层SiC结构包壳的失效概率问题。基于SiC复合材料包壳失效概率计算方法,采用... 详细信息

碳化硅(SiC)复合包壳是未来轻水堆耐事故燃料(Accident Tolerant Fuel,ATF)包壳候选方案之一。本文主要研究了在失水事故(Loss Of Coolant Accident,LOCA)下双层SiC结构包壳的失效概率问题。基于SiC复合材料包壳失效概率计算方法,采用准稳态方法模拟计算了瞬态工况下的SiC复合材料包壳失效概率。通过分析各种应力在事故工况下的占比,对Weibull分布的两个特征参数进行敏感性分析;研究了不同燃耗对于失效概率的影响,模拟了在不同层厚比下包壳的失效概率。结果表明:复合层所占比例的变化、Weibull参数改变、在不同燃耗下发生LOCA事故,对于SiC复合材料包壳的瞬态失效概率都有着较为明显的影响。本文的研究有助于耐事故燃料包壳的开发与设计,为SiC复合材料包壳失效概率的进一步研究提供参考。

关键词：压水堆碳化硅复合包壳失水事故失效概率