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核燃料裂变气体释放机理模型不确定性研究

核电子学与探测技术 2022年第3期42卷 521-526页

作者：潘昕怿王业辉陈浩兰兵张盼依岩生态环境部核与辐射安全中心北京100082 哈尔滨工程大学哈尔滨150001

基于随机抽样方法研究核燃料裂变气体释放(FGR)机理模型不确定性,分析了扩散系数、重溶参数、晶粒尺寸等模型参数对计算结果的影响。42个试验算例分析结果表明,模型参数不确定性引起的FGR计算标准差约为均值的30%~60%,是计算结果与试验... 详细信息

基于随机抽样方法研究核燃料裂变气体释放(FGR)机理模型不确定性,分析了扩散系数、重溶参数、晶粒尺寸等模型参数对计算结果的影响。42个试验算例分析结果表明,模型参数不确定性引起的FGR计算标准差约为均值的30%~60%,是计算结果与试验测量值之间偏差的主要来源,其中晶内气体扩散系数和重溶参数的敏感性最高。不确定性和敏感性分析结果可用于FGR机理模型的改进。

关键词：核燃料裂变气体释放模型参数不确定性

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核燃料包壳锆合金表面铬涂层研究进展

表面技术 2021年第1期50卷 221-231,241页

作者：王淑祥白书欣朱利安叶益聪王震李顺唐宇国防科技大学空天科学学院长沙410073

锆合金凭借其较低的热中子吸收截面、优异的抗辐照性能以及良好的核燃料相容性等优点,被广泛应用于压水堆燃料包壳。福岛核事故后,表面铬涂层改性的锆合金成为耐事故包壳材料的重点研究方向之一,被认为是短期内最有可能投入商业应用的... 详细信息

锆合金凭借其较低的热中子吸收截面、优异的抗辐照性能以及良好的核燃料相容性等优点,被广泛应用于压水堆燃料包壳。福岛核事故后,表面铬涂层改性的锆合金成为耐事故包壳材料的重点研究方向之一,被认为是短期内最有可能投入商业应用的技术。综述了近年来核燃料包壳锆合金表面铬涂层的研究成果。介绍了铬涂层在事故条件下和正常工况条件下的性能优势,分析了其与锆合金基体在热性能上的匹配特性,重点对比了现有的铬涂层制备方法的优缺点,包括激光熔覆、喷涂、物理气相沉积等。其中激光熔覆和喷涂技术具有沉积速度较快、工艺条件相对简单的特点,但涂层厚度和粗糙度偏高,均匀性较差。物理气相沉积技术制得的涂层综合性能好,不足之处是涂层沉积速率较低,沉积过程需要高真空环境。兼顾高质量和低成本且适合商业化生产的包壳管表面铬涂层制备工艺仍有待于深入研究。归纳了铬涂层的高温氧化失效机制,提出在高温氧化过程中,涂层的分层、残余铬层的消耗以及锆元素沿铬晶界的扩散,是产生氧快速扩散通道并最终导致涂层失效的主要原因。最后指出了当前研究中存在的若干问题及其解决措施,为包壳锆合金表面铬涂层的进一步研究提供参考。

关键词：核燃料包壳材料锆合金铬涂层制备方法失效机制

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超高通量快中子研究堆核燃料概念设计研究

核动力工程 2022年第6期43卷 217-221页

作者：李文杰夏榜样余红星焦拥军李权孙丹吴裕中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 中国核动力研究设计院核燃料与材料技术重点实验室成都610213

提高中子注量率是高通量研究堆的发展趋势,能够大幅加速反应堆材料研发进程。但若提高中子注量率至10^(16)cm^(−2)·s^(−1)将导致功率密度峰值相较于现有研究堆高数倍,对反应堆和核燃料设计带来许多挑战。为此,本文从中子学、传热、燃... 详细信息

提高中子注量率是高通量研究堆的发展趋势,能够大幅加速反应堆材料研发进程。但若提高中子注量率至10^(16)cm^(−2)·s^(−1)将导致功率密度峰值相较于现有研究堆高数倍,对反应堆和核燃料设计带来许多挑战。为此,本文从中子学、传热、燃料材料堆内行为等方面半定量分析了提高中子注量率对核燃料性能的影响,并提出应对超高通量和功率密度挑战的设计措施,为发展超高通量快中子研究堆燃料设计提供指导。

关键词：超高通量研究堆核燃料传热设计

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核燃料元件临时贮存临界安全分析

核动力工程 2016年第S1期37卷 80-83页

作者：刘彩霞张寅伊蕾王进荣韩国胜宫殿荣国防科工局核技术支持中心北京100080

利用蒙特卡罗通用软件包(MCNP)计算分析了某研究堆、核电厂燃料元件和燃料芯块在正常情况和事故条件下临时贮存在某设施中的临界安全水平。给出了在该设施中可贮存的燃料元件富集度临界限值。计算了栅距和水密度等对临界系数的影响,并... 详细信息

利用蒙特卡罗通用软件包(MCNP)计算分析了某研究堆、核电厂燃料元件和燃料芯块在正常情况和事故条件下临时贮存在某设施中的临界安全水平。给出了在该设施中可贮存的燃料元件富集度临界限值。计算了栅距和水密度等对临界系数的影响,并对几种燃料芯块贮存方案进行了比较。分析表明:在正常情况和事故条件下燃料元件在该设施中的贮存临界安全可靠;设施中可贮存燃料元件富集度限值为7.44%;随富集度增大,keff近似成一次递增、二次衰减关系;随栅距d变大,keff近似成线性衰减关系;对于不同富集度的燃料芯块,不同富集度的燃料应分区存放,且应避免将富集度高的燃料放在中心区域。

关键词：核燃料临时贮存 MCNP 临界安全

核燃料颗粒涂铌沉积室内流态化与CVD反应的耦合数值模拟研究

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核动力工程 2016年第1期37卷 52-56页

作者：李统业王辉陈建华潘小强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610041 中国科学院过程工程研究所北京100190

利用Euler-Euler方法对沉积室内的气固两相流场进行计算流体力学(CFD)模拟计算,利用HSC Chemistry软件对还原反应产物进行稳态模拟计算,并将还原反应的计算结果与流场分布的计算结果相结合,拟合得到沉积室内的速度场和组分浓度场。研究... 详细信息

利用Euler-Euler方法对沉积室内的气固两相流场进行计算流体力学(CFD)模拟计算,利用HSC Chemistry软件对还原反应产物进行稳态模拟计算,并将还原反应的计算结果与流场分布的计算结果相结合,拟合得到沉积室内的速度场和组分浓度场。研究结果表明,沉积室内燃料颗粒分布不均匀,在沉积室内存在局部颗粒堆积现象;床料粘结现象可能是由于还原反应副产物低价氯化铌的熔化产生的粘性力引起,沉积室内反应速率及Nb Cl5流量的不均匀性导致副产物生成量大幅提高,进而促进床料的粘结。

关键词：核燃料颗粒涂铌气固两相流计算流体力学(CFD) 化学气相沉积(CVD)

核燃料操作设备铅垂度测量调整方法的研究及应用

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中国核电 2023年第3期16卷 417-426页

作者：周围中核核电运行管理有限公司

目前在核燃料操作设备的铅垂度测量方面，行业内多采用吊锤线法，但这种方法具有高空攀爬风险大、测量工艺精度低、用时长辐照剂量高、多方位耦合计算复杂等弊端。本文在借鉴其他行业铅垂度测量技术的基础上，针对核燃料操作设备的特点... 详细信息

目前在核燃料操作设备的铅垂度测量方面，行业内多采用吊锤线法，但这种方法具有高空攀爬风险大、测量工艺精度低、用时长辐照剂量高、多方位耦合计算复杂等弊端。本文在借鉴其他行业铅垂度测量技术的基础上，针对核燃料操作设备的特点，提出了基于激光垂准仪和基于倾角传感器两种铅垂度测量方法。通过设计专用测量工装和开发测量调整算法软件，实现了采用激光垂准仪的装卸料机固定套筒铅垂度单方位测量和采用倾角传感器的倾翻机承载器铅垂度测量，并通过了模拟测量和调整试验验证。该工艺的改进提高了现场测量的精度和调整的效率，降低了工业风险和人员辐射剂量。可用于在建核电机组PMC系统设备调试期间和在役机组PMC系统设备预维期间的铅垂度测量调整工作，同时，该方法也可为其他大型构件安装工程的铅垂度测量提供借鉴和参考。

关键词：核燃料操作设备铅垂度测量调整

核燃料裂变破碎过程中静力学和动力学受力分析的对比研究

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重庆理工大学学报（自然科学） 2021年第3期35卷 100-105页

作者：王斐谢东升张瑷月康锐吴璐潘虎成中国核动力研究设计院第一研究所成都610041 东北大学材料学院材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳110819

利用工程法和ANSYS软件对UO_(2)/Zr核燃料裂变气体爆炸破碎过程进行了静力学近似分析和有限元动力学分析。结果表明:UO_(2)/Zr发生塑性变形乃至塑性失效,主要与气体大小和材料自身屈服强度有关,表现为自然对数关系。塑性失效路径由内至... 详细信息

利用工程法和ANSYS软件对UO_(2)/Zr核燃料裂变气体爆炸破碎过程进行了静力学近似分析和有限元动力学分析。结果表明:UO_(2)/Zr发生塑性变形乃至塑性失效,主要与气体大小和材料自身屈服强度有关,表现为自然对数关系。塑性失效路径由内至外,孔的圆周首先塑性失效和破碎,随着裂变过程进行和气体冲击作用下,圆心连线上产生应力集中,最终连接贯通。静力条件下裂变气体使基体产生破碎需要更大的内压,而动力学条件下使材料发生破坏需要的冲击载荷变小。经过对比发现,静力学分析方法能够对反应气体裂变中的受力情况进行有效评估。

关键词：静力学分析动力学分析核燃料 Zr合金

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核燃料导热方程数值求解算法研究

科学技术创新 2024年第14期 60-64页

作者：张永昱中国原子能科学研究院北京

针对核燃料子通道分析方法中导热方程矩阵维度较大的问题,引入多种三对角矩阵数值求解方案,研究不同矩阵维度下数值求解方法的适用性。通过推导核燃料导热方程,对方程的特点进行分析,引入条件数判别法对矩阵的病态程度进行量化,使用列... 详细信息

针对核燃料子通道分析方法中导热方程矩阵维度较大的问题,引入多种三对角矩阵数值求解方案,研究不同矩阵维度下数值求解方法的适用性。通过推导核燃料导热方程,对方程的特点进行分析,引入条件数判别法对矩阵的病态程度进行量化,使用列选主元三角分解法、超松弛迭代法和共轭梯度法对不同维度大型稀疏试算矩阵进行求解,比对各数值求解方法的残差平方和,并在一定精度下比对迭代求解方法的收敛步数。在综合考虑计算精确度和速度后,给出不同条件下核燃料导热方程的数值求解方案。

关键词：核燃料矩阵条件数数值计算方法

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空间核反应堆电源用核燃料研制进展

原子能科学技术 2019年第1期53卷 45-49页

作者：钱跃庆孙晓博刘文涛中核北方核燃料元件有限公司内蒙古包头014035 中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部北京102413

核燃料是空间核反应堆电源的主要材料之一,由于空间核反应堆电源的运行条件明显有别于地面反应堆,空间核反应堆电源用核燃料的类型和技术要求也明显不同于地面反应堆。国际上空间核反应堆电源用核燃料研制取得了长足的进展,多种核燃料... 详细信息

核燃料是空间核反应堆电源的主要材料之一,由于空间核反应堆电源的运行条件明显有别于地面反应堆,空间核反应堆电源用核燃料的类型和技术要求也明显不同于地面反应堆。国际上空间核反应堆电源用核燃料研制取得了长足的进展,多种核燃料材料在工程应用中得到了检验,并在持续开发新型核燃料。我国在亚化学计量二氧化铀芯块、铀钼合金、铀氢锆合金、碳化铀芯块、氮化铀芯块等多种具备在空间堆中应用的燃料材料上开展了一定的研究,并掌握了部分材料性能数据。本文就上述内容展开论述,同时针对与国际相应领域明显落后的实际情况,提出了我国后续核燃料研究的初步设想。

关键词：空间核反应堆电源核燃料研制进展