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百千瓦级空间核反应堆屏蔽优化研究

原子能科学技术 2024年第3期58卷 672-679页

作者：姜百惠吉宇孙俊刘志宏石磊清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

屏蔽体尺寸和重量对空间核反应堆和核动力航天器性能有着重要影响,因而屏蔽设计优化是空间核动力系统设计的关键。本文以JIMO项目反应堆为对象,在铍-碳化硼-钨-氢化锂分层组合屏蔽方案的基础上,考虑到辐照剂量的径向分布,采用蒙特卡罗... 详细信息

屏蔽体尺寸和重量对空间核反应堆和核动力航天器性能有着重要影响,因而屏蔽设计优化是空间核动力系统设计的关键。本文以JIMO项目反应堆为对象,在铍-碳化硼-钨-氢化锂分层组合屏蔽方案的基础上,考虑到辐照剂量的径向分布,采用蒙特卡罗方法计算了负载处辐照剂量和氢化锂中子剂量,分析了屏蔽设计原理,并提出了分步优化方法以实现屏蔽优化。根据结果分析,调整了铍和碳化硼的厚度比例、钨半径及布置位置,获得了优化的屏蔽方案,在满足屏蔽要求的基础上质量减少了98.41 kg。提出的屏蔽方案及设计流程可为空间核电源屏蔽设计优化提供参考。

关键词：空间核反应堆中子-光子耦合阴影屏蔽质量优化蒙特卡罗方法

源量程中子测量反应堆倍增周期算法研究分析及实现

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核动力工程 2024年第3期45卷 199-205页

作者：朱朝阳常嘉豪王振涛邢桂来李立涛清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

反应堆倍增周期是反应堆控制中重要的监测参数,直接反映反应堆功率水平变化快慢,用于判定反应堆是否处于安全可控状态。反应堆源量程中子测量以脉冲计数率表征中子注量率与功率水平,对应的反应堆倍增周期计算较为复杂。采用数字化技术... 详细信息

反应堆倍增周期是反应堆控制中重要的监测参数,直接反映反应堆功率水平变化快慢,用于判定反应堆是否处于安全可控状态。反应堆源量程中子测量以脉冲计数率表征中子注量率与功率水平,对应的反应堆倍增周期计算较为复杂。采用数字化技术提出一种基于最小误差的多点拟合倍增周期数字化实时算法,通过现场可编程门阵列(FPGA)具体实现该算法并开展功能与性能测试。测试结果表明:对于反应堆保护阈值±30 s内的反应堆倍增周期,采用该算法的FPGA能够输出较准确倍增周期计算结果,作为触发安全保护系统的信号。该反应堆倍增周期算法适用于源量程中子测量系统中堆功率变化的实时监测,以保障启堆阶段的安全可控。

关键词：源量程中子测量反应堆倍增周期现场可编程门阵列(FPGA)

Inconel 617合金在非纯氦气环境中的高温腐蚀行为研究

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原子能科学技术 2024年第1期58卷 189-197页

作者：郑伟何学东银华强杜斌李昊翔马涛蒲洋王尚军清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 中核能源科技有限公司北京100080

Inconel 617合金是高温气冷堆蒸汽发生器的候选材料,在反应堆超高温运行时可能会受到氦气中痕量杂质的腐蚀。为探究合金在高温堆环境中的腐蚀机理,本研究开展了Inconel 617合金在980℃的非纯氦气中的腐蚀实验,对气相以及腐蚀行为进行了... 详细信息

Inconel 617合金是高温气冷堆蒸汽发生器的候选材料,在反应堆超高温运行时可能会受到氦气中痕量杂质的腐蚀。为探究合金在高温堆环境中的腐蚀机理,本研究开展了Inconel 617合金在980℃的非纯氦气中的腐蚀实验,对气相以及腐蚀行为进行了分析。通过化学热力学和动力学计算,阐明了合金脱碳的机理,并建立了碳迁移判定模型和脱碳反应预测模型,与实验数据有良好的一致性。在此基础上,研究了预氧化和温度对脱碳反应的影响。研究结果表明,即使杂质含量极低,也会诱发相关的腐蚀行为。降低运行温度可以有效避免合金脱碳,但预氧化的抗脱碳效果不理想。因此,极低杂质含量并非高温堆一回路净化目标,应该根据模型预测和实验分析来选择更加合理的杂质控制方案。

关键词：高温合金非纯氦气高温气冷堆腐蚀脱碳

某小型模块化反应堆核电站二回路系统变工况特性

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第1期64卷 155-163页

作者：王鑫赵钢曲新鹤王捷王鹏清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084 国核电力规划设计研究院有限公司北京100095

小型核电站具有规模小、投资成本低、功率可调节灵活等特点,用途比较广泛。核电站二回路系统变工况分析对优化核电机组运行模式和提升核电站经济效益具有重要意义。首先,该文针对某小型模块化反应堆核电站二回路系统,使用EBSILON软件搭... 详细信息

小型核电站具有规模小、投资成本低、功率可调节灵活等特点,用途比较广泛。核电站二回路系统变工况分析对优化核电机组运行模式和提升核电站经济效益具有重要意义。首先,该文针对某小型模块化反应堆核电站二回路系统,使用EBSILON软件搭建了系统模型;其次,在完成模型精确性验证后,使用该模型开展了变工况分析;最后,计算了不同功率水平、汽轮机背压、回热加热器切除方式下二回路系统的关键热力性能参数。结果表明:功率水平会对发电效率、热耗率、回热抽汽系数、高/低压缸出力份额等多项参数造成影响;对该影响的定量分析显示,适当降低汽轮机背压有利于提升机组性能,当功率水平为100%热耗率验收工况(turbine heat acceptance,THA)时,若背压设计值下调2.0 kPa,则二回路系统热耗率降低272.338 kJ·(kW·h)^(-1)。此外,回热加热器切除方式会影响二回路系统热力性能,但不同切除方式产生的影响不同。以主给水温度为例,高压回热加热器部分或全部切除将导致主给水温度降低30℃以上,但仅切除低压回热加热器L1基本不影响主给水温度。

关键词：变工况小型核电站回热加热器切除定压运行 EBSILON

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双光子光刻中感光材料的回顾与挑战（特邀）

中国激光 2024年第12期 262-285页

作者：董芸何向明徐宏清华大学核能与新能源技术研究院清华大学核能与新能源技术研究院

双光子光刻是一种自上而下的微纳制造技术，具有超越衍射极限的空间分辨率，并且可通过激光直写构建三维立体结构，在微电子器件、微纳光学、生物医药、超材料等领域中都有着难以取代的应用价值。随着应用场景的扩展，双光子光刻胶的发... 详细信息

双光子光刻是一种自上而下的微纳制造技术，具有超越衍射极限的空间分辨率，并且可通过激光直写构建三维立体结构，在微电子器件、微纳光学、生物医药、超材料等领域中都有着难以取代的应用价值。随着应用场景的扩展，双光子光刻胶的发展亟须从聚合物材料扩展到无机、金属等多元材料体系。然而，如何利用引发剂的双光子吸收效应实现新材料的高效光致溶解性变化，以及如何开发新型光刻材料体系以实现更高的空间分辨率、刻写速率，仍是双光子光刻材料领域所面临的挑战。将从双光子感光材料的角度，回顾自由基型、阳离子型等双光子引发剂的分子设计和光敏特性，以及聚合物光刻胶和无机-有机复合光刻胶构建三维结构的策略和材料特点。通过对双光子感光材料中的材料体系、反应机理和引发剂体系的综述，以期为未来双光子光刻材料的选择和设计提供参考。

关键词：双光子光刻微纳制造三维微结构光刻胶光敏剂无机-有机杂化材料

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双光子光刻中感光材料的回顾与挑战

中国激光 2024年

作者：董芸何向明徐宏清华大学核能与新能源技术研究院

双光子光刻是一种自上而下的微纳制造技术，具有超越衍射极限的空间分辨率，并可通过激光直写构建三维立体结构，在微电子器件、微纳光学、生物医药、超材料等领域都有着难以取代的应用价值。随着应用场景的扩展，双光子光刻胶亟需从聚... 详细信息

双光子光刻是一种自上而下的微纳制造技术，具有超越衍射极限的空间分辨率，并可通过激光直写构建三维立体结构，在微电子器件、微纳光学、生物医药、超材料等领域都有着难以取代的应用价值。随着应用场景的扩展，双光子光刻胶亟需从聚合物材料发展到无机、金属等多元材料体系。然而，如何利用引发剂的双光子吸收效应实现新材料的高效光致溶解性变化，同时开发新型光刻材料体系以实现更高的空间分辨率、刻写速率仍是双光子光刻材料领域所面临的挑战。本文将从双光子感光材料的角度，回顾自由基型、阳离子型等双光子引发剂的分子设计和光敏特性，以及聚合物光刻胶和无机-有机复合光刻胶构建三维结构的策略和材料特点。通过对双光子感光材料中的材料体系、反应机理和引发剂体系的综述，以期为未来双光子光刻材料的选择和设计提供借鉴。

关键词：双光子光刻微纳制造三维微结构光刻胶光敏剂无机-有机杂化材料

弧板型电容式鼓位探测器的结构设计方法研究及特性分析

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原子能科学技术 2024年

作者：李彦霖秦本科何雯薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院清华大学核能与新能源技术研究院

高通量试验堆采用控制鼓部件作为功率调节装备，通过改变控制鼓与堆芯的相对角度，可调节堆内的核反应性。控制鼓的旋转角度信号是高通量堆运行过程中最重要的待测参数之一，该信号需由鼓位探测器进行识别。电容传感技术可应用于角度信... 详细信息

高通量试验堆采用控制鼓部件作为功率调节装备，通过改变控制鼓与堆芯的相对角度，可调节堆内的核反应性。控制鼓的旋转角度信号是高通量堆运行过程中最重要的待测参数之一，该信号需由鼓位探测器进行识别。电容传感技术可应用于角度信号测量，本文基于弧板构型，进行了电容式鼓位探测器结构的初步设计，明确了鼓位探测器边缘效应的影响范围，提出了边缘误差的补偿方法，完成了鼓位探测器的结构改进设计，获得了电容式鼓位测量系统的总体性能。研究结果表明，完成边缘误差补偿后，在0°～180°的角度范围内，电容式鼓位测量系统的最大测量误差在±0.004°以内，可满足高通量堆控制鼓鼓位的测量精度需求。

关键词：高通量试验堆控制鼓电容式鼓位测量系统

基于PANGU程序的球床式高温气冷堆中子动力学参数计算

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原子能科学技术 2024年

作者：付彬张伟健文宇同魏春琳佘顶清华大学核能与新能源技术研究院

有效缓发中子份额（βeff）等中子动力学参数是核反应堆动态分析的基础。获取中子动力学参数的方法包括实验测量与数值计算，而对于球床式高温气冷堆，现有的条件还不能够直接进行实验测量，因此，数值计算是唯一现实可取的方法。本文... 详细信息

有效缓发中子份额（βeff）等中子动力学参数是核反应堆动态分析的基础。获取中子动力学参数的方法包括实验测量与数值计算，而对于球床式高温气冷堆，现有的条件还不能够直接进行实验测量，因此，数值计算是唯一现实可取的方法。本文研制了包含缓发中子数据的多群截面数据库XPZLIB，基于高温气冷堆栅格物理程序XPZ，对缓发中子数据进行了均匀化和能群归并处理，基于堆芯物理分析程序PANGU，使用重要性函数加权方法计算了高温气冷堆中子动力学参数，并利用蒙特卡罗程序检验了计算结果的准确性。结果证明，数值计算方法可以用于计算高温气冷堆动力学参数，并能为其动力学分析提供基础。

关键词：缓发中子有效份额平均中子代时间 PANGU 缓发中子数据重要性函数加权方法

源量程中子测量反应堆倍增周期算法研究分析及实现

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核动力工程 2024年

作者：朱朝阳常嘉豪王振涛邢桂来李立涛清华大学核能与新能源技术研究院

反应堆倍增周期是反应堆控制中重要的监测参数，直接反映反应堆功率水平变化快慢，用于判定反应堆是否处于安全可控状态。反应堆源量程中子测量以脉冲计数率表征中子注量率与功率水平，对应的反应堆倍增周期计算较为复杂。采用数字化技... 详细信息

反应堆倍增周期是反应堆控制中重要的监测参数，直接反映反应堆功率水平变化快慢，用于判定反应堆是否处于安全可控状态。反应堆源量程中子测量以脉冲计数率表征中子注量率与功率水平，对应的反应堆倍增周期计算较为复杂。采用数字化技术提出一种基于最小误差的多点拟合倍增周期数字化实时算法，通过现场可编程门阵列（FPGA）具体实现该算法并开展功能与性能测试。测试结果表明：对于反应堆保护阈值±30 s内的反应堆倍增周期，采用该算法的FPGA能够输出较准确倍增周期计算结果，作为触发安全保护系统的信号。该反应堆倍增周期算法适用于源量程中子测量系统中堆功率变化的实时监测，以保障启堆阶段的安全可控。

关键词：源量程中子测量反应堆倍增周期现场可编程门阵列(FPGA)