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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

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矩形窄缝通道内流动沸腾的数值模拟研究

工程热物理学报 2024年第10期45卷 3151-3159页

作者：韩晋玉刘瑶赵陈儒薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

窄缝通道换热技术是一体化小型模块式反应堆发展的关键技术之一。基于窄缝沸腾换热原理的换热器具有结构紧凑和换热能力强等特点。本文采用基于欧拉–欧拉法的两流体模型以及RPI壁面沸腾模型对矩形窄缝通道内流动沸腾进行模拟,本文系统... 详细信息

窄缝通道换热技术是一体化小型模块式反应堆发展的关键技术之一。基于窄缝沸腾换热原理的换热器具有结构紧凑和换热能力强等特点。本文采用基于欧拉–欧拉法的两流体模型以及RPI壁面沸腾模型对矩形窄缝通道内流动沸腾进行模拟,本文系统分析了不同封闭子模型的选择(包括汽泡脱离直径dw和汽化核心密度Nw)对流动沸腾中汽泡参数、传热及流场预测的影响。基于模拟结果下不同封闭模型的选择,提出了适用于矩形窄缝通道内流动沸腾且工况适应范围较广的汽泡参数子模型的优化组合。研究结论可为反应堆换热元件和紧凑式换热器设计计算提供参考依据。

关键词：矩形窄缝通道流动沸腾 CFD 壁面沸腾模型

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)

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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51卷 254-277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北京100084

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... 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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控制棒水压驱动系统步降过程瞬变流特性分析

清华大学学报（自然科学版） 2024年第10期64卷 1839-1848页

作者：杨林清秦本科薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

控制棒水压驱动系统(CRHDS)是一种新型的内置式控制棒驱动技术,主要应用于如NHR200低温供热堆等一体化堆。CRHDS在工作过程中会产生水击现象,导致驱动系统回路和设备振动,干扰仪表工作,需要通过试验和理论模型研究对瞬变流动过程进行分... 详细信息

控制棒水压驱动系统(CRHDS)是一种新型的内置式控制棒驱动技术,主要应用于如NHR200低温供热堆等一体化堆。CRHDS在工作过程中会产生水击现象,导致驱动系统回路和设备振动,干扰仪表工作,需要通过试验和理论模型研究对瞬变流动过程进行分析。该文完成了CRHDS瞬变流动特性试验,分析了步降过程机理;在此基础上建立了驱动系统步降过程瞬变流模型,发现模型计算结果与试验结果符合度较好。进一步将模型应用于热态变驱动压力工况下,结果表明:步降过程中包含1次水击过程,压力衰减速度较快;随着驱动压力的增大,步降前时间逐渐增大,步降时间逐渐减小,步降平均速度和压力波动幅值逐渐增大。该文研究成果可为CRHDS减振设计和运行监测提供依据。

关键词：控制棒水压驱动系统水压缸步降过程瞬变流动水击

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

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放射性分析中本底对表观计数效率的影响

核化学与放射化学 2024年第3期46卷 240-245,I0003页

作者：冯孝贵袁建华何千舸王建晨陈靖清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

在放射性分析中,尤其对低活度样品,样品本底的影响是必须要考虑的一个因素。分析实践中,常常涉及计数效率和本底(准确说是确定性本底)的概念,但很少提到表观计数效率和随机性本底。本工作在介绍相关概念的基础上,利用Excel“随机数发生... 详细信息

在放射性分析中,尤其对低活度样品,样品本底的影响是必须要考虑的一个因素。分析实践中,常常涉及计数效率和本底(准确说是确定性本底)的概念,但很少提到表观计数效率和随机性本底。本工作在介绍相关概念的基础上,利用Excel“随机数发生器”研究了本底(包括确定性本底和随机性本底)对表观计数效率的影响规律。本底的影响分为两个方面:一个是因本底扣除不准确而引入的系统误差,它使所有表观计数效率向同一方向偏离计数效率;另一个是本底波动导致的偶然误差,它使表观计数效率在一定范围内随机波动。不管是哪一种误差,本底对表观计数效率的影响均将随着样品活度的降低而增大。对高活度样品,可以不用区分表观计数效率和计数效率这两个概念,但对低活度样品必须区别使用。在有高活度标准源时,不推荐使用通过测量大量低活度样品来获取计数效率的低效方法,宜通过测量活度足够高的标准样品(即本底影响可以忽略的样品)来获取计数效率。

关键词：放射性分析本底随机性本底计数效率表观计数效率

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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U(Ⅵ)与二烷基二硫代膦酸配位化学研究

原子能科学技术 2024年第2期58卷 279-288页

作者：隋俏蕊夏田田邓琴兰友世杨素亮田国新中国原子能科学研究院放射化学研究所北京102413 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

二烷基二硫代膦酸类萃取剂有优良的三价锕系离子选择性,研究其与锕系离子的配位能够加深对该类萃取剂配位特性的理解。本文通过配合物单晶培养及结构分析、斜率法、拉曼光谱等手段研究了二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代膦酸(纯化Cyanex_(3)0... 详细信息

二烷基二硫代膦酸类萃取剂有优良的三价锕系离子选择性,研究其与锕系离子的配位能够加深对该类萃取剂配位特性的理解。本文通过配合物单晶培养及结构分析、斜率法、拉曼光谱等手段研究了二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代膦酸(纯化Cyanex_(3)01,HA)及二(2-甲基丙基)二硫代膦酸(HL)与U(Ⅵ)的配位化学。采用缓慢挥发法,成功获得了UO_(2)L_(2)·H_(2)O和UO_(2)L_(3)·(CH_(3))_(2)NH_(2)·H_(2)O两种新的配合物单晶,并测定了其结构及拉曼光谱。在以HA-二甲苯溶液为有机相、1.0 mol/L NaNO_(3)溶液为水相的萃取体系中,萃取U(Ⅵ)分配比与平衡有机相萃取剂浓度及水相酸度的关系表明,尽管萃取过程为阳离子交换,但可能生成两种不同比例的U(Ⅵ)与萃取剂萃合物;负载U(Ⅵ)有机相的拉曼光谱分析结果显示,在U(Ⅵ)浓度相对较低且自由萃取剂浓度较高的平衡有机相中,不含水萃合物占比较高,反之则容易生成水分子与U(Ⅵ)比例为1∶1的萃合物。关联负载U(Ⅵ)有机相、配合物晶体的拉曼光谱以及两种晶体的结构,推测两种萃合物分别为UO_(2)A_(2)·HA和UO_(2)A_(2)·H_(2)O。

关键词： U(Ⅵ) 配位化学二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代膦酸二(2-甲基丙基)二硫代膦酸晶体结构