高温气冷堆包覆燃料颗粒初步辐照考验

包覆燃料颗粒是高温气冷堆燃料元件的关键组成部分.辐照考验是检验燃料元件性能的重要环节.为检验中国研制的10MW高温气冷试验堆包覆燃料颗粒的质量,在德国于利希研究中心的试验堆FRJ-2中进行了初步的辐照考验.包覆燃料颗粒装在密闭的容器内进行静态辐照考验.辐照时燃耗约5 % fima,辐照温度400～500℃.辐照后经宏观检查、瓷相检验以及用γ探测仪检测放射性活度后,确认这批包覆燃料颗粒没有释放出裂变产物,包覆燃料颗粒完好,没有破损.     

高温气冷堆包覆燃料颗粒破损率研究

包覆燃料颗粒是高温气冷堆燃料元件的关键组成部分，是阻挡放射性裂变产物释放的主要屏障。包覆燃料颗粒的破损率是一项直接影响高温气冷堆运行安全特性的重要质量监控指标。采用燃烧－硝酸浸取法（在 ８５０ ℃空气中灼烧， ９ｈ； ９０ ℃， ７ｍｏｌ／Ｌ ＨＮＯ３， １０ｈ）对包覆燃料颗粒的破损率进行了测试研究。制定了测试流程，给出包覆燃料颗粒的自由铀含量与浸取时间的关系曲线，确定了最佳的试验温度、硝酸浓度和浸取时间等测试条件，并对６组包覆燃料颗粒破损率测试结果进行了分析讨论。     

畸形 UO_2 芯核的份额测定

高温气冷堆一回路的放射性物质主要取决于包覆燃料颗粒在燃料元件制造过程中和辐照条件下的破损率，畸形ＵＯ２芯核（椭球状、带小尾巴形和连体等）是燃料元件制造过程中包覆燃料颗粒发生破损的主要原因之一，因此燃料元件设计中，畸形ＵＯ２芯核的份额要求小于１×１０－４，即在９５％的置信度下，在随机抽取的近３００００个ＵＯ２芯核中不允许有１个畸形芯核。报道了检查畸形芯核的抽样方案和检验方法，该方法是将随机抽取的样品通过一块平板，控制平板的倾斜度、振幅和频率，可以有效地将畸形芯核从样品中分离出来。实践表明该方法速度快，结果可靠，将用于１０ＭＷ高温气冷堆燃料元件的生产。     

高温堆临界实验装置ASTRA的初始临界计算

为了验证球床式高温气冷堆初始临界的计算方法,用法国M on te C arlo程序TR IPOL I-4.3对燃料球内的包覆燃料颗粒以及堆芯内不同的球分布进行了模拟。考虑了燃料球的双重非均匀性、不同区域内球的布置以及其在堆芯的体积填充率等。计算了俄罗斯的球床式高温气冷堆临界试验装置A STRA的初始临界。与实验结果比较,计算得到的临界实验高度误差为0.6%,堆芯有效增值因子keff误差为0.1%。TR IPOL I-4.3程序是球床式高温气冷堆初始临界计算的有效工具。     

燃料颗粒包覆过程冷态模拟的压强研究

包覆燃料颗粒是１０ＭＷ高温气冷堆球形燃料元件的核心。在直径为５５ｍｍ冷态模拟流化床中对核燃料颗粒的喷动状态进行了模拟研究。运用静压探针研究了床内压降随流化气体速度变化的关系以及压降的轴向分布。而且从压降－气体速度关系曲线进一步判别床内死区情况,运用余弦关系近似描述了压降的轴向分布。实验结果表明本研究对包覆工艺具有参考价值。     

高温气冷堆包覆燃料颗粒的化学气相沉积

我国正在建造１０ＭＷ高温气冷堆，包覆燃料颗粒的研制是高温气冷堆的关键技术之一。ＴＲＩＳＯ型包覆燃料颗粒是由燃料核芯、疏松热解碳层、内致密热解碳层、碳化硅层和外致密热解碳层组成。采用化学气相沉积方法，选用乙炔、丙烯、甲基三氯硅烷和氢气作为反应气体，在直径为５５ｍｍ锥形流化床包覆炉中制备包覆燃料颗粒。本文系统地研究了工艺参数和性能之间的关系，摸索出疏松热解碳层、致密热解碳层和碳化硅层的最佳包覆工艺条件，总结出经验公式，用扫描电镜观察了包覆燃料颗粒的微观结构，制备出满足设计要求的ＴＲＩＳＯ型包覆燃料颗粒。     

高温气冷堆包覆燃料颗粒尺寸的光电测长法

包覆燃料颗粒是高温气冷堆燃料元件的重要组成部分，燃料颗粒（直径约１ｍｍ）的尺寸是重要的性能指标。光电测长法采用分辨率为０．０２μｍ的高精度光栅作为传感器，接触式直接量测被测物体，最大限度地减少了测量误差。光电测长系统由光电传感器测试头、样品工作台、台式光栅数显表和微机数据采集处理系统组成。测量２００个包覆燃料颗粒尺寸需要３０ｍｉｎ。测量的重复性偏差为０．０５μｍ。光电测长法完全能满足包覆燃料颗粒尺寸在线检测要求     

喷动床多气体入口对燃料颗粒包覆工艺的影响

包覆燃料颗粒的制备是 10 MW高温气冷堆中的关键技术。论文介绍了一种用于生产包覆燃料颗粒的具有多气体入口的新颖喷动床 ,通过不同气体入口条件下的包覆试验 ,揭示了该喷动床具有包覆反应区向喷管区收缩的特点 ,该特点可使得包覆层更均匀 ,密度低 ,颗粒周期性循环对包覆层性能波动的影响减弱等等 ;同时该喷动床的喷动高度低 ,减少了颗粒因碰撞而导致的包覆层裂纹。因此 ,该喷动床适合于包覆燃料颗粒的制备     

高温堆燃料元件制造设备运抵清华大学核能技术设计研究院

德国核化学冶金公司（ＮＵＫＥＭ）赠送给清华大学核能技术设计研究院（核研院）的高温气冷堆球形燃料元件全套制造设备，１９９５年５月１０日安全运抵核研院。德国是研究发展高温堆的先驱国家之一，曾投入巨大的人力物力进行高温堆燃料元件的研制。ＮＵＫＥＭ是德国唯一研究生产高温堆燃料元件的工厂，先后投资５７００万马克，建立了一套生产设备，为德国ＡＶＲ和ＴＨＴＲ－３００两座高温堆生产出１００多万个燃料元件，至今元件已安全运行２０多年。清华大学核研院与德国有关部门在高温堆方面有着长期良好的合作关系。在德国能源供求关…     

球床高温气冷堆闭式循环特性

从提高天然铀利用率和改进废物管理方面考虑,研究球床高温气冷堆乏燃料中铀钚的再利用和不同闭式燃料循环的特性。在250MW热功率球床模块式高温气冷堆示范电站铀钚循环的乏燃料中提取铀和钚为核燃料,设计了PuO2和混合氧化物(MOX)燃料元件,将新设计的燃料元件重新装入与示范电站有同样结构和尺寸的堆芯,分别形成纯钚燃料循环和MOX燃料循环。还研究了基于轻水堆级钚的燃料循环。采用了高温气冷堆物理设计程序VSOP,研究了高温气冷堆不同闭式循环的燃料利用和超铀元素焚烧特性。不同闭式循环钚消耗率分别为50%、46%和71%,天然铀的电利用率分别提高了6%、8%和20%。结果表明:高温气冷堆闭式燃料循环能有效焚烧钚同位素,适度提高天然铀的利用率。     

在线测试包覆燃料颗粒镀层密度的方法

包覆燃料颗粒的质量对于高温气冷堆安全运行起着重要作用。包覆燃料颗粒的镀层密度是影响颗粒质量的重要指标。因此，准确、及时地在线检测包覆燃料颗粒各镀层的密度，对于保证包覆燃料颗粒符合设计要求有着重要意义。在借鉴国内外同行研究成果的基础上，针对包覆燃料颗粒镀层的特点，研究并建立了一套满足实际生产需要的在线快速测试密度的综合方法。这包括着填装法、尺寸—质量法、比重瓶法和重液悬浮法。简要地介绍了这些在线性能测试方法，给出了一些测试数据，讨论了测量误差产生的主要原因。     

球形燃料元件中基体石墨的化学分析

结合高温气冷堆对基体石墨的纯度要求，用耦合式等离子发射光谱仪对球形燃料元件基体石墨及原材料中的微量及痕量杂质元素质量分数进行了分析，并讨论了基体石墨制造过程对其杂质元素质量分数的影响。利用等离子发射光谱仪、离子选择性电极和离子色谱等对Ｂ、Ｌｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｕ、Ｔｈ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ 、Ｄｙ、Ｆ和Ｃｌ等十几个重要元素进行了分析。研究结果表明： 基体石墨中的杂质主要来源于原材料中的杂质，在球形燃料元件制造过程中所使用的原材料及制成的基体石墨均符合球形燃料元件的设计指标。     

乏燃料在加速器驱动的次临界模块式HTGR中的燃烧

环状模块式高温气冷堆 (HTGR)采用包覆颗粒燃料 ,其乏燃料经过一段时间的堆外冷却后 ,可以再利用。研究了 35 0 MW环状模块式 HTGR乏燃料在加速器驱动的次临界堆中燃烧的物理可行性。给出了功率为 30 MW次临界堆概念设计 ,利用 MCNP程序模拟中子在次临界堆内的输运过程 ,利用 ORIGEN2程序进行燃耗计算。结果表明 :加速器驱动的次临界气冷堆具有可靠的次临界度和低的功率密度 ,用于燃烧 35 0 MW环状模块式 HTGR乏燃料 ,从能源利用的角度考虑 ,可以获得约 2 0 %的额外收益     

模块式高温气冷堆中Pu燃烧的物理特性

由于模块式高温气冷堆 (MHTGR)是燃烧 Pu的一种选择 ;Th燃料循环可以限制 Pu的产生和减少高放废物 ,因此研究了在 Th 燃料循环模块式高温气冷堆(PBMHTGR)中燃烧 Pu的物理特性。PBMHTGR初装燃料元件中 Pu的同位素的含量与现行的生产能量堆模块式高温气冷堆 (EPMHTGR)相同 ,考虑反应性的要求 ,加入了2 3 3 U。利用 VSOP程序分析这两个堆的物理特性。结果表明 ,PBMHTGR能够燃烧掉同等功率 6个以上 EPMHTGR产生的 Pu。这表明 ,在 Th燃料循环 MHTGR中 ,燃烧钚是可行的     

X光照相法测量高温气冷堆燃料微球包覆层厚度

高温气冷堆对燃料微球各包覆层的厚度有严格的要求。测量包覆层厚度常用的方法是Ｘ射线照相法，瓷相磨片法，光学颗粒尺寸分析仪法和Ｖ型槽法。本文描述了用Ｘ射线照相法测量包覆层厚度的测量过程。采用光栅技术，用９８Ｊ型精密测量投影仪对Ｘ光底片进行测量，用微机采集和处理数据。该测量方法的测量重现性好，对一选定的微球重复测量直径２０次，标准偏差１μｍ左右。该测量方法是无损检验，测量精度高，速度快，过程便于监督，适合于燃料微球生产过程中的在线测量。     

高温球床辐射传热中的机器学习模型

在高温气冷堆(high-temperature gas-cooled reactor, HTGR)堆芯球床中,燃料球间的辐射换热是重要的传热模式,与堆芯固有安全特性密切相关。该文利用机器学习方法提出了球床颗粒间辐射角系数智能预测方案,其中基础计算模型基于角系数显式解析表达式,合理描述了球床热辐射特性随球心距变化规律和周围颗粒球平均阻挡作用,用于快速计算球床堆中辐射角系数的核心主导部分。利用高温气冷堆示范项目(HTR-PM)球床堆积结构和光线追踪方法,建立了高温堆球床高精度角系数大数据集,共包含1.66×10⁷条角系数工况,覆盖了球床各种局部结构。利用大数据训练后的梯度提升决策树模型有效提升了角系数预测精度,综合基础计算模型后角系数回归系数超过0.999。该文成果为高温气冷堆球流传热研究、堆芯优化和热工流体分析提供了高效的辐射传热计算方法。     

高温气冷堆温度反馈的集总参数法模拟

该文研究了模块式高温气冷堆的堆芯热工反馈模型。在三维圆柱几何堆芯中子时空动力学改进准静态方法的基础上,应用集总参数法建立了模块式高温气冷堆堆芯温度反馈的热工模型。将全堆划分为燃料颗粒、等效慢化剂和反射层3个区域,通过热工反馈求解反应性变化。在反应性扰动和冷却剂丧失情况下,模拟了反应性、堆内各区温度、各能群中子平均注量率以及相对功率等物理量随时间的变化。模拟结果与理论分析一致,初步实现了高温气冷堆的物理热工耦合。     

银纳米粒子的消光光谱与粒子形状的关系

先利用离散偶极子近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)的方法,分别计算置于空气中的球形、不同长径比的椭球形和棒形银纳米粒子的消光光谱.计算结果表明:球形纳米粒子仅存在单个等离子体共振尖峰;而椭球状和棒状粒子则存在横向和纵向两个等离子体共振峰;并且横向峰的变化不甚明显,而纵向峰会随粒子长径比的增大而线性地红移.再结合Gans的解析理论,分析等离子体共振的机理,并研究纵向等离子体共振峰随着粒子长径比的增大而红移的现象.     

致密热解碳层的混合气体包覆工艺研究

致密热解碳层是高温气冷堆包覆燃料颗粒的关键组成。该文介绍了在流化床包覆炉中采用丙烯（Ｃ３Ｈ６）和乙炔（Ｃ２Ｈ２）的混合气体作为反应体系的包覆工艺，以消除只用丙烯作为包覆气体时产生的热效应。讨论了包覆工艺参数（沉积温度、乙炔浓度等）对致密热解碳层的密度、沉积速率和碳利用率的影响，确定了制备致密热解碳层的最佳工艺条件。研究的结果在生产规模流化床包覆炉中得到了验证和实际应用。     

《清华大学科学报告》目录与摘要

QH 79001(No。 12)内埋式振弦应变计的研制 王娴明 建筑工程系魏仁杰　建筑工程系杨念祖　建筑工程系 振弦应变计特别适合对结构物的长期监测以及埋入混凝土内部进行量测。 本文介绍了用于埋入混凝土内部的振弦式应变计的设计原理、V型振弦应变计各种力学性能的试验结果、制作工艺要求以及它在施工现场的埋设方法。 QH79002(No。13)高温气冷堆微型颗粒燃料的热解碳包复层择优取向程度 的光学测定 试验化工厂张纯 高温气冷反应堆使用了一种全陶瓷结构的燃料元件,它里边包含着大量的直径不超过1毫米的、用热解碳层包复的微型燃料小球。这种…