控制棒位置及局部温度扰动对熔盐堆有效倍增因数影响的研究

熔盐堆是第四代反应堆中唯一一种以液体为燃料的反应堆,因此对于熔盐堆反应性的研究不同于其他反应堆。基于蒙特卡洛方法,利用 Monte Carlo N-Particle(MCNP)软件模拟控制棒在堆芯径向不同位置及轴向不同插入深度对熔盐堆堆芯有效倍增因数的影响。随后将熔盐堆堆芯由上到下划分成八个区域,分别计算熔盐与石墨在八个不同区域发生多普勒效应以及发生膨胀效应对整个堆芯的有效倍增因数的影响。结果表明控制棒位于熔盐堆不同位置对反应堆有效倍增因数影响不同,沿径向21.21 cm处插入深度80 cm时控制棒有效利用价值最高。熔盐在不同区域发生多普勒效应时,顶部和底部对反应堆有效倍增因数影响相对较大。不同区域熔盐发生膨胀效应时,轴向中心处对有效倍增因数的影响相对较大。石墨发生局部温度扰动对有效倍增因数的影响较小。     

控制棒位置及局部温度扰动对熔盐堆有效倍增因数的影响

熔盐堆是第四代反应堆中唯一一种以液体为燃料的反应堆,因此对于熔盐堆反应性的研究不同于其他反应堆。基于蒙特卡洛方法,利用Monte Carlo N-Particle(MCNP)软件模拟控制棒在堆芯径向不同位置及轴向不同插入深度对熔盐堆堆芯有效倍增因数的影响。随后将熔盐堆堆芯由上到下划分成八个区域,分别计算熔盐与石墨在八个不同区域发生多普勒效应,以及发生膨胀效应对整个堆芯的有效倍增因数的影响。结果表明控制棒位于熔盐堆不同位置对反应堆有效倍增因数影响不同,沿径向21.21 cm处插入深度80 cm时控制棒有效利用价值最高。熔盐在不同区域发生多普勒效应时,顶部和底部对反应堆有效倍增因数影响相对较大。不同区域熔盐发生膨胀效应时,轴向中心处对有效倍增因数的影响相对较大。石墨发生局部温度扰动对有效倍增因数的影响较小。     

双排棒组件超临界水堆堆芯方案设计

结合国际上多种超临界水堆堆芯设计方案的优点,提出了一种新的压力容器式低泄漏堆芯设计方案,其特点是,堆芯中采用了双排棒正方形闭式燃料组件和三区低泄漏换料.双排棒燃料组件由两排燃料棒包围一个慢化剂水棒构成,可以使得慢化均匀;三区低泄漏换料可以大大延长堆芯寿期,降低压力容器快中子注量.通过堆芯三维物理热工耦合计算发现,该方案寿期内的最大包壳温度(MCST)为684℃,堆芯寿期为300个有效满功率天,且功率分布平坦.在此基础上,对所有组件进行了更为保守的子通道热工水力计算,得出MCST为685.3℃,进一步表明所提堆芯设计方案在物理热工方面是可行的.     

辐照环境下各向同性核石墨材料应力分析模型

核石墨可用作裂变核能反应堆如气冷堆和熔盐堆的慢化剂材料,还可用作为冷却剂和控制棒提供通道的结构部件.为了保证反应堆的寿期安全性,石墨堆芯不仅需要保持完整,还要避免过度变形,从而保证在工作状态和事故环境下堆芯冷却剂不会受阻,也不会妨碍控制棒的移动.因此,核石墨构件的结构完整性评估是反应堆设计的基本要素之一.在反应堆环境下石墨构件的应力分析,除了通常的弹性应变和热应变,由于中子辐照引起的额外应变也是考虑因素之一.因此,需要定义辐照环境下核石墨应力和应变相关的本构方程.本文介绍了一种用于辐照环境下核石墨材料应力分析的材料模型,并应用此模型对核石墨砖进行了应力分析,以期了解由辐照环境引起的应变对石墨砖应力的影响,相应的计算结果对堆芯核石墨砖的设计具有理论参考意义.     

熔盐反应堆堆芯动态特性的计算分析

基于点堆动力学和热平衡原理建立熔盐堆堆芯仿真模型,模拟了熔盐实验堆MSRE入口温度恒定工况下,引入50 pcm阶跃反应性后的功率瞬态及温度瞬态.计算结果表明,在小的正反应性引入情况下,堆芯功率一开始将快速增长,但由于负的温度反应性反馈,堆芯功率很快又会下降,并最终维持在比原先功率略高的新功率水平;熔盐温度的变化趋势与堆芯功率类似：由于石墨的温度主要来自熔盐向石墨的传热,因此在反应性引入后,石墨的温度一直上升并逐渐稳定在新的温度水平.本文计算结果与ORNL的结果在趋势上吻合较好,验证了物理模型和数值方法的正确性,为开展熔盐堆系统瞬态特性研究奠定了基础.     

CFBR-II堆炸药辐照实验设计与安全分析

分别采用点堆模型及蒙特卡罗方法,模拟计算了炸药样品在CFBR-II堆外辐照时,样品组合板内中子注量率不均匀度随防爆罐安放距离的变化关系。统筹考虑实验效率与质量控制之间的矛盾,最终确定防爆罐距堆芯的最佳安放距离为40.5 cm,对应的样品组合板内中子注量率不均匀度好于11%。模拟结果显示,防爆罐的引入使得样品处中子注量率增加而能谱软化,等效中子注量率比裸场数据低约1.6%。分析了事故情形下堆体产生的总裂变数,论证了其核安全性,为指导实验顺利开展提供了理论指导。     

考虑空间效应的熔盐堆核热耦合二维动态模拟

熔盐堆堆芯物理分析不同于传统的固体燃料反应堆,由于燃料流动的特点,堆芯中缓发中子先驱核浓度不仅与中子通量分布相关,还受到燃料盐流动的影响。针对熔盐堆堆芯中多物理场非线性耦合的特性,采用点堆模型方程与二维对流扩散方程、热流体动力学方程相结合建立耦合模型,求解二维稳态条件下熔盐堆堆芯主要物理参数分布,并在稳态条件基础上研究堆芯模型引入3种阶跃扰动后堆芯燃料盐温度在温度负反馈作用下的动态变化过程。结果表明,堆芯在温度负反馈作用下能够快速达到稳定,模型将燃料盐流动特性和缓发中子先驱核浓度空间效应考虑在内,更加接近熔盐堆堆芯真实情况。     

HTGR控制棒区不连续因子受边界条件的影响

为改善高温气冷堆控制棒区物理计算精度,采用不连续因子理论修正扩散方程,使用扩散差分法程序C ITAT ION进行求解。对于1/60和1/30扇区堆芯模型,分析了边界条件和均匀化区对不连续因子计算的影响。结果表明,以离散纵标法程序SN 2D求得的精细网格的输运解为基准,在最大误差2%时,用该方法计算得到的有效增殖因子、反应性价值和活性区的中子注量率分布均与参考解相符。采用不同均匀化模型的不连续因子计算,受边界条件的影响都不大。     

256×1甚长波多量子阱红外焦平面线列研制

通过材料设计与制备,甚长波GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的峰值响应波长14.6μm,响应带宽大于2.2μm.256×1焦平面线列采用垂直入射二维光栅耦合工作模式,45K温度下,单元响应率4.28×10-2A/W、单元黑体探测率Db*=5.14×109cm·Hz1/2/W、单元黑体单色探测率Dλ*=4.24×1010cm·Hz1/2/W.通过铟柱与互补式金属-氧化物-半导体读出电路互连得到的甚长波量子阱红外探测器FPA(focal plane array)在积分时间100μs时,有效像元率Nef=99.22%、平均响应率R=3.485×106V/W、响应率的不均匀性UR=5.83%、平均黑体探测率典型值Db*=2.181×108cm·Hz1/2/W、平均单色探测率Dλ*=8.288×109cm·Hz1/2/W.器件已适合进行室温目标的热像图.     

5～20MeV高能质子辐照对空间实用GaAs/Ge太阳电池性能的影响

用能量为5～20MeV,注量为1×109～7×1013cm-2的高能质子对空间实用GaAs/Ge太阳电池进行辐照,得到了其性能随质子能量和注量的变化关系,并对变化关系进行了能损模拟分析.结果表明:注量低于1×109cm-2的质子辐照不会引起太阳电池性能的变化;当注量增加为3×1012cm-2时,5,10,20MeV质子辐照引起的太阳电池性能参数Isc的衰降变化分别是原值的80%,86%,90%;Voc的衰降变化分别为原值的82%,85%,88%; Pmax的衰降变化分别为原值的60%,64%,67%.当辐照注量为5×1013cm-2时,5,10,20MeV质子辐照引起的Pmax衰降变化分别为原值的26%,30%,36%.即随着注量的增加,太阳电池性能衰降增大;且相同注量的辐照,质子能量愈高,太阳电池性能衰降愈小.     

双极晶体管中子辐照后的高温退火特性

利用硅双极晶体管在线监测中子注量,其直流增益和损伤常数是作为探测器指标的重要参数。高温退火可使受到中子辐照的双极晶体管性能部分恢复,进而可以重复使用。开展高温退火特性研究,分析双极晶体管直流增益的恢复程度以及损伤常数的重复性。在快中子脉冲堆上对贴片型3DG121C双极晶体管进行三轮中子辐照,每轮辐照累计注量2.64×10~(13)cm~(-2)。经过第一轮中子辐照后,双极晶体管直流增益下降至辐照前的40%,经过180℃连续24 h的高温退火后,直流增益恢复至辐照前的67%;经过第二轮辐照后,直流增益下降至第二轮辐照前的50%,在相同条件下退火后,直流增益恢复至第二轮辐照前的73%;经过第三轮辐照后,直流增益下降至第三轮辐照前的58%,在相同条件下退火后,其直流增益恢复至第三轮辐照前的87%。三轮实验结果表明:双极晶体管直流增益倒数随辐照中子注量变化的线性关系基本一致,具体表现为其损伤常数具有很好的重复性。利用该高温退火特性,将双极晶体管作为中子注量探测器应用于快中子脉冲堆中子注量在线监测,监测结果与活化箔结果基本吻合。     

控制棒掉落时对熔盐堆的瞬态分析

新概念熔盐堆在固有安全性、经济性等方面具有其它反应堆无法比拟的优点。但是,熔盐堆的开发利用也面临不少问题。本文主要研究控制棒掉落瞬时,熔盐堆堆芯内温度、中子通量及缓发中子先驱核的分布情况,进而可以为熔盐堆的安全性分析提供一定程度的参考。本文采用Comsol Multiphysics来研究熔盐堆堆芯区域,通过求解偏微分方程组来获得所需物理量的分布,其中扩散方程中忽略了熔盐流动对中子通量分布的影响。可以得到结论为燃料盐的流动对中子通量的影响较小,但是对于缓发中子先驱核的影响较为显著。     

SO2-4/ZrO2-TiO2/La3+催化合成己二酸二辛酯

以La3 掺杂得到的固体超强酸SO2-4/ZrO2-TiO2/La3 为催化剂,用单因素和正交实验分析诸因素对酯化率的影响,优选合成己二酸二辛酯的工艺条件,并用红外光谱进行表征.结果表明,在每0.1 mol己二酸中催化剂用量为0.35 g,酸醇的量比 n(酸)∶n(醇) 为1∶3,回流分水2 h的条件下,酯化率可达99.32%.固体超强酸SO2-4/ZrO2-TiO2/La3 具有良好的催化活性高,可重复使用.     

SO4^2-／ZrO2-TiO2／La^3＋催化合成己二酸二辛酯

以La3 掺杂得到的固体超强酸SO42-/ZrO2-TiO2/La3 为催化剂,用单因素和正交实验分析诸因素对酯化率的影响,优选合成己二酸二辛酯的工艺条件,并用红外光谱进行表征.结果表明,在每0.1 mol己二酸中催化剂用量为0.35 g,酸醇的量比n(酸)∶n(醇)为1∶3,回流分水2 h的条件下,酯化率可达99.32%.固体超强酸SO42-/ZrO2-TiO2/La3 具有良好的催化活性高,可重复使用.     

援15MW多用途重水研究堆(MHWRR)的设计建造

阿尔及利亚多用途重水研究堆是我国第一个大型核设施出口项目。由于对堆芯物理布局、内壳结构、工艺管、热工和流体系统及重要部件的设计采取一系列技术创新,使反应堆额定功率达到15MW,最大热中子注量率达2.4×10~(14)中子/厘米~2·秒。为满足当代国际上对研究堆安全水准日超严格的要求,制定了完整的、自洽的、适合我国国情的重水堆设计标准体系;在完善和加强纵深防御体系方面,严格采用多重性、多样性、独立性等可靠设计技术;贯彻辐射防护的ALARA原则,采取了一系     

快中子在轻核上角弹性散射的研究

利用伴随粒子飞行时间方法，测量了入射角为５℃以下的快中子在＾７Ｌｉ核上的弹性散射截面。用蒙特卡洛方法进行了注量率衰减、多次散射和有限角分辨修正。对实验结果与理论计算进行了比较，其数据可为核工程设计提供必要的核参数。     

0．28 MeV Zn离子注入GaInP／GaInAsP量子阱薄膜材料的损伤行为研究

对于GaAs衬底(100)面上用金属有机物气相淀积(MOCVD)技术外延生长的GaInP/GaInAsP 单量子阱,在室温下进行0.28 MeV的Zn 离子注入,选用的注量从1×1014～5×1014 cm-2.通过双晶X射线衍射光谱测量,定量地分析了由于离子注入所引起的晶格内应变.实验结果表明在所选用的注量下,由于离子注入引起的应变小于体材料GaAs的最大非弛豫应变值0.038,说明在这样的注入条件下,注入区的结晶态仍然保持地比较好.在较高注量下应变达到饱和,应变的饱和说明缺陷的产生和复合达到了平衡,从而形成了均衡的应变场分布.     

快中子在轻核上小角弹性散射的研究

利用伴随粒子飞行时间方法，测量了入射角为５°以下的快中子在７Ｌｉ和６Ｌｉ核上的弹性散射截面．用蒙特卡洛方法进行了注量率衰减、多次散射和有限角分辨修正．对实验结果与理论计算进行了比较，其数据可为核工程设计提供必要的核参数．     

^96Zr（n,2n）^96Zr反应截面测量

锆是 D- T聚变堆不可缺少的材料之一 ,详细研究 9 6Zr( n,2 n) 95Zr反应截面 ,对聚变堆的设计、安全运行和维修都有非常重要的意义 .在 1 4Me V能区 ,对这一反应截面 ,曾有许多人进行过测量 ,我们能够收集到的数据 [1～ 7]有分歧 ,所以进一步精确测量 96Zr( n,2 n) 95Zr反应截面是十分重要的 .1实验过程样品照射是在兰州大学 ZF- 30 0 - 型强流中子发生器上进行的 ,以 T( d,n) 4 He反应作中子源 ,平均氘束能量 Ed=1 2 5 ke V,束流强度 Id≈ 2 0 m A,氚—钛靶厚为 0 .9mg/cm2 ,中子产额变化用铀裂变室监督 ,以便对中子注量波动进行修…     

基于HYDRUS-1D模拟的变水头入渗条件下VG模型参数敏感性分析

采用单因素扰动分析法,分别对土壤水力参数残余含水量θr、饱和含水量θs、饱和导水率Ks、经验参数α和n进行扰动,选用HYDRUS-1D模型模拟南京市区2年一遇降雨条件下土壤水分入渗过程,分析变水头入渗条件下各土壤水力参数的敏感性,定量描述土壤水力参数变化对HYDRUS-1D输出变量土水势和累积入渗量的影响,简化后续模型率定工作,提高模型模拟精度。结果表明:在变水头入渗条件下,5个参数对土水势与累积入渗量敏感性排序均为nKsθsαθr,其中α和n对于地表0～10 cm附近的土水势影响较大,Ks与θr,以及θs与α对土水势影响规律类似;±25%扰动情况下,θs、Ks与n三者对累积入渗量的影响均大于10%。因此,在进行变水头入渗条件下模拟计算中应保证Ks、θs、α和n参数的准确性。