分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-12
摘要： 为更好的理解和掌握熔盐换热器的运行特征，并给熔盐堆中换热器的设计和运行累积经验，本文以美国橡树岭国家实验室10MWt熔盐实验堆（MSRE）用的主换热器为研究对象，基于该换热器的设计参数，应用管壳式换热器的理论计算方法（包括Kern方法和Bell-Delaware方法）、换热器设计软件HTRI Xchanger Suite和计算流体力学方法（Computational Fluid Dynamics, CFD）对换热器的关键性能指标（如换热系数、压降和换热功率）分别进行了计算分析，并与MSRE主换热器的实验数据进行比较分析。结果表明：两种理论计算方法（Kern方法、Bell-Delaware方法）、HTRI软件及CFD仿真模拟的结果与实验结果的差异均在可接受范围内，其中Kern方法与MSRE实验所得的换热量相差最大、约为15%，HTRI软件模拟与MSRE实验所得的总换热系数相差最小、为0.16%；理论计算方法、换热器设计软件及CFD仿真均不同程度适用于熔盐-熔盐换热器设计，且CFD仿真还可对换热器内部传热和流动细节进行直观描述。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-12
摘要： 在物理试验中准确测量控制棒价值对于反应堆安全运行有着非常重要的意义。开展基于六角形几何的多群时空动力学计算方法研究，基于此，开展适用于六角形几何的先进动态刻棒方法研究。该方法适用范围广，测量精度高且测量过程快。利用田湾VVER动态刻棒试验数据对该方法进行了验证，结果表明基于该方法所测量的控制棒价值与理论值偏差在10%以内，计算精度较高，且该方法计算时间较短，计算效率高。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-11
摘要： The Dynamics beamline (D-Line), which combines synchrotron radiation infrared spectroscopy (SR-IR) and energy-dispersive X-ray absorption spectroscopy (ED-XAS), is the first beamline in the world to realize concurrent ED-XAS and SR-IR measurements at the same sample position on a millisecond time-resolved scale. This combined technique is effective for investigating rapid structural changes in atoms, electrons, and molecules in complicated disorder systems, such as those used in physics, chemistry, materials science, and extreme conditions. Moreover, ED-XAS and SR-IR can be used independently in the two branches of the D-Line. The ED-XAS branch is the first ED-XAS beamline in China, which uses a tapered undulator light source and can achieve approximately 2.5 × 1012 photons/s•300 eV BW@7.2 keV at the sample position. An exchangeable polychromator operating in the Bragg-reflection or Laue-transmission configuration is used in different energy ranges to satisfy the requirements for beam size and energy resolution. The focused beam size is approximately 3.5 μm (H) × 21.5 μm (V), and the X-ray energy range is 5–25 keV. Using one- and two-dimensional position-sensitive detectors with frame rates of up to 400 kHz enables time resolutions of tens of microseconds to be realized. Several distinctive techniques, such as the concurrent measurement of in-situ ED-XAS and infrared spectroscopy, time-resolved ED-XAS, high-pressure ED-XAS, XMCD, and pump–probe ED-XAS, can be applied to achieve different scientific goals.
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-10
摘要： 根据HL-3装置电子回旋共振加热(ECRH)系统的需求，完成了天线系统的设计与研制，并对天线进行了测试与安装。HL-3装置ECRH天线系统由三个天线组成，包含一个中平面天线和两个上斜天线，三个天线位于装置弱场侧的同一扇段，可协同完成加热、新经典撕裂模(NTM)控制等功能。目前已经完成其中两个天线的设计、制造和测试，另外一个天线完成了发射光路的设计。测试结果表明，中平面天线和上斜一号天线控制精确、快速，达到了装置实验使用的要求。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-10
摘要： 核电机组在高负荷工况下，给水泵转速调节系统与主/旁路阀调节系统形成耦合，导致控制系统出现调节震荡情况，对执行机构的可靠性和耐久性带来挑战，同时对核电机组的安全稳定运行带来影响。故如何解决高负荷工况下控制系统耦合震荡问题至关重要。深入分析多基地波动曲线，发现执行机构响应特性慢，不能及时跟随控制系统的响应速度，是造成调节波动的主要原因。通过执行机构响应特性曲线评估，优化阀门执行机构参数，实施比例增益、速度增益、最小回路增益匹配设置，实现小信号跟随性好、大信号超调性低、时间响应特性快三方面的响应特性优化，提升执行机构兼具小信号、大信号时良好的响应和控制特性。从执行机构调节特性的角度提升高负荷下蒸发器水位控制的稳定性。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-09
摘要： 在中性束注入器中，量热靶是非常重要的水冷部件之一，承担着接收和测量束功率的任务。除此之外，利用内置热电偶阵列的方式，可以即时的监测靶板不同位置的温升，进而获得引出离子束或中性束的功率密度分布。在HL-3装置二号中性束注入束线上，量热靶的设计采用了一种利用直线推杆机构实现升降，并采用“W”字型靶板结构实现中性束能量的吸收。此外，利用Ansys Workbench的流体计算模块对量热靶在满功率运行状态下的温度分布做了模拟计算，结果显示量热靶的设计满足二号中性束注入束线的使用要求。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-08
摘要： 高放废液贮存厂房是乏燃料后处理厂中必不可少的重要设施，其稳定运行关系到整个厂区的生产安全。文章依据设计标准并结合工程实践，阐述了高放废液贮存厂房的工艺系统设计，包括高放废液贮存及输送系统、循环冷却水系统、高放废液搅拌系统、工艺尾气处理及贮槽稀释空气系统等等。以实际工程项目为例，介绍了高放废液贮存厂房的整体布置形式、工艺设备及管道的布置特点，可为后续高放废液贮存厂房的设计及其他核化工项目的设计工作提供借鉴和参考。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-07
摘要： 蒸汽发生器传热管是压水堆核电站一回路的关键压力边界，正常运行及事故条件下的系统运行参数，直接影响着传热管结构的完整性。为进一步对传热管的结构响应特性进行研究，建立了两种主流排列方式的传热管局部模型，并分别进行了正常运行和典型事故参数下的流固耦合计算和对比分析，获得了一、二次侧流体共同作用下的传热管关键部位的载荷变化规律。结果表明，在相同的流动条件下，传热管叉排模型的应力和变形均大于顺排模型；传热管根部横截面的等效应力沿壁厚方向先减小再增大，中部横截面的等效应力沿壁厚方向呈现近似线性降低；在传热管根部区域，内、外壁面的等效应力沿轴向高度先迅速降低而后快速升高，并形成应力平台。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-06
摘要： 安全壳作为核电站的最后一道屏障，在极端情况下能够承受事故产生的内部压力，防止放射性物质泄漏。非能动安全壳冷却系统能够将安全壳内部的热量及时导出至外部循环水箱，降低事故发生时安全壳内部的温度和压力，对于保证安全壳的完整性具有重大作用。为有效评估非能动安全壳闭式冷却系统的安全性和可靠性，减少核事故的发生概率，利用数值模拟的方法对 HPR1000 中非能动安全壳闭式冷却系统进行模化分析，并对比已有实验结果进行模型验证。获得了安全壳内换热器管外传热系数、PCS 水箱温度、换热器相对高度等参数对非能动闭式冷却系统性能及启动时流动传热特性的影响规律，并以此来估算安全壳的临界值用以优化非能动安全壳闭式冷却系统，增强安全壳的安全性和可靠性。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-01
摘要： 天环一号（CAT-1: China Astro-Torus 1）是国内首个采用磁悬浮偶极场磁体设计的磁约束等离子体装置。本文根据CAT-1装置总体目标和参数设计要求，采用线电流简化模型，基于矢量磁场、力学平衡及动力学等方法，对悬浮磁体稳定性进行了分析计算，给出了装置悬浮磁体、托举线圈和TSR线圈的总体尺寸、空间位置与布局、电流、重量、特征稳定性能及作用关系等设计参数。结果表明：对于CAT-1装置的悬浮磁体1200kg、电流5MA、悬浮距离2.0 m设计目标，托举线圈半径最优值为1.7 m，相应的电流为 3.49 kA，为实现对悬浮磁体偏移运动的有效阻减及控制，平衡点附近工作区域应限制在Δz < 100 mm、er < 50 mm、α< π/24。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-29
摘要： 为推动“一带一路”共建国家能源合作需求多元化发展，解决新丝绸之路经济带沿线上安全、高效的能源供应需求，提出了固有安全一体化小型氟盐冷却高温堆FuSTAR设计方案。为验证FuSTAR反应堆自身负荷跟踪运行的能力以及其安全性，对FuSTAR系统进行了详细的热工水力和控制系统的建模计算，并深入分析了其抗干扰特性和负荷运行跟踪能力。在不依赖外部控制系统的情况下，小型氟盐冷却高温堆FuSTAR展现出了一定的负荷跟踪能力，这主要归功于其具有固有安全特性，使得反应堆能够在负荷变化下实现自我稳定与调节。在采用冷却剂出口温度恒定控制方案后，FuSTAR的核反应堆负荷跟踪能力得到了进一步增强，在10%FP负荷阶跃变化以及5%FP/min速率线性升降负荷的测试中，核反应堆功率的超调量均严格控制在5%以内，充分满足了反应堆安全运行的要求。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-27
摘要： 研究针对核反应堆板状燃料组件出现的鼓泡现象，利用Fluent软件进行了数值模拟研究，并对比了裂变气体鼓泡和以往研究中固体鼓泡的区别。研究发现：气体鼓泡会导致局部温度升高，鼓泡周围热通量密度提高3倍，但燃料板整体热通量变化较小；鼓泡的形成会使鼓泡局部换热能力提高约10%，鼓泡侧热通量提高4%左右；在高流速条件下，鼓泡的存在会导致燃料板两侧流体产生较大的压力差，使得燃料板发生变形，甚至堵塞流道。研究结果为板状燃料元件设计和安全评估提供了重要参考。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-24
摘要： 射频功率源是负离子源中性束注入电源系统的重要组成部分，它为射频离子源产生等离子体和维持稳定放电提供射频电流。根据设计指标提出了全固态功率放大器设计结构，并对射频通路环节的缓冲放大电路、预推动放大器、功率放大器、功率合成器、输出匹配和滤波进行了设计与分析。最后过实验实现了150kW的射频等离子体放电，验证了这一拓扑结构的可行性。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-24
摘要： 针对铅铋堆开展燃料组件子通道分析，对于铅铋堆的发展具有重要的意义。本研究的目的是修改和优化COBRA子通道程序，使其适用于铅铋反应堆，并验证其性能。修改包括调整物性参数、流换热模型、摩擦阻力模型以及湍流交混模型。然后将修改后的程序与实验数据和数值计算进行比较。针对宽参数质量流量条件，提出了一种与神经网络相结合的子通道优化方法。结果表明，改进后的子通道程序在实验工况下与实验结果和FLUENT结果吻合良好。分析了质量流量对计算精度的影响，指出神经网络可以提高计算精度。通过改进和神经网络优化子通道分析程序适用于宽参数质量流量工况下的铅铋堆子通道分析，可为铅铋堆的堆芯设计提供方法借鉴。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-22
摘要： 为探究电脉冲处理（Electropulsing treatment，简称EPT）对金属材料缺陷的修复作用，设计了一套电脉冲处理设备和与其配套的处理方法，并对电子辐照样品与拉伸样品等含有缺陷的金属材料进行电脉冲处理。利用正电子谱学对原子尺度缺陷的十分灵敏的特点，对电脉冲处理后样品进行正电子寿命谱等表征，获得纯铁及RPV钢辐照或形变产生缺陷可通过电脉冲处理部分“修复”，缺陷“修复”的效果既与样品初始状态有关，又与电脉冲处理参数有关，正电子湮没作为新的无损检测方法有望给出脉冲电流作用下材料损伤或缺陷“修复”的判据，可方便、快速及高灵敏探测实际工况部件的缺陷状态。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-15
摘要： 活化-燃耗计算是反应堆分析的重要组成部分，需要耦合临界输运程序和点燃耗程序来迭代求解。LightAB（Light Activation and Burnup）是一个新的轻量化的通用活化-燃耗分析程序，可以用来处理活化-燃耗系统。LightAB采用了基于燃耗计算程序ORIGEN-2和ORIGEN-S的燃耗数据库，采用了处理刚性燃耗系统的切比雪夫有理逼近算法（Chebyshev rational approximation method, CRAM）。LightAB支持在衰变模式，定通量模式和定功率模式下的活化-燃耗计算。为了验证LightAB程序的正确性，计算237Np衰变问题和锆（Zr）合金的固定通量辐照问题，与燃耗程序ORIGEN-2.1程序的结果一致。实现了LightAB和RMC程序的耦合并用于计算加压水慢化冷却反应堆压水堆（Pressurized Water Reactor, PWR）栅元燃耗基准题、PWR组件燃耗问题、经合组织/核能机构（OECD/NEA）快堆燃耗基准问题，计算结果与RMC的燃耗计算模块一致。在超钚同位素的辐照生产与RMC对比模拟计算中LightAB展现出良好的应用前景。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-15
摘要： 天环一号（CAT-1: China Astro-Torus 1）是一个悬浮偶极场磁约束装置，主要用于偶极场等离子体物理实验研究，要求中心悬浮超导磁体在无冷却和无电源条件下稳定悬浮至少5h。本文设计了超导托举磁体与中心悬浮磁体环耦合的悬浮控制系统，为确保1200 kg、5 MA中心悬浮磁体环稳定悬浮，完成了控制系统的Simulink模型建立和仿真，基于 Routh-Hurwitz稳定判据，研究了PID（Proportion-Integral-Derivative）控制策略对稳定控制影响，确定了稳定控制参数选取的范围：理想条件下PD（Proportion-Derivative）控制系统上升时间为0.1545 s、峰值时间为0.6283 s、调节时间0.0848 s。结果表明：基于PID能够在较短的时间内将悬浮超导环恢复在预设平衡位置，采用合适的启动方式可极大的降低电路的负载。本结果为悬浮超导悬浮偶极场装置设计研发提供关键技术支撑。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-14
摘要： 不确定度量化已经成为反应堆物理分析的普遍需求，核数据的协方差数据是开展不确定度量化的基础数据。在核数据处理程序NECP-Atlas中开发了协方差数据产生模块covar_calc，产生适用于蒙特卡罗程序的连续能量协方差数据库与确定论程序的多群协方差数据库。covar_calc可根据不同核数据在评价核数据库中的存储格式及不同的计算方法，分别处理评价核数据库给出的所有协方差数据，包括：平均裂变中子数、截面、次级粒子角度分布、裂变谱、共振参数、中子活化截面等数据的协方差数据。通过与核数据处理程序NJOY21中协方差数据制作模块的对比验证，表明NECP-Atlas制作的多群协方差数据库的精度与NJOY21相当,最大偏差小于0.1%。在此基础上使用蒙特卡罗计算程序NECP-MCX和不确定度量化程序NECP-UNICORN分别计算得到不同基准题的灵敏度系数，并分别结合连续能量协方差数据库和多群协方差数据库，利用“三明治公式”计算得到最终的不确定度。结果表明，基于NECP-Atlas制作的多群协方差数据库计算得到的不确定度具有与NJOY21相当的精度。连续能量协方差和多群协方差制作精确，满足蒙特卡罗程序和确定论程序使用需求。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-09
摘要： 特征线方法（Method of Characteristics，MOC）因其具备强大的几何处理能力，且在计算过程中亦能兼顾计算成本和计算精度，被广泛应用于高保真数值模拟计算中。常见的输运计算方法除MOC外，还包括碰撞概率法（Collision Probability Method，CP）和界面流法（Interface Current Method，IC）等。本文从方法理论以及数值计算上将MOC、CP和IC进行比较分析，对于评估其在pin-by-pin计算中的能力尤为重要。同时在MOC计算中，不同的参数选择会对计算成本和计算精度产生影响，因此有必要进行敏感性分析以寻求最佳参数。本文首先将三种计算方法从原理上进行比较分析，再基于2D C5G7-MOX基准题完成了数值计算及MOC参数敏感性初步分析。计算结果表明：MOC在计算精度、计算效率和内存开销上均优于CP和IC。MOC的计算耗时和内存开销分别为23.9min和37.5MB，与参考解的相对误差仅为6.04×10-4。而CP和IC的计算耗时分别为MOC的56.7倍和15.6倍，内存开销分别为MOC的407.7倍和32.8倍。进一步通过参数敏感性分析发现：网格划分对计算内存开销以及计算时间的影响最大，极角的选择对计算精度的影响最大，并且给出一组建议参数：网格划分6×6，极角为GAUS且数目为2，方位角个数为30。该组参数的计算耗时为45.4min，内存开销为264.7MB，相对误差为5.9×10-5，归一化后的栅元均方根误差为0.00255。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-08
摘要： The safety assessment of high-level radioactive waste repositories requires a high predictive accuracy for radionuclide diffusion and a comprehensive understanding of the diffusion mechanism. In this study, a through-diffusion method and six machine-learning methods were employed to investigate the diffusion of ReO4– , HCrO4– , and I– in saturated compacted bentonite under different salinities and compacted dry densities. The machine-learning models were trained using two datasets. One dataset contained six input features and 293 instances obtained from the diffusion database system of the Japan Atomic Energy Agency (JAEA-DDB) and 15 publications. The other dataset, comprising 15,000 pseudo-instances, was produced using a multi-porosity model and contained eight input features. The results indicate that the former dataset yielded a higher predictive accuracy than the latter. Light gradient-boosting exhibited a higher prediction accuracy (R2= 0.92) and lower error (MSE = 0.01) than the other machine-learning algorithms. In addition, Shapley Additive Explanations,Feature Importance, and Partial Dependence Plot analysis results indicate that the rock capacity factor and compacted dry density had the two most significant effects on predicting the effective diffusion coefficient, thereby offering valuable insights.
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