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  • 二次侧水位对自然循环蒸汽发生器倒U型管内单相倒流影响的无量纲分析

    分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2024-06-20

    摘要: 核动力装置在自然循环条件下蒸汽发生器内会发生单相倒流,单相倒流对自然循环流动阻力和蒸汽发生器传热能力都产生了很大影响。为了从具有普适性的角度研究蒸汽发生器二次侧水位对单相倒流的影响,本研究建立了无量纲守恒方程。基于无量纲守恒方程,采用微扰理论获得了考虑二次侧水位的单相倒流临界点理论模型,在分析了二次侧水位对倒U型管压降的基础上,进一步分析了不同管长、无量纲阻力数、无量纲传热数条件下二次侧水位对临界点的影响。本文研究结果表明:二次侧水位降低导致倒流发生临界点逐渐接近原点;不同管长条件下二次侧水位影响规律相同;随着水位的降低,无量纲阻力数、无量纲传热数条件下对临界点的影响逐渐减小。本研究结论从理论上证明了二次侧水位对单相倒流的影响不利于倒流的发生,从机理层面解释了原因,可以辅助相关核动力装置的事故分析。

  • Application of a neural network model with multimodel fusion for fluorescence spectroscopy

    分类: 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间: 2024-06-19

    摘要: In energy-dispersive X-ray fluorescence spectroscopy, the estimation of the pulse amplitude determines the accuracy of the spectrum measurement. The error generated by the amplitude estimation of the pulse output distorted by the measurement system leads to false peaks in the measured spectrum. To eliminate these false peaks and achieve an accurate estimation of the distorted pulse amplitude, a composite neural network model is proposed, which embeds long and short-term memory (LSTM) into the UNet structure. The UNet network realizes the fusion of pulse sequence features and the LSTM model realizes pulse amplitude estimation. The model is trained using simulated pulse datasets with different amplitudes and distortion times. For the pulse height estimation, the average relative error of the trained model on the test set was approximately 0.64%, which is 27.37% lower than that of the traditional trapezoidal shaping algorithm. Offline processing of a standard iron source further validated the pulse height estimation performance of the UNet-LSTM model. After estimating the amplitude of the distorted pulses using the model, the false-peak area was reduced by approximately 91% over the full spectrum and was corrected to the characteristic peak region of interest (ROI). The corrected peak area accounted for approximately 1.32% of the characteristic peak ROI area. The results indicate that the model can accurately estimate the height of distorted pulses and has substantial corrective effects on false peaks.

  • 含钆有机透明材料的制备及其中子/伽马防护性能

    分类: 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间: 2024-06-19

    摘要: 透明防护材料是核辐射防护装备的重要组成,亦是减少放射工作人员眼晶体辐射损伤的关键所在。本工作通过本体聚合制备了含钆有机玻璃,并利用Cf-252中子源和Am-241伽马源实验测试手段及蒙特卡洛模拟方法,研究了不同Gd(MA)3含量有机玻璃的中子和伽马防护性能。结果表明,随着Gd(MA)3含量的增加,有机玻璃对Cf-252(经12cm聚乙烯慢化)中子的屏蔽性能不断增加,但当Gd(MA)3含量高于10%后,其中子屏蔽性能增加不明显,而对伽马射线的屏蔽性能则持续增加。Gd(MA)3含量为10%和30%的有机玻璃对Cf-252中子的吸收截面和59.5keV(Am-241)伽马射线的线减弱系数分别为0.79 cm-1和2.10cm-1。另外,随着含钆有机玻璃厚度的增加,其对中子的屏蔽性能呈指数增加,厚度为10cm,Gd(MA)3含量为10%的有机玻璃可屏蔽90.2%的Cf-252快中子。有机玻璃中钆元素的加入可有效提升其对热中子的屏蔽性能和伽马防护性能,同时保持了良好的可见光透光率,且在一定程度上提升了材料的耐热性能,但其机械强度有所降低。研究结果为透明中子/伽马防护装备的研发打下了基础。

  • 含钆有机玻璃的制备及其中子/伽马防护性能研究

    分类: 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间: 2024-06-18

    摘要: 透明防护材料是核辐射防护装备的重要组成,亦是减少放射工作人员眼晶体辐射损伤的关键所在。本工作通过本体聚合制备了含钆有机玻璃,并利用Cf-252中子源和Am-241伽马源实验测试手段及蒙特卡洛模拟方法,研究了不同Gd(MA)3含量有机玻璃的中子和伽马防护性能。结果表明,随着Gd(MA)3含量的增加,有机玻璃对Cf-252(经12cm聚乙烯慢化)中子的屏蔽性能不断增加,但当Gd(MA)3含量高于10%后,其中子屏蔽性能增加不明显,而对伽马射线的屏蔽性能则持续增加。Gd(MA)3含量为10%和30%的有机玻璃对Cf-252中子的吸收截面和59.5keV(Am-241)伽马射线的线减弱系数分别为0.79 cm-1和2.10cm-1。另外,随着含钆有机玻璃厚度的增加,其对中子的屏蔽性能呈指数增加,厚度为10cm,Gd(MA)3含量为10%的有机玻璃可屏蔽90.2%的Cf-252快中子。有机玻璃中钆元素的加入可有效提升其对热中子的屏蔽性能和伽马防护性能,同时保持了良好的可见光透光率,且在一定程度上提升了材料的耐热性能,但其机械强度有所降低。研究结果为透明中子/伽马防护装备的研发打下了基础。

  • 临界装置中子源系统设计及试验验证

    分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2024-06-17

    摘要: 中子源系统是临界装置的重要系统设备,起到启动反应堆和消除监测盲区的作用。中子源系统需具备两大功能:一是中子源的贮存和屏蔽;二是将中子源安全平稳地往返于屏蔽罐和堆芯指定位置之间。基于临界装置对中子源系统的需求,设计了一种机电式系统,可安全平稳地将中子源从屏蔽罐输送至堆芯指定位置。通过检测钢丝绳对压力传感器的压力变化情况,实时判断系统是否发生故障;通过编码器与终端开关,可实时确定中子源位置。对此系统开展了试验验证,满足设计指标要求,并在临界装置上成功应用,结果证明其操作简单,可靠性高,重复性好,可快速发现并排除故障,具有非常好的实用价值。

  • 基于现象模化的安全壳试验适用性分析方法研究

    分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2024-06-17

    摘要: 针对小比例尺度试验数据在安全壳性能分析软件确认过程中的适用性问题,基于安全壳内压力响应过程相似分析提出了试验数据适用性分析方法,并结合试验参数开展了HDR、Battelle和CVTR等安全壳试验数据对华龙一号大破口失水事故(LBLOCA)、主蒸汽管道破裂事故(MSLB)的适用性研究。研究结果表明,事故条件下安全壳内压力响应过程及其关键现象的相似准则数,可用于分析不同安全壳试验对目标电厂的适用性。HDR ISP-16&23、Battelle CASP-1&2和CVTR T3等试验工况的合理组合能够复现LOCA、MSLB等事故条件下HPR1000安全壳内因破口源喷放、安全壳壳体冷凝和壳内构件冷凝导致的压力瞬变过程,模拟失真在可接受范围内或偏保守,适用于HPR1000安全壳热工水力响应分析软件的验证和确认。

  • 弥散核燃料芯体等效弹性性质数值模拟研究

    分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2024-06-16

    摘要: 弥散型燃料弹性性能是反应堆安全分析和燃料元件性能评估中的重要参数。将弥散型核燃料元件视为一种特殊的颗粒复合材料,采用细观力学的方法,对芯体等效弹性性质进行计算。采用通用有限元软件ABAQUS,假设燃料颗粒在芯体中周期性分布,建立有限元计算模型。选取具有代表性的体积元作为研究对象,建立了热-力-裂变气体迁移耦合分析方法,计算得到芯体的等效弹性性能,分析比较了颗粒的体积含量、颗粒大小和燃耗对弥散型核燃料等效弹性性质的影响。研究结果表明,影响芯体等效弹性性质的主要因素是颗粒体积与燃耗。

  • 压水堆稳压器波动管热分层温度和应力场解析计算

    分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2024-06-15

    摘要: 热分层是压水堆核电厂稳压器波动管常见现象,对波动管产生的额外热应力严重影响设备的结构完整性,因此研究热分层应力对确保核电厂的安全和可靠运行具有重要意义。根据波动管水平管段热分层流体温度分布情况,使用分段线性函数和sigmoid函数对内壁面流体温度进行拟合,然后采用解析方法进行推导,得到温度和应力的解析公式,并将公式结果与有限元结果进行对比,结果表明:解析公式计算得到的管道截面温度场与有限元结果一致;相对于sigmoid函数,采用分段线性函数拟合的热分层流体温度分布计算得到的热应力会更保守;解析公式计算得到的管道内壁面径向和环向应力分布与有限元结果存在偏差,但轴向应力分布与有限元结果基本一致;在热分层现象导致的管道内壁面径向、环向和轴向热应力中,轴向热应力占主导作用,其峰值一般位于热分层温度过渡区的上、下界面。推导得到的解析公式具有一定的准确性和普遍性,可为后续考虑热分层的管道设计提供技术支撑。

  • Effects of interstitial cluster mobility on dislocation loops evolution under irradiation of austenitic steel

    分类: 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间: 2024-06-14

    摘要: The evolution of dislocation loops in austenitic steels irradiated with Fe+ is investigated using cluster dynam ics (CD) simulations by developing a CD model. The CD predictions are compared with experimental results in the literature. The number density and average diameter of the dislocation loops obtained from the CD simula tions are in good agreement with the experimental data obtained from transmission electron microscopy (TEM) observations of Fe+-irradiated Solution Annealed 304, Cold Worked 316, and HR3 austenitic steels in the liter ature. The CD simulation results demonstrate that the diffusion of in-cascade interstitial clusters plays a major role in the dislocation loop density and dislocation loop growth; in particular, for the HR3 austenitic steel, the CDmodel has verified the effect of temperature on the density and size of the dislocation loops.

  • 新型三重屏蔽辐照器剂量学性能的蒙特卡罗模拟计算和分析

    分类: 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间: 2024-06-14

    摘要: 大部分用于辐射剂量学研究的辐照器都安装比活度较高的放射源,这类放射源只能采用合规的容器运输以完成现场装源。为了使国产辐照器能够更好的符合国内外放射源的运输及安装要求,研制了一种新型三重屏蔽辐照器,用于进行现场装源及开展后续工作。本工作介绍了该辐照器的结构设计、工作原理。基于对辐照器的精确构建,开展了系统的模拟计算,分析了辐照器对射束的控制特性,并对安装方案的优化提供了建议。结合模拟计算和分析,研究了开展辐射剂量学相关测量所关心的辐射场性能。本工作研制的新型三重屏蔽辐照器适用于现场装源,散射腔能够将射束中的散射成份减少25%,停束状态下工作区域的射线强度比出束时低7个数量级,准直器组对辐射野平面内能谱的影响约为0.2%。利用辐照器构建的辐射场计算了三种常用类型电离室的空气比释动能绝对测量相关的壁修正因子,与经典方法得出的结果偏差小于0.05%。在现行要求下,该辐照器可作为支撑辐射剂量学相关工作的一个备选方案,其紧凑的结构可以扩展剂量率的动态范围从而在相对较长周期提供服务。

  • 电聚焦漂移管型加速腔的射频结构优化

    分类: 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间: 2024-06-14

    摘要: 射频电聚焦CH-DTL(radio frequency electric focusing CH-DTL,简称RFC)加速结构将电磁场模式同为TE210的CH-DTL与四翼型RFQ集成于同一腔体内,具有结构紧凑高效、运行稳定方便的优点。RFC既可以用作大型直线加速器中连接注入段与主加速段的中间结构,也适用于医疗和工业领域,具有良好的应用前景。为了提高RFC的射频效率与运行稳定性,并降低该腔体的加工难度,对其射频结构进行优化。按照从加速单元到整腔的顺序,结合运用等效电路法,依次对CH-DTL单元、RFQ单元、过渡单元及整腔进行优化。最终基于优化结果完成了162.5 MHz RFC功率腔的设计,腔体的有效加速梯度达到1.6 MV/m,有效分路阻抗为46 MΩ/m,并且具备良好的工艺可行性与冷却性能。本研究工作将有力推动RFC加速结构的发展,同时也可为相似类型的射频腔体设计提供一定的参考。

  • 轻量级神经网络模型在脉冲参数预测中的应用研究

    分类: 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间: 2024-06-13

    摘要: 在核辐射测量中,受限于测量系统本身以及测量环境的干扰,脉冲畸变不可避免,如果无法准确估计这类脉冲的参数将会降低能谱的分辨性能。本文提出将六种轻量级神经网络模型用于畸变脉冲的参数预测,预测对象包括脉冲幅度参数和畸变时间参数。以预定义的数学模型生成的畸变脉冲为基础数据集,经数字三角整形得到模型训练所需的数据集。模型性能评估结果表明,传统的数字整形法虽然在时间参数预测上具有绝对优势,但在幅度参数预测中却受到脉冲畸变的限制,无法获得准确的幅度预测结果。在对包括UNet在内的六种神经网络模型进行参数预测性能评估时,UNet模型在测试集上获得了最低的相对误差,其中幅度参数的相对误差约为0.57%,时间参数的相对误差为3.51%。在信噪比实验中,探讨噪声对具有优秀参数预测性能的UNet模型与CNN-LSTM模型的影响,进一步证明了UNet模型优秀的抗噪性能。

  • Shuffler中子质询系统核材料质量测量的基体校正新方法

    分类: 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间: 2024-06-13

    摘要: 废物桶中基体材料的存在限制了主动质询系统对核材料质量测量的准确性,确保核保障测量结果不受基体材料的影响至关重要。因此,基于通量监测器响应,本文在传统校正方法的基础上开发了一种新的基体校正方法。为了验证新方法的有效性,利用Geant4工具包构建了WM3210 PAN Shuffler系统模型以及常见的基体材料,并开展了模拟研究。结果表明,对于不同富集度以及分布状态的U3O8材料,传统校正方法与新校正方法均可以有效的降低基体材料对核材料质量测量的影响,但相较于传统方法,新方法表现出更好的校正能力。对于U3O8材料位于基体中心的情况,新校正方法得到的235U质量平均相对偏差为13.6%,而对于U3O8材料均匀弥散在基体中的情况,新校正方法得到的235U质量平均相对偏差为7.78%。

  • 紧凑型FEL-THz束流注入器设计与调试中的若干关键问题

    分类: 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间: 2024-06-13

    摘要: 电子束注入器是决定自由电子激光太赫兹源(FEL-THz)性能的核心部件,基于射频加速器的注入器能够产生驱动高功率THz辐射所需的高品质电子束。而从商业化和市场化的目的出发,又要求注入器能够兼具结构紧凑。采用独立调谐式结构(ITC)的束流注入器具有平衡高品质、低成本以及紧凑性的优势,在大功率FEL-THz装置小型化方面有良好的应用前景。但是,在缩短束线长度和压缩整机规模后,注入器又面临在线调节和诊断手段不足等问题。本文依托华中科技大学与中国科学技术大学共建的一台紧凑型 FEL-THz 注入器,首先介绍其基于 ITC 结构的优化思路和设计结果,然后在系统稳定的基础上,重点阐述调试和运行过程中所涉及的束流间接诊断和系统优化措施,并结合束流动力学仿真和在线实验开展了相关方案和研究的验证。仿真和实验结果均表明,通过优化设计并结合间接诊断技术,ITC注入器能够兼顾FEL-THz高功率和小型化的需求,而间接诊断技术的应用也能够弥补调试过程中诊断手段不足的问题,为ITC注入器的进一步推广奠定了基础。

  • 反应堆堆芯热工水力精细计算辅助支撑技术研究

    分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2024-06-12

    摘要: 反应堆堆芯全流域或大流域CFD计算分析有利于认知并预测堆芯热工水力精细运行状态,优化设计与运行,保障安全。但堆芯CFD计算分析面临巨量网格建模难、计算量大、耗时长、资源需求多等挑战问题,且CFD计算的堆型普适性差,变换堆型需重新开展全流程工作。为此,基于反应堆结构特点与冷却剂流动规律,研发了反应堆堆芯“专用”且不同堆型“通用”的CFD计算辅助支撑技术,能够分解CFD计算量,有效降低精细网格建模与计算分析难度,成功用于绕丝棒束组件、定位格架棒束组件、板元组件堆芯的全数全高度燃料组件代表域的CFD计算分析。

  • Adhesion property of AlCrNbSiTi high-entropy alloy coating on zirconium: Experimental and theoretical studies

    分类: 核科学技术 >> 核材料与工艺技术 提交时间: 2024-06-11

    摘要: Experimental scratch tests and first-principles calculations were used to study the adhesion property of AlCrNbSiTi high-entropy alloy (HEA) coatings on zirconium substrate. AlCrNbSiTi HEA and Cr coatings were deposited on Zr alloy substrates using multi-arc ion plating technology and scratch tests were carried out to estimate adhesion property of the coatings. Scratch test results indicated that Cr coating have a better adhesion strength than HEA coatings, and HEA coatings showed brittleness. The Special quasi-random structure approach was used to build the HEA models, and the models of the Cr/Zr and HEA/Zr interfaces were employed to investigate the cohesion between the coatings and Zr substrate by first-principles calculations. The calculated interface energies showed that the cohesion between Cr coating and Zr substrate is stronger than HEA coatings. Cr, Nb, and Ti in HEA coating, not Al or Si, bind strongly with Zr. Judged by the calculated elastic constants, low Cr content and high Al content will decrease the mechanical performances of the HEA coatings. This work demonstrates the utility of the combined approach involving first-principles calculations and experimental studies for the development of new HEA coating.

  • 上海光源线站工程束测系统升级改造

    分类: 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间: 2024-06-10

    摘要: 上海光源二期线站工程要求对加速器进行性能提升,其中束测系统主要包括建设束团纯化与纯度测量系统,升级横向反馈系统,新建X射线诊断线和改造原诊断线。在增强器上开发了基于脉冲信号调制的束团纯化系统,在储存环开发了基于时间相关单光子计数器的纯度测量系统,配合三次谐波腔使用上海光源首次实现了好于10^-4的高纯度22mA以上大束团运行。横向反馈系统升级了3电极反馈电极和新的逐束团电子学,实现了大动态范围横向反馈。在6单元成功建设新X射线诊断线实现了束斑尺寸测量,完成了原1单元诊断线的延长段建设。束测系统圆满完成了工程既定目标,助力光源线站工程顺利通过了国家验收。

  • Comparison of displacement damage effects on the dark signal in CMOS image sensors induced by CSNS back-n and XAPR neutrons

    分类: 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间: 2024-06-10

    摘要: This study investigates the effects of displacement damage on the dark signal of a pinned photodiode CMOS image sensor (CIS) following irradiation with back-streaming white neutrons from white neutron sources at the China Spallation Neutron Source (CSNS) and Xi’an Pulsed Reactor (XAPR). The mean dark signal, dark signal non-uniformity (DSNU), dark signal distribution, and hot pixels of the CIS were compared between the CSNS back-n and XAPR neutron irradiations. The non-ionizing energy loss and energy distribution of primary knock on atoms in silicon, induced by neutrons, were calculated using the open-source package Geant4. An analysis combining experimental and simulation results showed a noticeable proportionality between the increase in the mean dark signal and the displacement damage dose (DDD). Additionally, neutron energies influence DSNU, dark signal distribution, and hot pixels. High neutron energies at the same DDD level may lead to pronounced dark signal non-uniformity and elevated hot pixel values. 

  • Superhydrophobic melamine sponge prepared by radiation induced grafting technology for efficient oil-water separation

    分类: 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间: 2024-06-07

    摘要: 本文介绍了一种超疏水性三聚氰胺(ME)海绵(ME-g-PLMA),该海绵通过高能辐射诱导的原位共价接枝长烷基十二烷基甲基丙烯酸酯(LMA)到ME海绵上,以实现高效的油水分离。所得的ME-g-PLMA海绵具有优良的孔隙结构,具有超疏水性(水接触角为154°)和超亲油性,可吸收高达自身重量66-168倍的各类油脂。所得到的ME-g-PLMA海绵可以通过连接泵连续分离水面上的浮油,或者通过重力驱动装置分离水下的浮油。ME-g-PLMA海绵在长期浸泡在不同的腐蚀性溶液中,多次反复吸油后,也能保持其高疏水性。所得改性ME-g-PLMA海绵具有优异的分离性能,在溢油清理方面具有巨大的潜力。

  • 反应堆堆芯热工水力精细计算辅助支撑技术研究

    分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2024-06-07

    摘要: 反应堆堆芯全流域或大流域CFD计算分析有利于认知并预测堆芯热工水力精细运行状态,优化设计与运行,保障安全。但堆芯CFD计算分析面临巨量网格建模难、计算量大、耗时长、资源需求多等挑战问题,且CFD计算的堆型普适性差,变换堆型需重新开展全流程工作。为此,基于反应堆结构特点与冷却剂流动规律,研发了反应堆堆芯“专用”且不同堆型“通用”的CFD计算辅助支撑技术,能够分解CFD计算量,有效降低精细网格建模与计算分析难度,成功用于绕丝棒束组件、定位格架棒束组件、板元组件堆芯的全数全高度燃料组件代表域的CFD计算分析。