分类： 核科学技术 >> 裂变堆工程技术 提交时间： 2024-06-26
摘要： Small modular reactors have received widespread attention owing to their inherent safety, low investment, and flexibility. Small pressurized water reactors (SPWRs) have become important candidates for SMRs owing to their high technological maturity. Since the Fukushima accident, research on accident-tolerant fuels (ATFs), which are more resistant to serious accidents than conventional fuels, has gradually increased. This study analyzes the neutronics and thermal hydraulics of an SPWR (ACPR50S) for different ATFs, BeO+UO2-SiC, BeO+UO2-FeCrAl, U3Si2-SiC, and U3Si2-FeCrAl, based on a PWR fuel-management code, the Bamboo-C deterministic code. In the steady state, the burnup calculations, reactivity coefficients, power and temperature distributions, and control-rod reactivity worth were studied. The transients of the control-rod ejection accident for the two control rods with the maximum and minimum reactivity worth were analyzed. The results showed that 5% B-10 enrichment in the wet annular burnable absorbers assembly can effectively reduce the initial reactivity and end-of-life reactivity penalty. The BeO+UO2 -SiC core exhibited superior neutronic characteristics in terms of burnup and negative temperature reactivity compared with the other three cases owing to the strong moderation ability of BeO+UO2 and low neutron absorption of SiC. However, the U3Si2 core had a marginally better power-flattening effect than BeO+UO2, and the differential worth of each control-rod group was similar between different ATFs. During the transient of a control-rod ejection, the changes in the fuel temperature, coolant temperature, and coolant density were similar. The maximum difference was less than 10◦C for the fuel temperature and 2 ◦ C for the coolant temperature.
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-06-25
摘要： X-ray detectors show potential applications in medical imaging, materials science, and nuclear energy. To achieve high detection efficiency and spatial resolution, many conventional semiconductor materials, such as amorphous selenium, cadmium telluride zinc, and perovskites have been utilized in direct conversion X-ray detectors. However, these semiconductor materials are susceptible to temperature-induced performance degradation, crystallization, delamination, uneven lattice growth, radiation damage, and high dark current. This study explores a new approach by coupling an FC40 electronic fluorinated liquid with a specialized high-resolution and high-readout-speed complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) pixel array, specifically the Topmetal $ textrm{ uppercase expandafter{ romannumeral2}}^{-}$ chip, to fabricate a direct conversion X-ray detector. The fluorinated liquid FC40 (molecular formula: $ ce{C^{21}F^{48}N^2}$) is an electronic medium that is minimally affected by temperature and displays no issues with uniform conductivity. It exhibits a low dark current and minimal radiation damage and enables customizable thickness in X-ray absorption. This addresses the limitations inherent in conventional semiconductor-based detectors. In this study, simple X-ray detector imaging tests were conducted, demonstrating the excellent coupling capability between FC40 electronic fluorinated liquid and CMOS chips by the X-ray detector. A spatial resolution of SI{4.0}{lp/mm} was measured using a striped line par card, and a relatively clear image of a cockroach was displayed in the digital radiography imaging results. Preliminary test results indicated the feasibility of fabricating an X-ray detector by combining FC40 electronic fluorinated liquid and CMOS chips. Owing to the absence of issues related to chip-material coupling, a high spatial resolution could be achieved by reducing the chip pixel size. This method presents a new avenue for studies on novel liquid-based direct conversion X-ray detectors.
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-06-25
摘要： 随着核技术的不断发展，射线防护需求日益增加，对防护材料的优化研究愈发受到重视。针对常用的医疗诊断X射线管电压范围（＜150 kV），首先着重研究80、100、120 kV管电压下的X射线能谱特征，对其韧致辐射与特征辐射特点进行分析；其次利用Xcom程序进行不同元素的光子吸收截面计算和采用MCNP程序进行屏蔽性能模拟预测；最后对实验制备的柔性X射线防护功能材料进行屏蔽性能测试验证。理论预测表明，吸收截面随能量呈衰减趋势，但在低能区域存在明显的K吸收边效应，W、Bi和Gd元素对X射线均具有较高的质量吸收系数，而且K吸收边还具有优势互补特点，可同时实现对能谱中的韧致与特征辐射进行高效屏蔽。实验也验证了W+Bi基复合材料叠加Gd基材料屏蔽性能优异，在120 kV管电压下屏蔽率可达82.98%，质量衰减系数为6.47 cm2·g-1，线性衰减系数为10.12 cm-1，半值层为0.07 cm。通过本研究可深化对医用X射线屏蔽策略的认识，可对轻质、无铅X射线柔性防护材料研发提供指导。关键词 X射线；光电效应；质量衰减系数；辐射防护
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-06-24
摘要： 在牙化石ESR测年中辐照剂量点拟合函数的选择对等效剂量DE的确定至关重要。目前早期遗址老化石（＞1Ma）的DE拟合常采用双饱和指数（DSE）函数，但在使用该函数时一般需要15个以上剂量点和＞20kGy的最大辐照剂量（Dmax）才能保证DE值的拟合精度，这对老化石测年构成了很大制约。本研究对涵盖晚中新世至早更新世的化石样品进行了不同拟合函数的对比分析，着重探讨单饱和指数（SSE）函数在老化石样品DE拟合中的适用性。研究表明在15个剂量点和Dmax=50kGy条件下，SSE函数的平均拟合优度与DSE函数接近，但平均拟合精度明显优于后者；对于DE＞4500Gy和DE＜4500Gy的样品，分别在Dmax≥6.5*DE和1.3*DE＜Dmax＜2.2*DE条件下采用SSE函数拟合，其结果可以作为DSE函数的良好近似值。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-06-23
摘要： 核电厂核岛机械设备在役检查规则（简称RSE-M，下同）是国内核电站机械设备在役期间通用的规范。随着制造工艺、焊接水平、无损检测手段以及试验数据的积累，RSE-M历经多个版本。文中就1997版到2018版RSE-M规范中裂纹扩展方法进行了对比研究，并参考1997版和2010版对某电站反应堆压力容器筒体与接管焊缝位置深埋裂纹开展疲劳裂纹扩展分析计算，结果表明参考2010版RSE-M规范得到的结果更为精确，能够更为精确的对核电站设备的寿命进行评估，降低电厂运行成本。
分类： 核科学技术 >> 辐射防护技术 分类： 物理学 >> 核物理学 提交时间： 2024-06-23
摘要： The impact of the radiation dose produced by 222Rn/220Rn and its progeny on human health has garneredincreasing interest in the nuclear research field. The establishment of robust, regulatory, and competent 220Rnchambers is crucial for accurately measuring radioactivity levels. However, studying the uniformity of the 220Rnprogeny through experimental methods is challenging, because measuring the concentration of 220Rn and itsprogeny in multiple spatial locations simultaneously and in real time using experimental methods is difficult.Therefore, achieving precise control of the concentration of 220Rn and its progeny as well as the reliable samplingof the progeny pose significant challenges. To solve this problem, this study uses computational fluid dynamicsto obtain the flow-field data of the 220Rn chamber under different wind speeds and progeny-replenishment rates.Qualitative analysis of the concentration distribution of the progeny and quantitative analysis of the progenyconcentration and uniformity of the progeny concentration are conducted. The research findings indicatedthat the progeny-concentration level is primarily influenced by wind speed and the progeny-complement rate.Wind speed also plays a crucial role in determining progeny-concentration uniformity, whereas the progeny-complement rate has minimal impact on uniformity. To ensure the accuracy of 220Rn progeny-concentrationsampling, we propose a methodology for selecting an appropriate sampling area based on varying progenyconcentrations. This study holds immense importance for enhancing the regulation and measurement standardsof 220Rn and its progeny.
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-06-23
摘要： 自动卸压系统(ADS)作为非能动安全技术的典型代表，执行事故后加速反应堆一回路卸压，衔接高压、中压和低压安全注入系统，维持堆芯冷却的功能。为了研究自动卸压系统卸压阀启闭特性及其对反应堆各系统的影响，基于系统分析程序以中国先进压水堆为研究对象，将典型ADS触发事故作为始发事件，模拟了ADS前三级阀门不同开启速度及ADS第四级卸压阀关闭的工况，分析不同工况下各系统的响应情况。结果表明：ADS-1卸压阀需采用快开的方式；ADS-2和ADS-3卸压阀需采用慢开的方式；ADS-4对与小尺寸破口事故至关重要。通过ADS卸压阀启闭特性的模拟分析，为自动卸压系统的设计提供了参考，也为先进核电厂安全分析提供理论和数据支持。
分类： 核科学技术 >> 核动力工程技术 提交时间： 2024-06-23
摘要： 为了进一步提高球床式高温气冷堆堆芯物理计算精度，西安交通大学核工程计算物理（Nuclear Engineering Computational Physics, NECP）实验室自主研发了适用于球床式高温气冷堆物理热工计算程序NECP-Panda的中子学计算模块。本文介绍了NECP-Panda的计算框架，重点阐述了中子学计算部分的理论方法并进行了验证计算。计算问题包括简化混合球床堆算例以及高温气冷堆核电示范工程（High Temperature Reactor Pebble-bed Module, HTR-PM）的净堆装料和吸收体价值计算。数值结果表明，NECP-Panda对简化混合球床堆的keff计算与蒙特卡罗连续能量结果符合良好，计算的HTR-PM临界装料高度与蒙特卡罗连续能量结果高度一致，吸收体价值非常吻合，证明了NECP-Panda针对球床式高温气冷堆的中子学计算具有良好的计算能力和精度，为后续模块的开发奠定了坚实基础。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-06-21
摘要： 氦氙冷却反应堆以氦氙混合气体作为布雷顿循环运行工质，具有循环效率高、功率质量比高和运行可靠等特点，在深空大功率核反应堆电源和无人潜航器核动力等领域具有广阔的应用前景。针对氦氙布雷顿循环系统运行特性，本文建立了涡轮机、压缩机、紧凑型换热器等氦氙布雷顿循环热力设备仿真模型，开发了氦氙冷却反应堆布雷顿循环运行性能分析仿真工具。以“普罗米修斯”氦氙冷却反应堆布雷顿循环系统为研究对象，分析循环各点参数与各部件性能对系统效率和系统比功的影响。结果表明：系统效率与系统比功均存在最佳压比，循环最高温度越高、最低温度越低，系统效率与系统比功越大；压力对循环的影响不明显，压力越大，系统效率与系统比功略微减小；回热器总热导率越大，系统效率越大，系统比功不变。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-06-20
摘要： 近年来我国能源清洁化率不断提高，以风电和光伏为代表的规模化新能源出力存在明显的波动性和不确定性，另一方面，电网的负荷需求、增长和总量达不到预期，这对电网的调峰能力提出了新的考验和挑战，为确保厂网安全，核电机组参与调峰越来越频繁,这对核电机组的核安全又带来了新的挑战，甚至可能会影响中国核电事业的长远发展。本文对核电机组参与电网调峰可能给电厂安全及系统设备造成的影响进行了分析，重点分析了参与电网调峰对电厂安全性、可靠性、经济性以及对三废处理的影响，并提出了合理化建议和改进方向，为我国核电机组的运行和参与调峰提供了示范思路。
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。
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.
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。
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。
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。
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。
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。
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.
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。
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。
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