分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-22
摘要： 背景：基于独特的微通道设计，印刷电路热交换器（PCHE）具备强大的换热效率，因此PCHE正逐步考量应用于高温反应堆中。然而PCHE在高温和高压的极端条件下运行时，若管理不当可能导致其结构失效。目前PCHE技术的成熟度较低，因而需要对其失效特性进行详细分析以确保其在核系统中的可靠运行。目的：本工作旨在设计一款20kW的PCHE，并探究其在高温高压环境下可能的失效模式，深入研究并探讨旨导致PCHE失效的可能因素，并提出增强PCHE在核应用中安全性和可靠性的策略。方法：本工作包含了20kW PCHE的设计及其在模拟高温高压条件下的结构完整性分析，提出了一种分区均质化方法来简化换热器芯体复杂的微通道结构，便于数值模拟。研究采用有限元分析，所建立模型包含有61017个单元用于模拟固体域内的温度场和应力分布，同时考虑了温度和压力在微观和宏观尺度上的影响以全面展示PCHE的热学和力学行为。并且，所建立模型考虑了所涉及材料的热力和力学性质，确保PCHE在极端条件下性能的准确表现。结果：数值模拟在热侧入口处的固体区域宏观温度梯度达到最高2.7°C/mm，这表明PCHE因存在热应力导致失效的高风险，并且冷热流体之间的温度分布不均匀，在出口处观察到最大温差为100°C，这种不均匀性暗示了可能的失效热点，热应力可能在此集中。此外，用于构建PCHE的合金617在850°C下出现了明显的蠕变行为，结果表面焊缝样品的蠕变寿命明显短于基材，验证了焊缝接头长期热暴露的脆弱性。研究还确定了应力集中最高的区域，这对于解释疲劳和蠕变效应的潜在可能性十分重要。结论：虽然PCHE提供了卓越的热力性能，但在高温和高压的极端条件下，其结构完整性需要谨慎考量。对于本工作中已识别出的特别容易发生失效的关键区域，如热侧入口和焊缝接头，其应成为设计改进的重点。本研究的发现为PCHE安全性评估的进一步研究奠定了基础，强调了为应对高温反应堆下的极端条件，PCHE需要坚固的材料和结构设计。本工作中详尽的分析有助于更广泛地理解PCHE的失效机制，支持开发更可靠和安全的换热器技术用于核应用，并且本工作结合设计、模拟和材料分析的综合性方法为关键的核技术领域研究提供了指导。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-22
摘要： EBR-II基准题是重要的钠冷快堆中子物理基准题，提供了复杂的堆芯布置和燃料核子密度空间分布，其精细数值模型的建模难度和计算代价较大，因此常采用核子密度按组件类型打混的方法建立简化模型。本文使用LoongSARAX程序分别建立了EBR-II基准题的精细模型和简化模型，评估了简化模型与精细模型的中子物理特性之间的偏差。相比于精细模型，简化模型的计算耗时降低至十分之一，堆芯有效增殖因子偏低1383 pcm，中子通量密度分布偏平缓，且最大相对误差为4.25%。计算结果表明，虽然核子密度按组件类型打混的简化方法能够降低建模难度和计算成本，但堆芯中子物理特性与精细模型的偏差显著，采用精细模型仍然具有必要性。
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-07-21
摘要： 页岩是页岩气形成的物质基础，页岩岩性复杂、矿物成分变化大，依靠常规测井资料进行储层评价具有挑战性。FLex测井技术测量快中子与地层元素作用产生的γ射线能谱，通过解谱分析后获得地层的元素含量与矿物成分，从岩石化学成分角度为非常规储层的岩性评价开辟了一条新的道路。利用FLex元素测井岩石矿物解释模型对页岩岩相进行识别和划分，对页岩储层的脆性进行定量评价。研究表明，龙马溪组以硅质页岩为主，具有脆性矿物发育，黏土含量较低的特点，龙马溪组页岩可压性中等，具有一定的储层改造潜力，元素测井技术在页岩储层品质和可压性评价应用前景广泛。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-21
摘要： 随着核能的大规模开发，传统矿山铀资源已出现短缺的趋势，而海水提铀将是未来获得大规模铀资源的最可能的方式之一。光催化法因污染小、消耗能源少、材料再利用率高等优点，已成为近年来研究海水提铀的一个重要方向，其研究重点就是光催化剂的制备和选择。石墨相氮化碳光催化剂相对廉价、稳定，是较为理想的光催化剂；二氧化钛光催化剂能有效将放射性废水中的六价铀还原为稳定的四价铀，具有活性高、稳定性好、环境友好等优点。钒酸铋作为一种光催化材料，在光催化还原铀方面展现出显著潜力。本项目结合几种材料的光催化优势，制备了两种以石墨相氮化碳为原料的复合光催化剂，同时为了更好地在溶液中控制催化剂的流向，进一步将磁性赋予了复合光催化剂，制备了磁性复合光催化剂并用于海水提铀实验。结果表明，该两种复合催化剂均可用于光催化海水提铀，有望为铀资源的开发提供新的路径。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-19
摘要： 随着数字控制技术的发展，核电机组中基于模拟量的传统仪控系统逐步被全数字化技术代替，采用更复杂高效的先进控制技术成为了可能。充分利用全厂数字化过程中新增系统信息的优势，实现核电机组的自动化水平提升，逐渐成为压水堆控制系统研究的重点。目前压水堆电厂控制以传统PID (Proportional Integral Derivative) 控制器为主，虽然已有采用先进控制算法如神经网络控制、模糊控制、模型预测控制等提升控制系统性能的研究，但大多只关注控制系统本身而未能充分考虑多个控制系统之间的耦合。压水堆电厂的运行任务需要多个控制系统协调完成，仅靠单纯提高底层控制器性能来提升整体性能的效果有限。为了从顶层协调多个控制系统提升整体控制性能以更好地完成任务，本文提出了基于粒子群优化的压水堆控制系统设定值决策方法，构建了设定值优化所需的决策目标函数及决策优化需要满足的运行约束条件，建立的智能决策系统基于压水堆实际运行过程进行设定值离线优化，根据运行工况进行在线智能决策，为底层控制系统提供控制目标的方向和幅度。本文以压水堆核电厂运行中的典型过程为例进行了仿真实验，并对结果进行分析，与稳态运行时的传统设定值方案相比，冷却剂平均温度、稳压器液位、稳压器压力和蒸汽发生器液位的ITSE (Integral of Time multiplied by the Square Error) 指标分别降低了58.9%、67.7%、99.9%和83.3%，峰值指标分别下降了62.4%、3.0%、100%和66.3%。仿真结果表明所提出的智能决策方案可以有效减小系统的ITSE 指标和峰值指标，提升了压水堆电厂控制系统的整体控制性能和安全裕量。在实际工程实践中，可以与数字孪生技术结合，利用孪生体能同步反映系统真实状态的特点，进行更精确的在线设定值优化，从而达到更好的控制性能。
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-07-19
摘要： 摘要 目的 探讨剪波刀弹性成像（shear wave elastography，SWE）技术在评估肝硬化病情严重程度方面的应用价值。方法 选取2019年3月至2022年6月期间我院收治的130例肝硬化患者，采用Child-Pugh分级系统对病情进行评定，并利用SWE技术测量肝脏硬度和杨式模量值。同时，通过实验室检测患者的肝功能指标和血清纤维化指标。使用Pearson相关分析及其他统计学方法对收集到的数据进行分析，以确定SWE参数与肝硬化严重程度之间的相关性。结果 研究发现，不同Child-Pugh分级的患者肝脏硬度和杨式模量值存在显著差异（P<0.05），并且随着Child-Pugh分级的增加，这些指标呈现递增趋势。此外，肝脏硬度和SWE参数与肝硬化的程度、肝功能及肝纤维化程度均显示出较高的相关性，表明SWE技术在肝硬化病情评估中具有重要的参考价值。结论 剪波刀弹性成像参数与肝硬化的严重程度密切相关，为肝硬化的无创评估提供了一种有效的工具。本文的小样本研究结果提示SWE技术在肝硬化病情严重程度评估中具有潜在的临床应用价值。未来的研究将扩大样本量，并探索SWE技术在不同肝硬化病因中的诊断效能。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-19
摘要： 热管冷却反应堆（简称热管堆）选用铀钼合金作为堆芯燃料，这种燃料具有显著的热膨胀和辐照肿胀，因此燃料设计需要关注材料高温下的肿胀。基于部分高温下铀钼合金的辐照数据，考虑温度对铀钼合金辐照肿胀影响，使用COMSOL Multiphysics（简称COMSOL）对1 kWe Kilopower热管堆方案构建了三维分析模型，完成了热力耦合分析。计算结果表明，使用COMSOL可以有效模拟燃料热膨胀和辐照肿胀行为；与仅考虑热膨胀计算结果对比，寿期末燃料变形和应力均有所增加；燃耗深度达到0.4 %时，燃料最大应力为85.1 MPa。在进行更大功率、更深燃耗热管堆方案设计时，需要考虑燃料的辐照肿胀。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-07-18
摘要： 六方氮化硼具有与石墨烯类似的六元环组成的片层结构，因而呈现出非常优异的机械性能和导热性能，在诸多应用领域受到广泛关注。本文报道了用熔盐介质制备纳米六方氮化硼的工艺。以KCl-NaCl为熔盐体系，三聚氰胺（C3N6H6）和硼酸（H3BO3）为反应物，氮气（N2）为反应气氛，系统研究了熔盐与反应物质量比、反应物中氮-硼摩尔比、保温温度、保温时间等条件对制备六方氮化硼产物的影响。在最佳工艺条件下，制备了粒径可控、形貌一致、结晶良好的六方氮化硼纳米片。本工作提供了一种绿色低碳合成六方氮化硼纳米片的新途径。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-17
摘要： 搅混翼对降低堆芯热点因子发挥着重要作用，目前对于搅混翼精细结构对流场的影响研究较少。为了更加深入了解搅混翼结构特征对堆芯热工水力性能影响，开展搅混翼结构与流场的相关性研究。首先通过几何自动化构型与计算技术，实现参数化、自动化构建撕裂式搅混翼结构及CFD计算。其次，通过对搅混翼结构参数的正交设计及模拟结果分析，明确了搅混翼结构对流场压降及横流速度等热工参数影响。文章几何结构下，不同搅混翼出口压力最大相差1.1kPa，为整个计算流体域平均压降的41%，不同结构的搅混翼下的横流速度最大相差1.1m/s，最大横流速度为平均横流速度的173%，搅混翼角度与流场相关性强，其次是搅混翼形状和长度，并设计了较优的搅混翼。对后续搅混翼结构研究及工程应用提供设计依据。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-07-17
摘要： 小型电子感应加速器利用磁场约束和感应电场加速电子束，使其在加速管中运动，最终轰击靶材产生X射线。小型电子感应加速器产生的X射线强度和剂量率与磁感应强度密切相关，而磁感应强度又受到励磁电流、线圈匝数和磁极材料等因素的影响。为研究永磁体对小型电子感应加速器磁场的影响，通过Poisson程序建立模型，并进行仿真分析，求解表明：在上下磁极头底部对称放置厚度为1cm、矫顽力为8.6kOe、剩磁为14.4kG的永磁体，能够有效增强磁极头处的磁感应强度，电子束平衡轨道附近的磁感应强度提升了约18.6%，在相同磁感应强度要求下，加入永磁体可以使所需的励磁电流降低约29%。综上所述，永磁体与电磁铁相结合的方法可以有效提升小型电子感应加速器的性能。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-16
摘要： 随着对反应堆数值计算的精度要求不断提高，多物理场耦合计算在核反应堆分析中成为研究热点。作为工程领域中的主流计算方法之一，研究适用于确定论两步法的物理-热工耦合计算方法具有明确的工程应用价值。本文基于两步法程序DRAGON/DONJON和子通道程序COBRA-EN，开发了基于两步法的物理-热工耦合计算系统，并采用美国 Consortium for Advanced Simulation of LWRs (CASL) 提出的Virtual Environment for Reactor Applications (VERA)系列基准题VERA#6和VERA#7验证了耦合系统的正确性。结果表明：VERA#6的keff的误差在100×10-5以内，组件径向裂变率的相对偏差在±1%范围内，燃料温度和冷却剂温度的分布趋势与参考值吻合良好；VERA#7的临界硼浓度的计算误差在20×10-6以内，径向功率分布的均方根误差为0.86%，堆芯出口处冷却剂温度与参考值的偏差在±5℃以内，验证了耦合系统的可靠性和准确性。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-07-16
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。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-15
摘要： 随着化石燃料逐渐枯竭，研制商业化的聚变反应堆成为解决能源问题的途径之一，而为了实现聚变堆氚自持运行，从聚变堆增殖包层中提取氚的技术有着重要研究意义。从经济性和可实现性角度出发，液态锂铅包层具有很大的优势和发展前景。本文对国际热核聚变实验堆（ITER）以及欧盟聚变示范堆（DEMO）所提出的液态锂铅包层中的氚提取技术，包括真空渗透法（PAV）、气液接触法（GLC）、真空筛板法（VST）三种氚提取工艺进行了综述，归纳总结了各个工艺的优劣势、所需辅助系统、技术问题等，并对其进行了性能比对，以期对聚变堆氚提取系统的设计研究提供思路和参考。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-15
摘要： 熔盐堆是六种第四代反应堆之一，其使用液态核燃料，与常规固态核燃料堆型不一样。为做好堆芯设计管理和核安全监管，有必要对其7Li丰度与核临界参数的关系进行分析。本研究通过参考具有工程实践的熔盐堆进行建模，运用软件仿真模拟计算，分析不同7Li丰度燃料盐对熔盐堆反应性的影响，分析核临界参数变化的规律。通过迭代计算，快速精确找到熔盐堆核临界时的7Li丰度值。最终得出结论，熔盐堆反应性随着燃料盐7Li丰度的增加而增加，且在熔盐堆反应性变化率也与7Li丰度有关。根据本研究分析成果进行深入探讨，从法律法规角度总结相关管理要求，从审管角度提出应该关注的建议要点。
分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-07-14
摘要： 上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）的一台磁体长度为4 m、周期长度16 mm、磁气隙为5 mm的超导波荡器样机目前已完成集成和测试。本文针对这种超小间隙的超导波荡器，提出了一种基于双霍尔探头的磁场点测量方法，描述了其测量原理，并对样机做了磁场测量和优化实验。通过分段调节其2 m段超导磁体的激磁电流对磁场进行优化，使该段在100 A激磁电流下的相位误差小于5°满足设计要求。实验结果表明了本文提出的磁场测量和优化方法是有效的。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-14
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： 2024-07-13
摘要： 随着钠冷快堆商业化应用的发展，需要开发钠冷快堆一体化分析程序以提升对其安全评估能力。钠沸腾是钠冷快堆重大事故前的重要现象，钠冷快堆事故分析需要准确预测钠沸腾时的冷却剂热力学参数。本文介绍了正在开发的钠冷快堆一体化分析程序ISAA-Na的堆芯热工水力模型，并利用ISAA-Na对CABRI-BI1失流实验进行了模拟和分析。与实验数据对比表明，ISAA-Na相较于SAS4A、ASTEC-Na和SIMMER，在预测沸腾前冷却剂温度和压力方面更为准确。然而，在沸腾开始后，由于缺乏燃料熔化和包壳失效模型，没有考虑燃料和包壳的相变，导致高估了气泡的生长速度和两相界面的移动速度。总体而言，ISAA-Na所采用的多气泡液塞沸腾模型在CABRI-BI1实验分析中表现合理可靠。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-12
摘要： 在深空探测任务对高性能推进系统的迫切需求下，本研究针对现有核热推进反应堆设计方法的系统性和完整性不足，提出了一种核热推进反应堆（NTPR）多目标优化设计方法，以实现具有大推力、高比冲、长寿命和轻量化特点的NTPR堆芯设计。首先，依据组件间传热特点构建组件间传热模型，并将其与核火箭的飞行性能及堆芯临界特性相结合。其次，基于组件间传热模型-飞行性能模型-组件二维临界模型提出了一种多目标参数筛选方法，采用该方法对核热推进反应堆设计方案进行耦合迭代计算，以优化堆芯布局，确保满足热工、飞行和中子物理的综合设计标准，同时实现堆芯质量的最小化。最后，利用开源蒙特卡洛软件OpenMC对优化后的堆芯布局进行详尽的三维中子学计算，针对反应堆临界特性、安全特性以及燃耗表现等开展全面评估。研究结果表明，基于该方法设计的低浓缩铀（LEU）NTPR概念设计方案初步满足大推力、高比冲、长寿命和轻量化的设计要求，可为未来载人深空探测任务提供参考。
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-07-12
摘要： 在核辐射探测中针对输出微电流的探测器，普遍采用美国ADI公司设计生产的ADA4530芯片搭建跨阻放大电路来进行微电流信号的测量。目前国内暂无ADA4530的国产替代，为解决该芯片的卡脖子问题，基于分离的场效应管和常规运算放大芯片搭建I-V跨阻转换电路，实现纯国产器件的弱电流放大电路设计。该电路的输出电压范围在0到10V之间，经过测试，当反馈电阻为100GΩ，输入电流为0.1~100pA时，其线性拟合优度为0.99998，相对偏差为0.235%，噪声峰峰值为0.057pA。当反馈电阻为10GΩ，输入电流为1pA时，在-10℃~80℃的温度变化范围内，其温漂小于0.042pA/℃。当反馈电阻为10GΩ，输入端悬空时，在室温6小时的稳定性测试中，输出漂移小于0.2662pA。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-07-12
摘要： 针对辐射屏蔽优化设计消耗时间长、优化效率低的问题，提出一种基于粒子飞行样本更新策略的动态径向基代理模型。首先采用径向基神经网络建立真实目标函数的初始代理模型，然后通过差分进化算法对代理模型进行全局寻优，之后基于代理模型寻优结果和粒子飞行样本更新策略产生新样本点，最后将新样本点加入原有样本点后重新更新代理模型并循环迭代，直到满足收敛条件。该方法以代理模型拟合精度为依据控制原有样本点向随机样本点和最优预测样本点的飞行速度，可以实现动态代理模型全局探索与局部探索的自适应平衡。为验证方法的有效性，将所提方法应用于12 个数值测试函数和船用反应堆辐射屏蔽优化设计工程实例，并与其他优化方法计算结果进行对比。结果表明，对于数值测试函数，所提方法在寻优结果、样本点数量和算法鲁棒性方面均具有显著优势，对于辐射屏蔽优化设计实例，所提方法得到的中子透射率为另外两种方法的48%和8%，所需样本点数量为静态代理模型的25%，证明该方法是求解辐射屏蔽优化等昂贵优化问题的有效方法。
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