模拟核芯FCM燃料的振荡烧结行为研究

全陶瓷微封装弥散(FCM)燃料以其较好的固有安全性而成为核能领域研究的重点。针对SiC基体难以烧结的问题,本研究利用振荡烧结具有加速传质和降低烧结温度的优势,开展了模拟核芯FCM燃料振荡烧结行为研究,重点考察了振荡烧结温度、振荡时间与振荡压力等参数对基体致密化行为的影响,并与热压烧结结果进行了对比。结果表明,振荡烧结温度、保温时间以及中值压力对基体致密化有重要影响,而振荡压力的振幅对基体致密化影响不大。相比于热压烧结,振荡烧结可以提高材料的致密度,振荡烧结试样的致密度更高,1850℃振荡烧结试样的致密度为99.99%;振荡烧结试样的晶粒尺寸更小,1850℃振荡烧结试样的晶粒尺寸为(284±4)nm,比同等温度下热压烧结试样的晶粒尺寸减小~27%;振荡烧结试样的硬度更高,1850℃振荡烧结试样的硬度为(26.7±0.4)GPa。借助改进的热压烧结本构方程,计算得到试样在致密度为90%时的应力指数n=1,活化能Q=430 kJ/mol,致密化的主导机制为晶界扩散协调的晶界滑移。

U_3Si_2-Al燃料元件γ射线吸收系数标定方法研究

为了更准确标定U_3Si_2-Al燃料元件的γ射线吸收系数,论文设计了不同标样进行了单独定标和联立定标。利用不同标定方法获得的γ射线吸收系数进行燃料元件U_3Si_2、Al质量厚度的测试,并将测试结果分别与化学分析结果进行对比。实验结果表明,以燃料元件作为标样的联立定标法在保证Al测量精确的同时提高了U_3Si_2的测量精度。

熔盐辅助合成硼化铪工艺研究

这是一篇冶金工程领域的论文。以氧化铪和碳化硼为原料,采用氯化钠为熔盐介质,通过硼/碳热还原法合成了纯度较高的硼化铪粉体。研究了反应温度、保温时间等合成工艺参数以及原料配比对材料晶相组成和显微结构的影响。结果表明,以氯化钠为熔盐介质时,氧化铪在1300℃的合成温度下开始转化为硼化铪,其温度远低于传统的硼化铪合成所需温度。在硼过量20%,反应温度和保温时间分别为1400℃和2 h所制备的硼化铪粉体纯度较高,X射线衍射中可以明显观察到硼化铪结晶峰,且在扫描电镜中可以观察到紧密团聚形貌的硼化铪。

U-Mo/Zr弥散燃料板界面缺陷的形成及演变研究

研究了U-Mo/Zr弥散燃料板界面结合缺陷的形成及演变。结果表明,燃料板界面缺陷类型主要有分层和开裂,分层缺陷是由于芯块粘接剂残留分解的C和O与界面杂质Fe和基体Zr形成的脆性分层状氧化物或碳化物,或者界面板包壳和芯块碎屑冶金缺陷;开裂缺陷是由于冷轧过程部分界面结合薄弱点不同步变形而受轧制剪切力撕裂所致。热轧后燃料板结合界面产生少量分层缺陷,是界面缺陷产生的起始点,冷轧使分层缺陷扩大,并产生开裂界面。

混凝-共沉淀法处理含铀钍废水的研究

在核燃料元件研制和生产过程中,由于各种先进燃料元件掺杂元素种类不同,废液中除放射性污染物铀化合物外,还含有由燃料掺杂产生的钍(Th)等金属元素化合物。在含铀钍废液共沉淀过程中,钍盐还可以作为混凝剂对铀进行去除和净化。实验结果表明:对于含铀钍废液混凝-共沉淀体系,壳聚糖作为絮凝剂絮凝效果较好,废液中初始铀浓度越高,铀去除率越高,但铀浓度增加至60 mg·L^(-1)时,铀浓度的升高对铀去除率的影响就不再显著;钍铀比在低浓度铀([U]=20~60 mg·L^(-1))废液中对铀去除率影响较为显著,当钍铀比为1∶1时,铀去除率趋于平衡,在较高浓度铀([U]=60~100 mg·L^(-1))废液中没有显著影响。壳聚糖的加入量控制在0.5~1 mg·mgU^(-1)左右;pH值控制在8左右处理效果较好。温度对铀去除率影响较小,温度升高铀去除率略有下降,总体而言铀去除率>92%,钍去除率>96%。

核级控氮奥氏体不锈钢在去污液中的相容性研究

文章采用三步化学去污法对反应堆一回路结构材料核级控氮奥氏体不锈钢(304NG)进行腐蚀试验,研究了304NG在不同去污剂配方下的腐蚀特性。通过对腐蚀前后试样质量变化测定,获得不同去污条件下的腐蚀量;采用场发射扫描电子显微镜对腐蚀前后的微观形貌进行表征,研究了不同配方对试样形貌的影响。结果表明,304NG在CA配方和CA盐配方中均展现了良好的相容性。相对于CA配方,304NG在CA盐配方中展现了更为优异的耐腐蚀性能,表明CA盐配方更适用于304NG基材的去污试验。

功能/结构一体化中子屏蔽材料的研究现状

随着反应堆设计技术的发展,功能/结构一体化屏蔽材料成为一种发展趋势,要求中子屏蔽材料不仅具备中子屏蔽功能,而且可以兼作结构材料。中子屏蔽材料采用一体化设计可大幅简化屏蔽结构,实现屏蔽结构的轻量化和小型化。简述了功能/结构一体化中子屏蔽材料的设计要求和常见的热中子吸收核素。重点阐述了硼钢和具备功能/结构一体化潜力的铝基碳化硼复合材料、含Gd不锈钢、B/Pb复合材料的研究现状及存在问题。最后指出了功能/结构一体化中子屏蔽材料的发展方向。

锆合金电子束熔丝增材组织与性能研究

利用电子束熔丝增材设备进行了R60702锆合金的增材沉积试验,研究了锆合金增材沉积层的微观结构,分析了增材沉积试样的力学性能。结果表明,锆合金电子束熔丝增材沉积组织的晶粒在底部区域细小致密,随着沉积高度增加,晶粒增大;沉积层晶粒结构中小角度晶界的比例在70%以上,晶粒生长具有显著的择优取向特征;增材沉积试样的锆基体相主要以层状分布为主,基体相主要由α-Zr组成,存在Hf等合金元素偏析现象;沉积试样的抗拉强度为535~577 MPa,显著高于锆合金在热轧和退火状态下的抗拉强度(398 MPa);沉积试样横截面上距基板位置距离越远,沉积试样的硬度越高。

科研院所横向经费管理问题及对策研究

随着科技体制改革和市场经济的不断发展,科研院所承担的横向项目数量呈大幅增长趋势,如何管好、用好横向经费已成为当前科研院所亟待解决的问题。然而,现阶段科研院所对横向项目的重视程度普遍偏低,存在“重合同签订、轻经费管理”现象。基于此,文章从科研院所横向经费管理的现状出发,剖析其存在的问题和原因,继而从制度建立、预算管控、收入确认、成本监控、考核激励等方面提出应对措施,以期提升科研院所的横向经费管理水平。

影响NbCl_5流量的因素及NbCl_5流量与涂铌质量的关系研究

比较研究了NbCl5装载量、内部温度、NbCl5纯度、氩气携带方式与NbCl5平均流量间的关系,探讨了NbCl5流量对物料粘结、涂铌物料质量以及利用率的影响。结果表明,为了相对稳定地控制NbCl5流量,氩气应不通过NbCl5罐,且应根据装载量和预热时升温特性确定加热曲线;在涂铌过程中,NbCl5前期流量一定要小,再逐步缓慢变大,平均流量控制在260 g/h左右,既能保证物料不粘结,又能兼顾涂铌质量和利用率。

放射性高氟废水——重铀酸铵沉淀母液除氟技术影响因素研究

针对核工业中重铀酸铵(ADU)湿法制备核燃料产生的大量放射性高氟废水——ADU沉淀母液,考察了沉淀剂投加方案、 2种废水体系、沉淀温度等因素对除氟效果的影响,并就影响因素进行分析。结果表明:钙沉淀法是ADU沉淀母液中除氟可靠有效的一种方法,但受废水体系影响。使用最佳沉淀剂方案,在NH4F体系中,可将滤液中氟的质量浓度降至10 mg/L以下,而在NaF体系中氟的质量浓度只能达到28 mg/L,沉淀温度对除氟效果有一定影响,在40～60℃下进行除氟反应最为适宜。

U_(1-x)Zr_xO_2固溶体点阵参数研究

点阵参数是晶体结构的基本参数，对固溶体研究具有重要作用。本研究制备了ZrO2质量分数（wt％）为0～30％的ZrO2-UO2陶瓷粉体，经高温烧结获得U1-xZrxO2燃料样品。应用X射线衍射分析技术，采用纳尔逊外推函数（sin^-1θ＋θ^-1）cos^2θ/2研究了U1-xZrxO2固溶体的点阵参数随ZrO2含量变化的规律。结果表明：ZrO2含量低于30wt%及烧结温度高于1650℃时ZrO2能完全固溶于UO2中形成U1-xZrxO2固溶体，其点阵参数随ZrO2含量的变化呈良好线性关系，与Vegard定律吻合。

单能窄束γ射线法检测U_3Si_2-Al燃料元件U_3Si_2均匀性

为进一步提高U3Si2-Al燃料元件U3Si2均匀性检测结果的可靠性,文章建立了一种检测U3Si2-Al燃料元件U3Si2均匀性的"单能窄束γ射线法"。该方法利用γ谱仪测量241Am的59.5 ke Vγ射线穿透燃料元件前后的透射强度,再根据物质的γ射线吸收公式和单次测量区域内U3Si2、Al总体积恒定的特性建立方程组,求解方程组得出U3Si2、Al各自的体积百分数进而得出分布均匀性。文章利用MCNP法和实测法对该检测方法进行了验证,结果表明:该方法具有工程可行性且实验检测相对精度达到3.99%。该方法为燃料元件燃料均匀性检测提供了一种新思路。

与时间相关的Zr-4板材退火残余应力模型的研究

为了指导退火消除Zr-4板材的残余应力,以冷轧后的Zr-4板材为原材料,通过退火试验制备出不同残余应力的Zr-4板材,用X射线仪测得板材退火前后的残余应力。结合传统幂指数模型,创新性建立与时间相关的Zr-4板材退火过程残余应力衰减模型;通过该模型代入ABAQUS有限元软件进行计算,获得Zr-4板材各部位的残余应力衰减规律曲线。结果表明,模拟计算各点的残余应力值与试验测试残余应力值相差20%以内。

核电不锈钢管道对接焊后残余应力分布规律研究

核电管道服役期间需承受高温高压和复杂的工况环境,其生产制造及焊接安装过程中产生的内应力对于其能否正常服役影响大。本文采用逐层剥离的小孔法测量不锈钢管道对接焊后内表面、10 mm和20 mm深度的残余应力分布情况。在管道的残余应力测试过程中,对管道进行线切割处理,此过程释放的残余应力使用SYWELD软件中的Machining功能模拟,计算结果作为残余应力补偿值修正真实测量数据。结果表明,经补偿后管道残余应力数值在周向和轴向的离散度降低,同时焊接工艺导致管道内外表面应力值高于材料内部,残余应力分布呈"W"形分布,在距焊缝20 mm左右位置的热影响区最高,较符合管道对接焊后金属材料的特性。

稳压器安全端接管表面堆焊工艺参数虚拟研究

利用有限元数值模拟方法研究稳压器安全端接管表面堆焊实验中焊接工艺参数对焊接应力的影响,并进行虚拟焊接工艺设计。运用ANSYS软件建立某核电厂稳压器安全端接管表面堆焊修复的数值模型,比较分析不同焊接电流、焊接速度对焊接应力的影响。结果表明:在虚拟焊接分析研究范围内,焊接电流越大,原管道内的焊接压应力越大;焊接速度越大,原管道内的焊接压应力越小。

AZ31镁合金表面激光选区熔覆Ti-6Al-4V粉末的显微组织及界面缺陷研究

利用选择性激光熔化设备在AZ31镁合金基体上对Ti-6Al-4V粉末进行单道多层以及多道多层熔覆试验研究。通过调整激光扫描速度研究了不同激光能量密度对熔覆层显微组织的影响,并分析了熔覆层中孔洞的形成机制。结果表明,经单道多层激光熔覆形成的试样,侧面形貌为不规则"S"形,且随激光能量密度的增加,不规则"S"形熔覆试样的宽度逐渐增加。在多道多层熔覆试验中,随激光能量密度的增加,熔覆层组织的致密度先增加后减小;Ti-6Al-4V熔覆层与AZ31镁合金基板未发生明显冶金结合,但形成的锯齿状界面有利于提高熔覆层与基体镁合金的结合强度。

激光粉末床熔融成形Ti6Al4V/AlSi10Mg合金电子束焊接工艺研究

针对激光粉末床熔融成形的Ti6Al4V合金和AlSi10Mg合金进行电子束对接试验,对比分析不同侧偏束条件下焊接接头的组织和性能。结果表明:钛侧偏束(-0.6 mm)相较于铝侧偏束(+0.6 mm)所获接头的成形更稳定、美观。铝侧偏束时,接头表面出现了大量的气孔及裂纹,接头内部也存在大量的气孔,主要聚集于铝侧熔合线上;钛侧偏束时,接头焊接缺陷的数量明显减少。两种工艺条件下的界面层均形成了一定数量的金属间化合物,铝侧偏束时以TiAl为主,钛侧偏束时形成了TiAl3、TiAl_(2)、Ti_(3)Al和TiAl等多种金属间化合物。铝侧偏束接头抗拉强度最高为81 MPa,钛侧偏束接头抗拉强度最高可达到128 MPa。两种接头均失效于反应界面层处,呈现出脆性断裂的特征。

不同界面SiC纤维束复合材料的拉伸力学行为

利用国产三代SiC纤维通过化学气相渗透工艺(CVI)制备不同界面厚度和基体体积分数的SiC纤维束复合材料,并对其拉伸力学行为进行研究;同时,通过有限元方法研究界面厚度和基体体积分数对SiC纤维束复合材料热残余应力的影响。有限元分析结果表明:该纤维束复合材料的界面存在较为明显的径向和环向热残余应力,而且这两种应力均随着界面厚度增加而减小,随着基体体积分数的增加而增加。拉伸实验结果表明:随着界面厚度增加SiC纤维束复合材料的拉伸强度有增大趋势,且纤维拔出长度也相应增加;但在界面厚度相同的情况下,过高的基体体积分数将导致复合材料拉伸强度和韧性下降。

UMo/Zr弥散燃料板尺寸控制精度的研究

通过锆合金片的冷轧实验以及UMo/Zr燃料板的冷轧工艺实验,分析了锆合金的变形特性和不同相体积的UMo/Zr燃料板的冷轧延伸量与相体积、轧制压力的关系。结果表明,锆合金在冷轧加工时会发生明显的硬化现象,最优冷轧道次为4~5道次。冷轧变形量越大,锆合金的加工硬化现象越明显。此外,明确了UMo/Zr燃料板冷轧延伸量与相体积、轧制压力的关系,即在相同轧制道次、相同相体积的条件下,轧制压力越大,燃料板芯体的延伸量也越大;相体积越大,燃料板达到相同延伸量时所需的轧制压力也越大。并据此建立UMo/Zr燃料板单道次的轧制压力和延伸量的对照表。采用此对照表进行冷轧的UMo/Zr燃料板,其尺寸控制精度大幅提高(约40%),平均轧制时间节省约2. 6 min。