FLiNaK熔盐的制备

通过建立的氟化盐混合与熔融实验平台,进行氟化盐混合熔融与评价实验,考察温度、时间、坩埚材质及氟化试剂处理等条件对熔盐质量的影响,优化了制备工艺。采用优选的氟化盐原料,添加氟化氢铵做氟化试剂,制备得到的熔盐产品氧含量可控制在2×10-4以下;杂质金属离子含量基本符合熔盐堆用熔盐质量标准要求,其中Be、Cu、Fe、Zr和Cd含量均小于5×10-6,硫酸根和磷酸根离子含量分别小于1×10-4和3×10-5。该工艺方法能较大程度地降低腐蚀介质的含量,具有制备时间短、成本较低、安全性能好等优点。

氢在FLiNaK(LiF-NaF-KF)熔盐中的渗透行为

FLiNaK(LiF-NaF-KF)熔盐在高温熔盐堆或聚变堆的应用中面临着氚扩散渗透的问题。研究H2在FLiNaK熔盐中的渗透行为,能够为FLiNaK熔盐中氚的控制提供依据。氢同位素在熔盐中的扩散渗透特性测试系统主要用于测定熔盐中氢同位素的渗透行为,以获得氢同位素在熔盐中的扩散系数和溶解度常数等相关参数。通过该系统,本文对FLiNaK熔盐中H2的渗透、扩散和溶解等行为进行了研究。结果表明,受实验装置和实验方法的限制,H2在FLiNaK熔盐中的渗透主要以氢原子(或离子)的方式进行。在500-700°C时,FLiNaK熔盐中H2的扩散系数与温度的关系满足:DFLiNaK-H=1.12×10-4exp(-66.40×103/RgT)(m2·s-1),其扩散活化能为66.40kJ·mol-1。而对于FLiNaK熔盐中H2的溶解常数,其与温度的关系可表述为:KFLiNaK-H=2.1×10-5exp(-0.94×103/RgT)(mol·m-3·Pa-1/2)。

环形通道加热器内FLiNaK盐的流动与传热特性研究

钍基熔盐堆缩比仿真装置是10 MW钍基熔盐固态试验堆的1/3缩比仿真装置,其设计功率为370 kW。19支加热管外缠绕螺旋线圈的环形通道加热器已用于仿真装置堆芯的加热。为了进一步理解加热管外径及环形通道的宽度对环形通道加热器性能的影响,采用Fluent软件分析了环形通道加热器在不同加热管外径及环形通道宽度下的流动与传热特性。利用熵产原理分析了环形通道加热器的整体性能。结果表明:由于螺旋线圈的存在,环形通道内的FLiNaK盐产生了轴向速度、径向速度及切向速度,同时环形通道内纵截面上出现逆流。加热管的外径对环形通道内FLiNaK盐的流动及传热特性无影响,加热管外径越大,环形通道加热器的能量利用率越高。环形通道宽度越大,环形通道内FLiNaK盐的压损越小,对流换热系数越小,环形通道加热器的能量利用率越低。

FLiNaK熔盐中微量氧的测定

FLiNaK熔盐作为一种比较成熟的高温热载体,价格便宜、热稳定性好,可用作高温熔盐堆二回路冷却剂及太阳能传热蓄热介质.氧的存在对于熔盐堆安全运行存在多方面威胁,如降低核燃料的溶解度、氧化铀缓慢地发生沉淀进而造成燃料回路局部过热.然而,对于熔盐中氧含量的测定,目前还没有一个统一、通用的测定方法.基于氧分析仪（惰气熔融红外光谱法）在钢、铁、氧含量测定中的应用,建立了一个测定FLiNaK熔盐中氧含量的方法.针对FLiNaK熔盐的特性,选择了合适的包裹容器,确定了测定的裂解功率为2 800 W,方法测定熔盐中氧含量相对标准偏差为3.1％,加标回收率为85％～101％.

氢和氘在FLiNaK熔盐中的渗透扩散行为

利用氢同位素在熔盐中的扩散渗透特性测试系统,本研究对FLiNaK熔盐中氢和氘的渗透扩散行为进行了研究。首先,通过对比分析熔盐侧充氢和金属侧充氢的实验结果,发现通过熔盐侧充氢的实验可更准确地反映FLiNaK熔盐中氢的渗透扩散行为及其性质。其次,通过熔盐侧充氢实验,获得了550-700°C时FLiNaK熔盐中氢的扩散系数与溶解度常数,两者可分别表述为:D_(H_2)=1.62×10^(-5)exp(-48.20×10~3/RgT)m^2·s^(-1)和K_(H_2)=6.18×10^(-5)exp(-11.14×10~3/RgT)mol·m^(-3)·Pa^(-1)。最后,通过对比分析金属侧充氢和金属侧充氘的实验结果,发现同位素效应并不影响FLiNaK熔盐中氢的渗透扩散行为及其性质的研究,从而为氢和氘代替氚进行FLiNaK熔盐中氚行为性质的研究提供实验基础。

响应曲面法优化GH3535平板样片中FLiNaK熔盐去污工艺条件

为了获得超声波和化学法联合去污LiF-NaF-KF(FLiNaK)熔盐的最佳工艺条件,利用响应曲面法和Box-Behnken设计(BBD)建立多项式模型,考察了反应温度、超声波功率、硝酸铝浓度和反应时间等因素对熔盐去除率的影响。结果显示:模型的相关系数r^2为0.9580,校正的相关系数radj^2为0.9159,表明模型的回归性显著,拟合程度高。影响熔盐去除率的因素由高到低为:反应时间>超声波功率>反应温度>硝酸铝浓度。预测的最佳去污工艺条件为:反应温度60℃、超声波功率300 W、硝酸铝浓度0.1 mol/L和反应时间9 min。在此条件下开展的去污实验验证熔盐的去除率为98.74%±1.12%(n=3),与预测值99.99%的相对误差为1.25%。表明采用响应曲面法优化超声波和化学法联合去污FLiNaK熔盐的工艺条件合理,结果可靠,可为下一步工程应用提供参考。

FLiNaK熔盐中CsF的蒸发与分离

Cs的同位素是核裂变的主要产物之一,在熔盐反应堆液态燃料盐中以Cs F的化学形态存在,定期从燃料盐中除去或减少其含量将有助于提高反应堆的中子经济性。本文用FLi Na K熔盐模拟熔盐堆载体盐FLi Be体系,研究了Cs F在不同蒸发条件下的蒸发行为,并尝试进行了减压蒸馏和金属Li还原蒸发技术分离Cs F的实验研究。研究表明,在5 Pa蒸馏压力下,Cs F的蒸发量随温度呈线性上升趋势,780oC时Cs F的含量由1%降到0.14%,分离率达86%,但此时载体盐的蒸发量达9.5%;在常压、700oC条件下,熔盐中Cs F的蒸发比例随还原剂Li的添加量而提高,当添加的金属Li的摩尔浓度与Cs F为120:1时,Cs F分离率达91%。研究结果为了解Cs F在氟盐体系中的蒸发行为和建立可行的分离方法提供基础实验依据。

氧化物沉淀-减压蒸馏耦合分离FLiNaK熔盐中的NdF3

利用氧化物沉淀-减压蒸馏耦合法研究FLiNaK熔盐体系中氟化物的蒸发行为及稀土Nd的分离。高温下氧化物CaO与稀土氟化物NdF_3反应形成难溶于熔盐的稀土氧化物,通过减压蒸馏蒸发、收集冷凝FLiNaK熔盐,提高稀土与熔盐的分离度,促进熔盐的回收利用。研究表明,含有NdF_3(w=3%)的FLiNaK熔盐中加入CaO,730°C下反应6 h,n(NdF_3):n(CaO)=1:3时NdF_3的转化率达95%。X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)分析表明生成的Nd_2O_3主要沉淀在熔盐的底部。经730°C高温沉淀、930°C熔盐蒸馏,冷凝盐中稀土Nd的去污因子达9.4′105,而未经沉淀处理Nd的去污因子为3.1′104,表明高温沉淀蒸馏耦合法使稀土NdF_3转化为氧化物Nd_2O_3,显著增大稀土与FLiNaK的分离度,提高收集盐的纯度。

FLiNaK熔盐高温试验回路电磁感应加热的数值模拟

FLiNaK熔盐高温试验回路中的球床实验区旨在研究FLiNaK熔盐与燃料球的换热、腐蚀特性。石墨球床实验区采用独特的中频感应加热技术加热石墨球导体,模拟球床先进高温堆(Pebble Bed Advanced HighTemperature Reactor,PB-AHTR)堆芯燃料球的释热。为了研究石墨球堆积方案对感应加热的影响,利用有限元方法对电磁感应加热进行数值模拟,获得石墨球导体的涡流损耗功率,并从涡流功率和功率分布两方面对三种石墨球堆积方案进行对比分析。结果表明:三种堆积方案的相对轴向功率分布几乎一样,每层石墨球不相切堆积方案的径向功率分布比另外两种堆积方案的径向功率分布更均匀;为了均匀加热石墨球,更好地模拟PB-AHTR堆芯燃料球释热,建议采用每层石墨球间不相切的堆积方案。

利用固体魔角旋转核磁共振研究ZrF_(4)-FLiNaK的玻璃相变结构

氟锆酸盐玻璃(Fluorozirconate glass,ZBLAN)是制作中红外氟化物光纤的主要基质材料。本研究以ZrF_(4)-FLiNaK作为模型体系,利用核磁共振技术分析了^(19)F、^(23)Na和^(7)Li谱的化学位移随不同ZrF_(4)浓度的变化趋势,揭示了该复合熔盐体系固化过程中氟锆酸根离子的结构随着ZrF_(4)配比增加逐渐向[ZrF_(7)]^(3-)、[Zr_(6)F_(31)]^(7-)和[ZrF_(6)]^(2-)的演变过程。当ZrF_(4)浓度达到25.0 mol%时,发生了共晶盐相到玻璃结构的相变过程,体系中形成了Zr-F-Zr桥键的玻璃态网络结构,而当ZrF_(4)浓度超过56.0 mol%时,可能会导致玻璃态稳定性的降低。另外研究发现体系中的碱金属K^(+)、Na^(+)和Li^(+)离子在玻璃态结构中主要作为修饰剂,起到填充作用,用于提高网络结构的稳定性。这些结果指出了玻璃态网络结构的形成过程和碱金属阳离子的作用,为研究含ZrF_(4)玻璃结构及提高光纤品质提供理论参考。

FLINAK-Na_2SiF_6熔盐体系中Si的电结晶机理

在FLINAK-Na2SiF6熔盐体系中,以Pt为参比电极、硅钢片为工作电极、石墨为辅助电极,在750℃的温度下,用循环伏安法和计时安培法对硅的电结晶过程进行研究。结果表明,该熔盐体系中硅的电沉积经历了晶核形成过程,并需要一定的过电位,其电结晶按连续成核和三维生长方式进行,晶体生长速度常数k’的对数值与阶跃电位基本呈线性关系,并随阶跃电位的负移而增大,外加电位对Si晶体生长具有显著的影响。

晶界工程对Incoloy 800H合金在850℃ FLiNaK熔盐中腐蚀行为的影响

为了评价晶界工程(GBE)对800H合金在850℃FLiNaK熔盐中腐蚀行为的影响,对GBE 800H和800H合金分别在850℃FLiNaK中进行了100h静态腐蚀试验。应用扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)、聚焦离子束/扫描电镜/能谱仪(FIB/SEM/EDS)、高精度天平测量了质量变化和微区成分变化,观察了腐蚀形貌,并分析了腐蚀机制和过程。结果表明:FLiNaK熔盐主要沿晶界向基体渗透;GBE 800H合金的腐蚀深度和FLiNaK沿晶界的渗透深度都小于800H合金的。

FLiBe、FLiNaK在涡流二极管中流动特性的数值模拟

涡流二极管作为一种非能动制止阀的设备,被应用于高温熔盐堆的概念设计中,本文利用FLUENT数值模拟分析了涡流二极管内正反向流动的阻力特性及其内部流场,以水、FLiBe和FLiNaK为模拟工作介质,计算了在不同工况下,涡流二极管的正反向流动压降值、阻力系数及阻抗比,为用于钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)非能动辅助冷却系统的涡流二极管设计提供参考依据。模拟计算结果表明:涡流二极管的正反向流阻随着进口雷诺数不断增大,其性能参数阻抗比ε随着雷诺数也相应增大,最后达到临界稳定值;为提高其性能参数阻抗比,对涡流二极管进行结构优化设计,并结合实验进行验证。

Electrochemical Reaction Processes of Niobium Ions in FLINAK melt

ThecathodicProcessmechanismofniobiumreductionfromchloride-fluorideandfiuoridemeltshasbeenstudiedindetail[l-],batthereseemsstilltobesomedismpemelltconcerningthereductionmechanism.Essentially,threehoesofmodelshaVebeenPutforwardtoexplaintheelectrochemic...

GH3535合金在FLiNaK熔盐中的腐蚀行为

将带Al2O3涂层和无涂层的GH3535合金在FLiNaK熔盐中进行全浸腐蚀实验,利用SEM,EDS,XRD等手段研究了有无Al2O3涂层的GH3535合金在熔盐中的腐蚀行为.结果表明,有无涂层的GH3535合金在700℃的FLiNaK熔盐中的腐蚀行为均表现出Cr,Mo的脱熔腐蚀特征,无涂层合金表现出显著的沿晶腐蚀特征.Al2O3涂层并未提高合金的抗腐蚀性能,Al2O3涂层在FLiNaK熔盐中发生了溶解,并与因Al2O3溶解脱落而裸露出来的合金表面形成腐蚀电池,从而加速了GH3535合金的腐蚀.

几种典型熔盐冷却剂的热物性研究

熔盐是一种优异的传热介质。热物性数据是熔盐传热应用过程中的关键基础数据。按照制定的样品制备规范、样品测试操作流程和数据处理分析方法,采用差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry,DSC)、自主研制的阿基米德法密度仪和旋转柱体式粘度仪、改进的激光闪光法导热仪对FLi Na K、Clo Kmag和HTS熔盐的熔点、比热容、密度、导热系数、粘度系数进行了实验测量和数据评估。首次系统地提供了FLi Na K和HTS熔盐在熔点以上80 K温区的粘度系数、Clo Kmag盐的关键热物性数据。为这些熔盐的热工水力设计分析提供了准确可靠的基础数据。

不同Cr含量的镍基高温合金在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为

为探究不同Cr含量的镍基合金在熔盐环境中的腐蚀行为,在700°C的FLi Na K(Li F-Na F-KF:46.5-11.5-42 mol%)盐中对Hastelloy B-2、Haynes 242、Hastelloy S、GH3030和Hastelloy X五种不同Cr含量的镍基高温合金进行了400 h的腐蚀实验。利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和电子探针(Electron Probe Microanalysis,EPMA)对腐蚀后样品进行表征,结合样品失重,对不同Cr含量合金的腐蚀规律进行归纳分析。结果表明,合金的耐腐蚀性能受其Cr含量的影响较大,低Cr合金(Hastelloy B-2和Haynes 242)具有较好的耐熔盐腐蚀性能,高Cr合金耐熔盐腐蚀性能较差,当合金中Cr含量大于20%时(GH3030和Hastelloy X),腐蚀急剧增加,合金表面出现明显的贫Cr层,合金不适合在熔盐环境中应用。

Speciation study of chromium corrosion product in molten LiF-NaF-KF salt

To investigate the corrosion products of Cr in molten FLi Na K salt(46.5 mol% Li F–11.5 mol% Na F–42mol% KF), the corrosion test of the pure metal Cr was performed in molten FLi Na K salt at 700?C for 200 h.The FLi Na K salt after the corrosion test was thoroughly investigated by X-ray absorption near-edge structure spectroscopy, a transmission electron microscope, and X-ray diffraction. The results demonstrate that the predominant oxidation state of Cr in FLi Na K salt is Cr^(3+), and the main corrosion product in cooled FLi Na K salt is K_2NaCrF_6.

电化学滴定法确定氟化物熔盐中氧化物量

以K_2NbF_7为探测溶质,应用循环伏安滴定法和循环伏安标量加入法确定FLINAK熔盐中氧化物量。结果表明,FLINAK熔盐中氧化物量等于所加Nb(V)量减去熔盐中NbF_7^(2-)量。

3Cr13钢表面氟盐浴TD法VC涂层的制备及表征

采用FLiNaK氟化盐对3Cr13不锈钢表面分别进行不同时间的热反应沉积(TD),利用X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计研究了VC涂层的形貌、成分特征、表面硬度及其生长动力学。结果发现,3Cr13不锈钢的表面形成了3~5μm厚的均匀致密的VC涂层,表面呈花瓣状,VC相中含少量的Si和Fe元素。VC涂层的平均(HV)硬度高达32 220 MPa,其厚度与保温时间满足抛物线关系。VC涂层表面几百纳米厚度存在不均匀分布的SiO_2,表面呈龟裂状。主要是因为SiO_2的热膨胀系数大于VC涂层,使得SiO_2在冷却过程中受到拉应力而发生龟裂。本研究首次表明低熔点高活性的氟化盐可以用于TD法制备VC涂层。