Transient fuel performance analysis of UO_(2)–BeO fuel with composite SiC coated with Cr cladding based on multiphysics method

The transient multiphysics models were updated in CAMPUS to evaluate the accident-tolerant fuel performance under accident conditions.CAMPUS is a fuel performance code developed based on COMSOL.The simulated results of the UO_(2)–Zircaloy fuel performance under accident conditions were compared with those of the FRAPTRAN code and the experimental data to verify the correctness of the updated CAMPUS.Subsequently,multiphysics models of the UO_(2)–BeO fuel and composite SiC coated with Cr(SiC_(f)/SiC-Cr)cladding were implemented in CAMPUS.Finally,the fuel performance of the three types of fuel cladding systems under Loss of Coolant Accident(LOCA)and Reactivity Insertion Accident(RIA)conditions was evaluated and compared,including the temperature distribution,stress distribution,pressure evolution,and cladding failure time.The results showed that the fuel temperature of the UO_(2) fuel under accident conditions without pre-irradiation was lower after being combined with SiC_(f)/SiC-Cr cladding.Moreover,the centerline and outer surface temperatures of the UO_(2)–BeO fuel combined with SiC_(f)/SiC-Cr cladding reduced further under accident conditions.The cladding temperature increased after the combination with the SiC_(f)/SiC-Cr cladding under accident conditions with pre-irradiation.In addition,the use of SiC_(f)/SiC-Cr cladding significantly reduced the cladding hoop strain and plenum pressure.

Fe_3O_4/改性壳聚糖磁性微球对Hg^(2+)和UO_2^(2+)的吸附

利用反相悬浮分散法和聚乙二胺改性制备成Fe_3O_4/壳聚糖磁性微球(PEMCS)以提高其氨基含量。采用X射线衍射(XRD)、红外(IR)、热重分析(TGA)等对其进行了表征,考察PEMCS对Hg^(2+)和UO_2^(2+)的吸附性能。结果表明,其吸附剂粒径小(15—30μm),吸附速率快;当氨基含量6.47mmol/g、pH<3时可选择性分离Hg^(2+)和UO_2^(2+),因Hg^(2+)能与Cl-形成络阴离子(HgCl_3^-),以离子交换机理吸附,而UO_2^(2+)则不能。对Hg^(2+)与UO_2^(2+)的饱和吸附容量q_m(mmol/g)分别为2.19与1.38。动力学数据采用Lagergrent拟合,对Hg2+与UO_2^(2+)的吸附速率常数k_(ad)(min^(-1))分别为0.087和0.055。UO_2^(2+)和Hg^(2+)可用1mol/LH_2SO_4脱附,UO_2^(2+)还可用2mol/LHCl脱附,脱附率>90%。

UO_2、UC_2和UCO分子的结构和热力学性质

用密度泛函B3LYP方法,计算了UO_2、UC_2和UCO分子的结构和热力学函数,计算了固体U的振动内能Ev、振动和电子熵Sev,以及U在不同气氛(O2、C2、CO)中形成UO2、UC2和UCO晶体的ΔHf、ΔSf和ΔGf.结果表明,UO2晶体最稳定.

乙二胺改性壳聚糖磁性微球吸附Hg^(2+)和UO_2^(2+)

采用化学交联-种子溶胀法制得乙二胺改性壳聚糖磁性微球(EMCS),考察了其对水溶液中Hg2+和UO22+的吸附性能。结果表明,EMCS粒径为50-80μm,氧化铁质量分数(w)为16%,该吸附剂在pH<2.5时可选择性吸附Hg2+和UO22+,吸附容量随pH升高而增加;其吸附等温线用Langmuir方程拟合为:ceq/Qeq=0.440 5ceq/Qm+0.584 0(Hg2+,r=0.996 0),ceq/Qeq=0.525 6ceq/Qm+1.343 4(UO22+,r=0.990 6);饱和吸附容量Qm分别为2.27,1.90 mmol/g,高于磁性壳聚糖微球MCS和壳聚糖微球CS;其吸附动力学可用Lagerg-ren方程拟合为:lg(Qeq-Q)=0.361 2-0.015 5t(Hg2+,r=0.982 1),lg(Qeq-Q)=0.302 7-0.011 2t(UO22+,r=0.992 5);对Hg2+,UO22+的吸附速率常数(kad)分别为0.036,0.026 min-1;EMCS可用1 mol/LH2SO4再生,脱附率大于90%,有良好的重复使用性。

胶原-单宁树脂的制备及其对水溶液中UO_2^(2+)的吸附特性研究

以天然牛皮为原料,经胃蛋白酶处理制得水解胶原;通过胶原-黑荆树单宁-醛反应制备了胶原-单宁树脂(C-TR)吸附材料,并表征了材料的形貌,测定了材料的比表面积、热变形温度等性质。系统研究了C-TR对水溶液中UO22+的吸附特性。结果表明,C-TR对UO22+有较强的吸附能力。当温度为303K、pH=5.0、UO22+的初始浓度2.5mmol.L-1时,吸附容量达到1.49mmolU/g。升高温度,平衡吸附量增大。pH对吸附容量的影响较大,适宜的pH范围为5.0-6.0。C-TR对UO22+的吸附平衡符合Freundlich方程。吸附动力学可用拟二级速度方程来描述。C-TR对UO22+的吸附基本不受NaCl影响,该吸附材料可望用于海水中铀的富集和分离。

磁性氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的制备及其对UO_2^(2+)的吸附性能

以氧化石墨烯和壳聚糖为原料,1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为活化剂,超声法制备了磁性氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料(MCGO),并研究了其对水溶液中UO_2^(2+)的吸附性能。SEM、FT-IR和XRD分析结果表明,成功制得了MCGO,且负载的Fe_3O_4尺寸为nm级。在温度为288K、pH=5.5、UO_2^(2+)初始浓度为160 mg/L、吸附时间为1.5h时,MCGO吸附容量为266.67mg/g。对实验数据进行热力学和动力学模型拟合,结果表明,MCGO吸附行为符合Langmuir模型和准二级动力学模型,且吸附为吸热自发过程。MCGO第1次重复利用率高达98.47%,经过6次吸附-脱附后,重复利用率仍有74.43%,具有较好的重复利用性。

用全胶凝法生产HTR-10陶瓷UO_2燃料核芯

对用全胶凝法生产HTR-10临界量陶瓷UO2燃料核芯进行了系统的总结,给出了陶瓷UO2产品的检测结果:密度>98%理论密度,氧铀比=2.00,不圆度<1.05,直径=500±50μm,标准偏差<15μm,提供了主要工序的控制参数。通过对温度、水解速度、胶液铀浓度、脱碳速度、还原-烧结升温程序、气氛等的控制,使质量达到了HTR-10燃料元件的设计要求,为工业化生产奠定了基础。本文还就若干关键技术:溶胶的质量控制、多喷嘴均匀分散、三功能回转真空干燥机等进行了介绍。

电沉积LEU UO_2靶件生产医用^(99)Mo的工艺研究

^(99)Mo是一种重要的医用放射性同位素。采用低浓铀(LEU)靶件生产裂变^(99)Mo是发展趋势。本工作进行了电沉积UO_2靶件制备、靶件溶解以及99Mo化学分离等工艺研究,确定了电沉积LEU UO_2靶件制备医用裂变99Mo的工艺流程。研究表明,于不锈钢管内壁上电沉积UO_2,在p H=7、电流0.5~2 m A/cm2、温度75~90℃、镀液中U浓度5 mg/mL条件下,经过约210 h电沉积,不锈钢管内壁上UO_2沉积层质量达到42 mg/cm^2;采用6 mol/L HNO_3溶解UO_2镀层。采用α-安息香肟沉淀法实现^(99)Mo与大量裂变产物的初步分离,采用阴离子交换法与活性炭色层法联用实现99Mo的纯化;纯化后的99Mo溶液中,杂质^(131)I、^(90)Sr、^(95)Zr、^(103)Ru、^(238)U活度与^(99)Mo活度比值分别为4.47×10^(-6)%、7.40×10^(-7)%、8.67×10^(-7)%、2.57×10^(-6)%、1.69×10^(-14)%,均小于《欧洲药典》规定值,满足医用要求。本工作建立了电沉积LEU UO_2靶件生产高纯医用裂变99Mo的工艺流程,为今后采用LEU技术生产医用裂变99Mo,进而实现其自主规模化生产打下了基础。

罗丹明B试法鉴定UO_2^(2+)用N-烯丙基-N′-(对苯磺钠)硫脲掩蔽Fe^(3+)的干扰

以实验为基础 ,提出了用罗丹明 B试法鉴定 UO2 +2 时 ,用 N-烯丙基 - N′- (对苯磺酸钠 )硫脲掩蔽Fe3 +离子的干扰 .与传统的消除干扰的方法相比 ,具有条件容易控制 ,操作简便等优点 .

溶胶凝胶法制造UO_2燃料微球的流体力学计算

利用伯努利方程建立了在外胶凝工艺中喷嘴射流速度与压力罐液面高度、喷嘴射流速度与液面压强的关系式,并使用该关系式进行计算,结果表明:管道中整个流动过程是层流;液面高度对射流速度的影响非常小;由液面高度所造成的UO2微球直径的最大偏差远小于微球的控制偏差。

自辐射场下UO_2分子光谱研究

铀原子和氧原子分别使用相对论有效原子实势（Relativistic Effective Core Potential）和6-311＋G （d）基组,采用优选的密度泛函 B3P86方法,研究了铀本身产生自辐射场（-0.005～0.005 a.u.）作用下UO2基态分子的能隙Eg和谐振频率ν.结果表明：能隙Eg=2.0028 eV、1.9974 eV,接近实验值2.1 eV, UO2在自辐射场中具有半导体性质；反对称伸缩振动频率ν3（σg ）、弯曲振动频率ν2（πu ）和对称伸缩振动频率ν1（σg）与实验值776.1 cm-1、225.2 cm-1、765.4 cm-1基本吻合.

大晶粒UO_2燃料芯块堆内试验组件的研制

为了开发高性能的压水堆燃料,研制了大晶粒燃料芯块。试验燃料芯块具有高的235U富集度、小直径和大晶粒尺寸的特点。通过堆内辐照试验可以对不同制造工艺的燃料芯块进行评价和筛选,以便确定燃料制造工艺。为了在中国原子能科学研究院池式研究堆中随堆考验,设计了一种试验组件,包含四根双包壳的燃料棒。双包壳燃料棒是在外包壳内装入两根单包壳燃料棒。试验组件直接由反应堆一次循环水冷却,不设专门的冷却回路。试验组件上安装了多种堆芯测量传感器,包括燃料中心温度热电偶、自给能中子探测器和冷却剂出、入口温度热电偶,可以在线监测燃料试验参数。描述了大晶粒UO2燃料芯块的研制、试验燃料组件的研制和检验。

UO_2薄膜制备和光学常数及厚度测定

利用磁控溅射法制备了UO2薄膜,通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪及X射线衍射仪,对薄膜进行了分析和表征。利用反射光谱法测得了薄膜在400～1200nm波长范围内的反射率。通过对反射图谱进行数据拟合,得出UO2薄膜在450～950nm波长范围内的折射率为2.1～2.65,消光系数约0.51,厚度为637nm。

UO_2核芯制备过程中分散滴球喷嘴内流动均匀性模拟研究

运用计算流体动力学(CFD)方法模拟了UO2核芯颗粒制备过程中分散滴球步骤涉及的喷嘴腔体内部流场,特别对每个喷头出口的流量通量均匀性进行分析研究。系统考察实际生产过程中可能影响喷头流量通量均匀性的4种可能性因素:入流方向、喷孔的分布位置、喷孔的水平度和喷孔的大小。从模拟结果中可以发现,喷孔的大小是相对最关键因素,是导致颗粒尺寸不均匀的主要原因之一,在实际生产制作中要尤其关注喷头孔径的加工尺寸。流动方程理论验证了上述模拟结果的正确性。

掺钛UO_2微球烧结行为研究

采用溶胶-凝胶方法制备掺钛UO2微球,并通过金相显微镜、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）等观察掺钛微球的微观组织、气孔分布、晶粒大小、钛元素分布以及用水浸渍法测量其密度。实验结果表明：在一定烧结温度下,掺入少量钛可明显提高烧结性能。在实验条件下,最佳掺钛量为0.3%（质量分数）以内、烧结温度为1250~1350℃。研究了活化烧结机制,得出其物质迁移机制可能为加强阳离子扩散和剩余氧共同作用的结果;最后研究了钛元素的分布,除固溶于UO2微球外,其他钛氧化物以游离相粒子形式富集在晶界上。

UO 2粉末低温氧化表面改性研究

本工作研究探索UO2粉末的低温预氧化工艺。分别以10和20℃/min的升温速度,将UO2粉末于流动空气中加热至900℃进行热分析,试验观测到第1个放热峰温度为224.6和239.7℃,第2个放热峰温度为367.0和381.7℃。采用X射线衍射法分析了UO2粉末于240、382和815℃下氧化保温8 h后超化学计量铀氧化物UO2＋x的物相组成。结果表明：UO2粉末在100^120℃下失去吸附水;在240℃氧化8 h后,有极少量的U3O7生成,382和815℃下氧化8 h后有U3O8生成。欲实现UO2低温烧结,获得2.25的最佳O/U原子比,可将UO2粉末预氧化工艺温度控制在240^370℃之间。

制备致密UO_2核燃料芯核的外胶凝方法(Ⅰ)

文章研究了一种由UO_2(NO_3)_2溶液制备高温气冷核反应堆燃料芯核(φ200±20μm)的外胶凝方法,由UO_2(NO_3)_2、尿素、NH_4NO_3、水、聚乙烯醇、四氢糠醇、乙二醇组成的溶液,经振动喷咀分散成液滴后,先后在氨气和氨水中固化成微球。设计和控制几何因子、物理因子、极限流量、振动频率等四项参数,可获得均匀分散的胶滴。固化后的湿球经陈化、洗涤后即可缓慢干燥。此方法简单、湿球强度好。

UO_2^(2+)·nH_2O和PuO_2^(2+)·nH_2O(n=2,4,5,6)密度泛函理论研究

首先用密度泛函理论(DFT)方法研究了铀酰和钚酰离子的几何与电子结构,计算结果与实验基本符合,表明DFT方法也能用于含铀和钚重原子的化合物计算.然后对铀酰和钚酰水合离子的几何构型、Mulliken集居数分布以及铀酰(钚酰)与配体水分子的结合能进行计算,计算结果表明UO22+?5H2O和PuO22+?5H2O分别为铀酰和钚酰系列水合离子中最稳定的配合物.

新型羧酸类萃取剂仲壬基苯氧基乙酸萃取UO_2^(2+)的性能研究

研究了一种新型羧酸类萃取剂仲壬基苯氧基乙酸在硝酸体系中对铀(Ⅵ)的萃取性能及机制。考察酸度、萃取剂浓度等条件对萃取率的影响。试验发现,0.01 mol/L CA-100在pH 3.0~4.0之间萃取效果明显。pH为3.85时能够100%萃取铀。利用红外光谱分析了萃合物成键特性,证明COO—参与了配位,萃取反应机制为阳离子交换反应,并提出了酸性条件下萃取反应方程式。

UO_2C_2O_4·TRPO配合物中有机磷的测定

以H2 SO4 HNO3 H2 O2 作氧化剂 ,采用湿式灰化法将UO2 C2 O4 ·TRPO配合物中的有机磷氧化成磷酸盐 ,并在 0 14mol/LH2 SO4 介质中 ,以水溶性聚乙烯醇为稳定剂 ,用碱性染料乙基紫与磷钼杂多蓝形成较高灵敏度的离子缔合物 ,在波长 6 2 0nm处用分光光度法测定磷含量。结果表明 ,当溶液中质量比Rm(UO2 2 + /P)≤ 1 4× 10 3 ,Rm(C2 O4 2 - /P)≤ 8 8× 10 2 和Rm(C2 O2 2 - /P)≤ 3 6×10 4 (1次湿式灰化 )时 ,可在水相中直接显色测定磷。与聚乙烯醇 罗丹明B 磷钼杂多蓝测定磷的方法进行对照 ,结果符合良好。本法对有机磷转化为无机磷的平均转化率为 99 8%～ 10 1 1% ,磷的检测限为 0 0 2mg/L ,相对标准偏差为 3% ,回收率为 97%～ 10 3%