中国先进研究堆控制棒驱动机构定型样机试验验证

中国先进研究堆(CARR)是一座轻水冷却、重水慢化、反中子阱型多用途研究堆。该堆采用全封闭的可动线圈磁力连接控制棒驱动机构。在CARR原驱动机构和1#、2#改进型原理样机的基础上,设计了基于2.5 mm厚度密封筒的改进型驱动机构,加工了用于定型验证的定型样机,设计加工了相关的试验台架,对定型样机的性能进行了严格的试验验证。

中国先进研究堆(CARR)的设计特点和创新技术

中国先进研究堆(CARR)是一座多用途、高性能指标的研究堆。本文就其先进技术和设计理念的采用、系统设备的布局、运行模式的确定和应用等设计特点进行了归纳。这些设计特点,体现了CARR设计的先进性、安全性、经济性和创新性,是我国研究堆设计水平的具体体现。CARR的建成和投入运行,将成为中国原子能科学研究院的发展提供重要的科研平台。

中国先进研究堆稳态热工水力计算程序开发

针对中国先进研究堆(CARR)的具体特点开发了堆芯多通道热工水力计算程序ECARR。通过对全堆芯的数值模拟,得到了堆芯流量分配和非对称冷却条件下板状燃料元件的温度场,为进一步分析燃料元件的温差热应力等其它参数提供了所需数据。同时还对堆芯最热通道进行了热工水力计算及相应准则的判定。各参数符合CARR热工水力设计准则要求。

中国先进研究堆全堆芯流致振动及流量分配试验研究

由于设计和安全评价的需要,对中国先进研究堆(CARR)进行了1∶1全堆芯的流致振动和流量分配试验研究。文章分别介绍了流致振动和流量分配试验研究的技术路线、模型的设计、试验研究的内容、试验方法、试验结果分析和得到的结论等。试验中发现了结构设计的部分问题,设计方根据试验结果改进和优化了最终设计。试验验证了CARR堆内部件和堆芯的设计,为CARR工程通过安全审评提供了依据。

中国先进研究堆堆芯流量分配的数值模拟

应用计算流体力学软件CFX,采用多孔介质模型对中国先进研究堆(CARR)的堆芯流量分配进行了数值模拟。计算结果为试验验证提供理论依据。

中国先进研究堆(CARR)上的中子散射工程

中子散射技术利用中子不带电、穿透力极强、能直接鉴别核素、较之 X 射线对轻元素灵敏、具有磁矩和粒子、波动二重性等特点,使之成为一种独特的、从原子和分子尺度上研究各种物质结构和微观世界运动规律的高新技术。中国先进研究堆 (CARR)上的中子散射工程将充分利用中国先进研究堆为中子散射工程提供的高通量、具有冷中子源、切向水平孔道等有利条件,建造三台新谱仪,更新原有的五台谱仪,瞄准世界先进水平,建立起研究手段基本配套、基本上覆盖中子散射研究的主要领域、强调应用又具备必要的基础研究能力的中子散射设备,为生命科学、材料科学、物理、化学、地矿、环境等各种学科及工程技术方面的研究,为国防工业和国民经济的应用提供先进的中子散射技术。其最终目标是建立起符合我国国情、其综合研究能力与世界先进水平接轨的中子散射国家重点实验室,使之成为我国二十一世纪中子散射研究和应用的中心及人才培养基地。

中国先进研究堆稳态自然循环能力分析

针对中国先进研究堆(CARR)的结构和运行特点,开发了CARR自然循环能力计算程序,计算得到了不同池水温度条件下CARR自然循环能力,并分析了池水温度对CARR自然循环特性的影响:自然循环冷却剂流量随池水温度的升高而增大,但自然循环能力(带走的堆芯功率)随池水温度升高而降低。基于理论推导和程序计算结果,提出了一个适用于预测不同池水温度下CARR自然循环流量和堆芯功率的简单关系式,该关系式预测值与程序计算结果误差小于±10%。

中国先进研究堆堆芯流量分配计算

针对中国先进研究堆(CARR)正常运行强迫循环工况和自然循环工况下堆芯内冷却剂流动方向相反的特点,开发了堆芯流量分配计算程序。程序针对这两种运行工况进行了全堆芯的数值模拟,得出堆芯流量分配计算结果和非对称冷却条件下板状燃料元件的温度场。计算发现两种工况下堆芯内各通道的流量份额变化不大,表明流量分配主要取决于通道几何形状和尺寸,基本可以忽略功率分布不均的影响。

中国先进研究堆功率调节系统的仿真研究及优化设计

基于核电厂SimPort仿真平台构建了中国先进研究堆(CARR)功率调节系统仿真模型,利用该模型对CARR功率调节系统进行了瞬态仿真研究;针对CARR功率调节系统驱动机构的特点,研究了控制棒位移精度以及电磁线圈和衔铁位移延迟对系统稳定性的影响。综合考虑CARR系统的工艺要求和功率控制系统的功能及特点,得到了数字控制器的整定参数和控制棒驱动机构的稳定限值:数字控制器的采样周期T=100ms,比例增益KP=300;控制棒位移精度的稳定限值为0.4mm,电磁线圈和衔铁的稳定限值为6.0mm。

中国先进研究堆自然循环程序的开发及应用

针对中国先进研究堆(CARR)的具体结构以及自然循环建立的过程中冷却剂流动会发生逆转的特点,开发了自然循环瞬态计算程序.程序对CARR的低压运行系统以及自然循环建立过程中可能出现的流动状态以及换热形式进行了充分考虑.根据微分方程组刚性的强弱,计算中交替使用 Adams预测 校正法和Gear方法进行数值求解.通过计算发现:应急冷却系统的投入明显地降低了 CARR的冷却剂温度以及其他热工参数,更加有效地保证了 CARR 的安全运行.本程序可以作为 CARR 热工安全分析工具,并可为CARR停堆后各设备的运行方案提供理论分析基础.

中国先进研究堆安全设计

中国先进研究堆(CARR)是一座轻水冷却和慢化、重水反射的池内簟式研究堆。额定核功率为60MW。堆芯装载21盒燃料组件,芯体材料为U_3Si_2-Al_x弥散体,包壳材料为6061铝。CARR具有堆芯小、热流密度高和流速高等特点,使得CARR的安全设计难度很大。本文详细介绍了CARK设计中采取的安全措施,如ATWS缓解系统、足够大的主泵转动惯量、足够的自然循环能力和靠UPS供电的随堆运行的应急堆芯冷却系统等。事故分析结果表明,CARR具有很高的固有安全性,采取的安全措施是有效的。

中国先进研究堆备用柴油发电机组的抗震动力学分析

对10MW高温气冷堆(HTR-10)和中国先进研究堆(CARR)的SSE地震地表谱进行了比较,采用分析法与HTR-10备用柴油发电机组的抗震试验数据相结合的方法,对中国先进研究堆(CARR)的备用柴油发电机组进行了抗震动力学分析.由于两个堆所采用的备用柴油发电机组型号相同,HTR-10备用柴油发电机组的振动试验谱在局部不能包络CARR堆的地表谱,同时试验表明该柴油机组的非线性动力学特性较弱,因此首先建立了该柴油发电机组的复杂的有限元分析模型,通过对比模态分析的结果和试验的结果,保证了该模型的准确性,然后按照核安全规范要求,在该模型上施加CARR堆的地表谱,进行反应谱法抗震分析.这是国内首次独立用分析法完成的对这类设备的抗震检验,并得到了核安全部门的认可.同抗震试验法相比,本方法不但能够有效地验证CARR堆柴油发电机组的抗震性能,而且可以大大缩短工程进度、提高工程经济性.

中国先进研究堆间接中子照相方法的初步研究

中国先进研究堆(CARR)的建成为我国间接中子照相技术的发展及应用提供了重要的实验平台。本文基于CARR开展了间接中子照相方法的初步研究。首先利用蒙特卡罗方法计算分析了基于CARR开展间接中子照相测量的条件;然后根据这些条件,通过解析计算确定了间接成像两次曝光过程的实验参数;最后利用CARR的热中子孔道,以核燃料元件模拟件为样品进行了间接中子照相实验,并研究了间接中子照相成像数据的处理及分析方法。

中国先进研究堆水平孔道屏蔽设计优化研究

考虑辐射安全和经济性,对中国先进研究堆(CARR)的水平烫源孔道作了屏蔽设计优化研究。通过分步计算,克服了MCNP4C在计算粒子深穿透问题中的耗时、结果差的缺陷。再建立模型,将转门的屏蔽设计优化问题转化为屏蔽材料的组合优化问题。使用特征统计算法(CSA)结合ANISN程序,编写屏蔽设计优化程序。经过大量方案的筛选,很快找到了符合辐射安全、经济性和材料的机械特性的屏蔽设计优化方案optCH2;用MCNP4C程序计算了优化的方案,并与原方案做了比较。结果表明,optCH2方案的安全性能和经济性都比原方案提高很多。

中国先进研究堆中子散射谱仪建设现状和展望

中子具备不带电、穿透力强、可鉴别同位素、较之X射线对轻元素灵敏、具有磁矩等优点,因此中子散射技术作为一种独特的、从原子和分子尺度上研究物质结构和动态特性的表征手段,在多学科交叉领域发挥着不可替代的作用。中国先进研究堆(CARR)上的中子散射工程将充分利用该研究堆为中子散射工程提供的高通量、具有冷中子源、切向水平孔道等有利条件,预计一期将分别建造高分辨中子粉末衍射仪、中子反射谱仪、应力测量衍射谱仪、中子三轴谱仪、中子小角散射谱仪、中子四圆衍射仪、中子高强度粉末谱仪、中子织构测量仪、冷中子照相谱仪和热中子照相谱仪等10台谱仪及装置。瞄准世界先进水平,建立起研究手段配套、覆盖中子散射研究的主要领域、强调应用又具备必要的基础研究能力的中子散射设备,将为生命科学、材料科学、物理、化学、地矿、环境等各种学科及工程技术方面提供先进的中子散射技术。其最终目标是建立起符合我国国情、其综合研究能力与世界先进水平接轨的中子散射国家重点实验室,使之成为我国21世纪中子散射研究和应用的中心及人才培养基地,以期为我国国防工业和国民经济建设服务。

中国先进研究堆自然循环两相流动不稳定性分析

应用均相流模型对中国先进研究堆自然循环两相流动不稳定性进行数值分析计算,获得了自然循环不稳定性边界,分析了流量、压降、壁温、流体温度以及沸腾边界等参数在不稳定工况下的变化。研究结果为中国先进研究堆的安全运行和事故分析提供了重要参考。

中国先进研究堆停堆冷却措施及其主要特点

停堆后冷却问题是中国先进研究堆(CARR)重要的安全问题之一。冷却措施的实施对CARR的安全和建设投资有较重要的影响。CARR采用停堆初期的强迫循环及停堆后期全堆芯自然循环相结合的策略实现正常停堆和事故停堆后的堆芯冷却。停堆冷却的过程具体分为主泵大质量惯性飞轮惰转强迫冷却、应急堆芯冷却系统强迫冷却、自然循环功能部件动作实现全堆芯自然循环3个阶段。3个阶段既相互衔接又相互独立,每个阶段各有特点。停堆冷却策略的实施证明,CARR停堆冷却过程是可靠、有效、合理的,符合先进研究堆的发展趋势。

中国先进研究堆堵流事故分析

堵流事故是板状燃料研究堆发生概率相对较高的一种事故。本文进行CARR堵流事故分析时,假定额定功率运行下,1盒燃料组件的入口全部堵塞。用Relap5\Scdapsim\Mod3．2程序分析堵流事故时反应性、堆功率、压力、流量和温度等的变化,并分析发生堵流的标准燃料组件对周边燃料组件的影响。结果表明,发生堵流的燃料组件将烧毁,但不向相邻的组件扩展。CARR设计采取的安全措施可以把堵流事故后果控制在可接受范围之内。

中国先进研究堆(CARR)冷中子源装置设计

对中国在建的核功率为60 MW的中国先进研究堆中冷中子源系统的设计作了总体描述。该冷中子源采用液氢作为慢化剂,主要由两个分系统氢循环系统和氦制冷系统构成。氢循环系统中的冷包设计为带氦助冷通道的液氢层为月牙形的冷包。氢在连接冷包与氢氦换热器的单管内进行两相热虹吸循环。冷包材料和慢化剂氢的核发热通过氦制冷系统产生的冷氦带走,氦制冷系统采用带液氮预冷的逆布雷顿制冷循环。

中国先进研究堆应用及未来发展

中国先进研究堆(CARR)是我国21世纪建成的高性能的多用途研究堆,是开展中子物理基础研究与应用、反应堆燃料与材料辐照性能研究以及放射性同位素辐照研发的重要科学研究和实验应用平台。CARR采用反中子阱型结构设计,以提供充分的空间进行水平中子束流孔道和垂直辐照孔道布置,提高了实验研究和辐照考验综合能力,满足多用途的需要。本文概要介绍CARR实验应用设施、主要用途、辐照与实验应用能力,以及这一科学研究平台的综合利用能力提升规划与未来发展。