用于PB-HTGR燃料球运动规律研究的钴-60螺旋CT系统研发

在球床式高温气冷堆(PB-HTGR)中,球形燃料元件在堆芯中的流动特性是堆芯物理设计和几何设计的基础,球流运动规律的研究在发展球床式高温气冷堆技术中具有基础性的作用。目前还没有一种有效的手段检测燃料球在堆芯中的运动轨迹,有关球流运动规律的理论和实验研究尚不够完善。为了对燃料球在堆芯中的运动规律进行三维实验研究,清华大学核研院按实际堆芯结构等比例缩小设计了实验模型,通过检测目标球在模型中的运动轨迹,可以对不同工况下燃料球的运动规律进行模拟研究。为了满足目标球的检测要求,我们设计了钴-60多层螺旋CT检测方案,可以进行目标球的识别和轨迹追踪,验证实验结果表明该方案可以满足实验系统对目标球检测的要求。

高温气冷堆在线燃耗测量系统的设计考虑——燃料球的冷却时间对燃耗测量的影响

利用堆芯总量程序包KORIGEN和蒙特卡罗程序MCNP4A软件分别模拟计算燃料球的燃耗和高纯锗(HPGe)探测器的响应,研究球床式高温气冷堆的燃料球在不同燃耗和不同冷却时间等测量条件下的燃耗测量不确定性问题。通过HPGeγ谱仪对燃烧过的燃料元件进行模拟!谱结果分析,如果用裂变核素137Cs作为燃耗测量的标示核素,要使燃耗测量系统的计数统计不确定度达到5%水平,燃料球的冷却时间不能低于6d,且燃耗测量时间至少需要15s。

HTR-10燃料球和石墨球反应性当量测量实验

10MW高温气冷实验堆(HTR-10)是球床型反应堆,燃料元件的装卸和循环可不停堆,为了保证其安全运行,必须准确地知道燃料元件的装卸和循环过程可能引起的反应性变化,尤其是向堆芯装料时引入的反应性变化。HTR-10首次临界后对燃料球和石墨球的反应性价值进行了测量。本文介绍了燃料球和石墨球反应性当量刻度的方法,给出了初始装载堆芯和空气气氛下的燃料球和石墨球反应性当量实验测量结果。

高温气冷堆燃料球轨迹CT检测仿真研究与分析

为进一步研究高温气冷堆球流运动,清华大学核能与新能源技术研究院按照1∶5的比例,搭建10 MW高温气冷堆(HTR-10)三维模拟实验台架,采用多层螺旋CT研究燃料球在模拟堆芯中的运动规律,仿真燃料球为外观、质量一致的普通球和目标球。本文对CT球流检测过程进行了仿真,模拟了堆芯中目标球在不同时刻、不同位置的CT重建图像,对图像进行分析,寻找目标球并确定其横向坐标(x,y)和纵向坐标(z)。针对多目标球情况,建立了目标球匹配准则,匹配目标球用不同颜色(c)进行标识,最终完整还原了目标球的五维(x,y,z,t,c)历史运动轨迹信息并动态重现,本文对研究分析高温堆燃料球的行为特征具有重要的参考价值。

高温气冷堆新型燃料球传感器的设计

对高温气冷堆中燃料球运行情况的准确监测是保障反应堆安全可靠运行的关键。针对原有探测器的不足,利用穿透式涡流检测原理提出了新型对装式燃料球传感器。运用有限元方法建立了该传感器的电磁场数值计算模型,对传感器结构参数和检测参数进行了分析和优化设计。实验结果表明,该传感器过球信号信噪比高,对连续过球具有很好的分辨率,满足反应堆现场使用要求。

高温气冷堆的燃料球

一、前言 核反应堆内使用的核燃料,为三种放射性元素U235、U233和Pu239。U235是自然界存在的,占天然铀的0.7％,天然铀中绝大部分为U238。U233和Pu239在自然界不存在,它们是在核反应堆中生产出来的。在核反应堆中元素Th232吸收中子,转变为U233,而 U238吸收中子转变成Pu239,它们也可作核燃料。并且U235或Pu239均是制作原子弹的重要材料。但目前。

燃料球体积填充率对2MW先进高温堆物理特性的影响

在燃料装载量不变情况下,燃料球体积填充率的变化对于先进高温堆的堆芯物理特性有重要影响。我们运用蒙特卡罗程序MCNP 5对Keff、中子能谱及中子注量率的空间分布进行了研究。计算中,燃料球体积填充率取值范围在最密堆积和最稀堆积之间(0.7405–0.5236)。结果表明,燃料球体积填充率的增加可以提高堆芯的Keff,促使中子能谱更加硬化,使中子注量率峰值所在轴向的位置上升。从而为先进高温堆的设计和计算程序的开发提供理论基础。

高温堆核电站燃料球输送用氦气压缩机通过出厂验收

2011年12月20日，上海市科技小巨人企业上海鼓风机厂有限公司又一成果传出，承担设计制造的国家科技重大专项研发课题，高温气冷堆核电站燃料球输送用氦气压缩机经过72h连续运转试验达标后，圆满通过了清华大学核研院的型式试验的出厂验收。上海市核电办、清华大学、上海交通大学和上海发电设备成套设计研究院等领导、专家及行业人士共同见证了这一开心时刻。

高温气冷堆球形燃料元件精准控制的研究与应用

实施背景燃料装卸系统执行元件(燃料球或石墨球)装入和卸出功能,是高温气冷堆最为重要和复杂的系统之一。燃料装卸系统的安全稳定运行,直接决定了堆芯过渡循环阶段的效率和高温气冷堆的功率水平。在堆芯过渡循环阶段,存在需精准定向卸出石墨球和乏燃料的工况。在输送过程中,卸料必须单一送球进行石墨球复检并定向输送。

燃料微球生产过程中含铀废液铀含量快速测定

利用X射线荧光光谱仪,采用溶液法测定燃料微球生产过程中产生的不同基体含铀废液中微量铀的含量;对影响铀测定结果的激发电压、电流等因素进行了选择,对不同基体的影响进行了研究;通过精密度、回收率等对建立的方法进行了准确性验证;铀的测定范围为10~400 mg/L,方法的相对标准偏差小于(RSD,n=6)3%,回收率在102%~107%之间,方法简便快捷,满足核燃料微球生产过程中对含铀废液内微量铀分析准确性的要求。

应用QC方法提高掺杂燃料球的成品率

UO2燃料球是反应堆燃料元件的关键组成部分,通常要求燃料球球形度好,密度高、尺寸适中。燃料球的性能会极大影响反应堆堆芯的燃耗和寿命,因而被重点关注。采用传统的工艺方法制造出的燃料掺杂球的成品率较低,只有22%左右,极大的影响了燃料的生产制造,并增加了研制成本,因此急需提高掺杂燃料球成品率。为解决该问题,本单位员工自发成立了质量活动小组,遵循质量管理PDCA循环,通过每月一次的小组活动,应用QC方法对该问题分层次、分阶段进行了分析和讨论,进而改进了掺杂燃料球的制造工艺,提高了掺杂燃料球的成品率,极大节约了生产成本。

溶胶-凝胶法制造UO_2燃料微球振动频率选择

利用射流力学理论建立了最优振动频率关系式,并将它应用到了UO2燃料微球工艺中,最优频率的计算值与实验值较符合。分析了空气密度、胶液粘度、胶液表面张力和胶液密度对最优振动频率的影响。结果表明,空气密度对频率影响很小,最优振动频率随胶液粘度的增大而减小,随胶液表面张力和胶液密度的增大而增大。

瓷相磨片法测量高温气冷堆燃料微球包覆层的厚度

高温气冷堆对燃料微球各包覆层的厚度有严格的要求,测量包覆层厚度常用的方法是X—射线照相法,瓷相磨片法,光学颗粒尺寸分析仪法和V—型槽法。本报告报道了一种用瓷相磨片法测量包覆层厚度的测量过程,测量精度和测量结果。认为该方法适合于燃料微球生产过程中的在线测量。

预凝胶法碳热还原制备UO_2核燃料微球

本文采用一种新的凝胶方式结合碳热还原法制备UO_2核燃料微球。研究实现凝胶微球常温条件下的形成以及预凝胶液中的反应物炭黑无需使用表面活性剂即可实现均匀分散。采用包括zeta电位仪、纳米粒度仪等多种技术对产物表征,对预凝胶液中的炭黑分散机理和稳定性进行了研究。结果表明:预凝胶微粒与炭黑通过固有电性发生交错式结合而使得炭黑均匀分散。成功制备了密度大于90%理论密度的UO_2燃料微球。

制备致密UO_2微球的全胶凝方法

为了制备高温气冷反应堆用燃料芯核,致密UO_2微球,研究了一种新的溶胶-凝胶工艺.该流程具有经典的溶胶-凝胶工艺的优点,但克服了它们的缺点.已经知道,合理的配方设计和良好的干燥条件是克服破裂困难的关键因素.影响胶滴尺寸及其分布的控制因素是:极限流量、几何因子、物理因子和振动因子.微球干燥和焙烧参数的优化是依据热分析曲线来确定的.用SEM方法观察了热处理过程中的微观结构的变化.观察了真空烧结的重结晶现象.观察了UO_2·nH_2O的化学气相沉积.结果表明:晶粒大小随烧结温度增加而增加.本工艺适合于制备500μm直径的微球.其产率为90%.球度优于1.08.球径范围为470-530μm.1400-1450℃真空条件下的烧结密度范围为10.71-10.76 g/cm^3.

含铀共晶溶剂制备UO2燃料微球

通过将六水合硝酸铀酰(UNH)与尿素(urea)以1:4的摩尔比混合,得到了一种由二者形成的室温下为液态的共晶溶剂(1:4DES),并以之作为制备UO燃料微球的前驱体。含铀的共晶溶剂通过微流控系统分散成大小均一、尺寸可控的含铀微液滴球,之后使用氨水饱和的辛醇溶液作为固化介质,最终得到了固态的重铀酸铵(ADU)小球。实验过程中使用光学显微镜得到了固体微球的形貌特征,并借助拉曼光谱,分析了铀酰在不同阶段的化学状态,同时确定固体微球的成分为重铀酸铵。

球床高温气冷堆使用可燃毒物的方案探讨

为改善球床高温气冷堆在特定情况下功率分布的形状和峰值,可在燃料球内添加可燃毒物。本文分析两种可燃毒物的添加方式,燃料球石墨基体均匀添加可燃毒物和燃料球内添加可燃毒物颗粒。由于10B的强吸收性能,均匀添加可燃毒物的消耗速度过快,不易控制,而通过添加不同尺寸的可燃毒物颗粒可优化燃耗速度,有效改善堆芯功率分布的形状和峰值。

MCNP5在固态燃料熔盐堆功率分布计算的应用

采用蒙特卡罗输运程序MCNP5对固态燃料熔盐实验堆(TMSR-SF1)能量沉积比例及功率分布进行了计算分析。针对MCNP5不能处理缓发β及缓发γ的能量沉积问题进行了类比等效处理。对固态燃料熔盐实验堆在寿期初、寿期中、寿期末相应的能量沉积比例及功率分布进行了研究。通过计算发现,固态燃料熔盐实验堆内燃料球相比于压水堆棒状燃料元件(95%~97%左右)而言,能量沉积比例有所偏小,约为93%。同时,由于堆芯功率分布均匀,功率峰因子较小(约1.5),堆芯安全性较好。

基于CITATION-ORIGEN2球床堆平衡态计算程序的实现

基于确定论中子扩散软件CITATION和点燃耗软件ORIGEN2,编写了球床堆分析程序COBBLE,以实现指定燃料球加载策略下的球床堆平衡态燃耗计算。COBBLE程序采用谱区能谱修正方法,通过迭代求解得到球床堆堆芯平衡态参数。本文选取简化的球床模块高温气冷堆(PBMR)堆芯进行建模,计算其功率分布及燃耗分布,并使用基于蒙特卡罗方法的球床堆燃耗计算程序PBRE进行了验证与分析。结果表明,COBBLE程序适用于球床堆的平衡态燃耗计算。