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Recent studies on potential accident-tolerant fuel-cladding systems in light water reactors 被引量:7
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作者 Sheng-Li Chen Xiu-Jie He Cen-Xi Yuan 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2020年第3期94-123,共30页
Accident-tolerant fuel(ATF)has attracted considerable research attention since the 2011 Fukushima nuclear disaster.To improve the accident tolerance of the fuel-cladding systems in the current light-water reactors,it ... Accident-tolerant fuel(ATF)has attracted considerable research attention since the 2011 Fukushima nuclear disaster.To improve the accident tolerance of the fuel-cladding systems in the current light-water reactors,it is proposed to develop and deploy(1)an enhanced Zrbased alloy or coated zircaloy for the fuel cladding,(2)alternative cladding materials with better accident tolerance,and(3)alternative fuels with enhanced accident tolerance and/or a higher U density.This review presents the features of the current UO2-zircaloy system.Different techniques and characters to develop coating materials and enhanced Zr-based alloys are summarized.The features of several selected alternative fuels and cladding materials are reviewed and discussed.The neutronic evaluations of alternative fuel-cladding systems are analyzed.It is expected that one or more types of ATF-cladding systems discussed in the present review will be implemented in commercial reactors. 展开更多
关键词 accident-tolerant fuel accident-tolerant cladding Light-water reactor Neutronic evaluation
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Neutronic analysis of silicon carbide cladding accident-tolerant fuel assemblies in pressurized water reactors 被引量:5
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作者 Zhi-Xiong Tan Jie-Jin Cai 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2019年第3期105-113,共9页
In resonance with the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident lesson, a novel fuel design to enhance safety regarding severe accident scenarios has become increasingly appreciated in the nuclear power industry.... In resonance with the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident lesson, a novel fuel design to enhance safety regarding severe accident scenarios has become increasingly appreciated in the nuclear power industry. This research focuses on analysis of the neutronic properties of a silicon carbide(SiC) cladding fuel assembly, which provides a greater safety margin as a type of accident-tolerant fuel for pressurized water reactors. The general physical performance of SiC cladding is explored to ascertain its neutronic performance. The neutron spectrum, accumulation of ^(239)Pu, physical characteristics,temperature reactivity coefficient, and power distribution are analyzed. Furthermore, the influences of a burnable poison rod and enrichment are explored. SiC cladding assemblies show a softer neutron spectrum and flatter power distribution than conventional Zr alloy cladding fuel assemblies. Lower enrichment fuel is required when SiC cladding is adopted. However, the positive reactivity coefficient associated with the SiC material remains to be offset. The results reveal that SiC cladding assemblies show broad agreement with the neutronic performance of conventional Zr alloy cladding fuel. In the meantime, its unique physical characteristics can lead to improved safety and economy. 展开更多
关键词 accident-tolerant fuels Silicon CARBIDE CLADDING NEUTRONIC characteristics Pressurized water reactor
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放电等离子烧结参数对U_(3)Si_(2)芯块力学和热学性能影响的研究
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作者 邹金钊 徐士专 +7 位作者 王鹏 曹长青 严超 朱智勇 林俊 尤䶮 卢俊强 朱丽兵 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期142-150,共9页
U_(3)Si_(2)是轻水堆中最具前景的事故容错核燃料之一,有望在未来取代UO2核燃料而被广泛使用。目前,采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)技术制备U_(3)Si_(2)芯块的研究已被广泛报道,但SPS参数对芯块性能的影响还尚不明确... U_(3)Si_(2)是轻水堆中最具前景的事故容错核燃料之一,有望在未来取代UO2核燃料而被广泛使用。目前,采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)技术制备U_(3)Si_(2)芯块的研究已被广泛报道,但SPS参数对芯块性能的影响还尚不明确。本文采用SPS技术制备了U_(3)Si_(2)芯块,并研究了不同烧结温度(1000~1300℃)和压力(30~90 MPa)对芯块的力学和热学性能的影响。利用激光导热仪测量了芯块的热扩散率,并计算出芯块的热导率。通过纳米压痕仪测量芯块的力学性能,包括硬度、杨氏模量和断裂韧性。研究结果表明:所制得的U_(3)Si_(2)芯块热导率在27~700℃范围内均呈现线性增加的趋势,并随着烧结温度和压力的升高而增大;芯块的硬度和杨氏模量随烧结温度升高而增大,且随着压力的升高呈现先增加后平缓的趋势,并在60 MPa趋于平缓;芯块的断裂韧性随烧结温度升高而降低,并随着烧结压力的升高而增大。基于上述结果,提出了优化的SPS参数。本研究将为高性能U_(3)Si_(2)燃料的制备提供参考。 展开更多
关键词 U_(3)Si_(2) 事故容错燃料 放电等离子烧结 热学性能 力学性能
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陶瓷基事故容错燃料的烧结技术研究进展
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作者 史斌斌 赵国梁 +3 位作者 段丽美 胡凤云 王志毅 白彬 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2024年第5期913-921,共9页
事故容错燃料(Accident Tolerant Fuel,ATF)自福岛核事件以来受到了广泛关注。以UO_(2)为代表的陶瓷基ATF因其高熔点、优异的抗辐照性能和化学稳定性等优势,是当前核燃料的研究主流。然而,陶瓷基ATF仍面临制备工艺复杂、成本较高等挑战... 事故容错燃料(Accident Tolerant Fuel,ATF)自福岛核事件以来受到了广泛关注。以UO_(2)为代表的陶瓷基ATF因其高熔点、优异的抗辐照性能和化学稳定性等优势,是当前核燃料的研究主流。然而,陶瓷基ATF仍面临制备工艺复杂、成本较高等挑战。研究人员采用放电等离子烧结、闪烧等新型烧结技术制备陶瓷基ATF,在缩短烧结时间、降低烧结温度方面获得了进展。通过对UO_(2)基、UN基、U_(3)Si_(2)基、UC基等几种典型的ATF的烧结技术进行了分析归纳,探讨了不同烧结技术的特点和发展前景,并对未来开发ATF进行了展望。 展开更多
关键词 事故容错燃料 新型烧结技术 传统真空烧结 放电等离子烧结 闪烧
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事故容错燃料包壳材料在水化学环境中的动水腐蚀试验
5
作者 童刚 王诗槐 +4 位作者 彭帆 卢冬华 王阔 严俊 薛佳祥 《腐蚀与防护》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期81-86,共6页
为了掌握事故容错燃料(ATF)包壳材料的耐动水腐蚀性能,搭建了专设台架以模拟堆芯部位的热工水力环境和水化学环境。针对普通Zr合金及涂覆Cr金属涂层的Zr合金、FeCrAl合金等ATF包壳候选材料在空管条件和内置电加热棒条件下分别开展动水... 为了掌握事故容错燃料(ATF)包壳材料的耐动水腐蚀性能,搭建了专设台架以模拟堆芯部位的热工水力环境和水化学环境。针对普通Zr合金及涂覆Cr金属涂层的Zr合金、FeCrAl合金等ATF包壳候选材料在空管条件和内置电加热棒条件下分别开展动水腐蚀试验。结果表明:这三种材料在水化学环境中经动水腐蚀28 d后表面均未产生明显的氧化膜,表明各材料均有较好的短期耐蚀性;与空管条件相比,在内置电加热棒条件下,Zr合金和涂覆Cr金属涂层的Zr合金表面的颗粒状氧化产物更密集,抗氧化性能更优;在空管条件和内置电加热棒条件下,涂覆Cr金属涂层的Zr合金相较于普通Zr合金具有更好的耐蚀性,但在内置电加热棒条件下,两种材料表面均检测到其他相,有待进一步研究。 展开更多
关键词 事故容错燃料(atf) 包壳材料 动水腐蚀 微观形貌
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耐事故燃料锆合金包壳MAX相材料Cr_(2)AlC涂层的研究进展
6
作者 秦梓铭 季晨龙 尹泓卜 《核安全》 2024年第1期88-94,共7页
MAX相材料是一种三元层状结构类金属陶瓷材料的碳/氮化物,兼具金属和陶瓷的优良性能,MAX相材料Cr_(2)AlC涂层材料因其优异的抗氧化性、耐腐蚀性和耐辐照性而具有应用于耐事故燃料锆合金包壳的潜力,本文综述了该领域MAX相材料Cr_(2)AlC... MAX相材料是一种三元层状结构类金属陶瓷材料的碳/氮化物,兼具金属和陶瓷的优良性能,MAX相材料Cr_(2)AlC涂层材料因其优异的抗氧化性、耐腐蚀性和耐辐照性而具有应用于耐事故燃料锆合金包壳的潜力,本文综述了该领域MAX相材料Cr_(2)AlC涂层材料的研究进展,总结了Cr_(2)AlC涂层材料的氧化行为、腐蚀行为、失效机制和改进方向的进展情况。调研表明,对涂层进行表面改性,如引入中间层和在其表面添加金属层等,可增强涂层的抗氧化和防腐蚀性能。本文通过对现有文献的调研,论述Cr_(2)AlC涂层的优点和弊端,为进一步在航天、化工、核工业等领域的工程应用提供参考。 展开更多
关键词 MAX相材料 Cr_(2)AlC 耐事故燃料 综述
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ATF包壳FeCrAl合金的析出行为研究
7
作者 王博 刘圣搏 王庆宇 《热加工工艺》 北大核心 2021年第16期1-7,12,共8页
概述了国内外关于FeCrAl合金在辐照条件下α’析出相的研究现状及其进展。介绍了辐照和退火条件下α’相的析出行为影响因素以及析出相的数密度、体积分数等物理特性的变化情况。提出了模拟及实验方法,综合比较了原子探针技术(APT)和小... 概述了国内外关于FeCrAl合金在辐照条件下α’析出相的研究现状及其进展。介绍了辐照和退火条件下α’相的析出行为影响因素以及析出相的数密度、体积分数等物理特性的变化情况。提出了模拟及实验方法,综合比较了原子探针技术(APT)和小角中子散射技术(SANS)两种显微组织分析方法的一致性和特异性。指出了目前FeCrAl合金辐照研究中离子和电子辐照条件的不足。 展开更多
关键词 事故容错燃料 FeCrAl合金 辐照析出行为 电子束辐照
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磁控溅射铬涂层锆合金包壳高温水蒸气氧化行为
8
作者 王栋 钟汝浩 +7 位作者 张亚培 郭超 徐浩德 余剑 蓝毅聪 苏光辉 秋穗正 田文喜 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期258-268,共11页
目的研究磁控溅射Cr涂层Zr-1Nb合金包壳在1100~1300℃水蒸气环境中的氧化行为,为制定核反应堆事故预防和管理提供依据。方法采用卧式管式炉开展高温氧化试验,通过分析天平测量试样增重,通过扫描电子显微镜观察形貌,通过X射线能谱仪分析... 目的研究磁控溅射Cr涂层Zr-1Nb合金包壳在1100~1300℃水蒸气环境中的氧化行为,为制定核反应堆事故预防和管理提供依据。方法采用卧式管式炉开展高温氧化试验,通过分析天平测量试样增重,通过扫描电子显微镜观察形貌,通过X射线能谱仪分析元素分布。结果氧化前Cr涂层结构致密,没有明显缺陷。氧化后包壳表面形成微观的鼓包、褶皱或裂纹。Cr涂层在1100℃和1200℃氧化3600 s后形成了Cr_(2)O_(3)-Cr-ZrCr2的三层结构。1200℃下,Zr沿Cr晶界扩散到达Cr_(2)O_(3)/Cr界面后将Cr_(2)O_(3)还原,引起局部Cr_(2)O_(3)厚度减小,Cr晶界中的Zr O2则构成了O扩散的短途通道。1300℃氧化1800 s和3600 s后,Cr涂层性能退化,生成外侧ZrO2层。在Zr基体氧含量饱和的过程中,Zr O2生长的抛物线常数kp增大。由于包壳内表面氧化使得β-Zr基体达到氧饱和,因此外侧kp迅速进入二次增大阶段,导致外侧ZrO2生长速度明显大于内侧。结论Cr涂层可以有效提高Zr包壳的抗氧化性能,但经历一定时长高温氧化后将出现性能退化。 展开更多
关键词 ZR合金 Cr涂层 事故容错燃料包壳 核反应堆事故 高温水蒸气 氧化动力学
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放电等离子烧结包覆颗粒弥散燃料芯块的性能研究
9
作者 刘伟 邵宗义 +3 位作者 刘文涛 孟莹 冯帅帅 蔡振方 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1810-1816,共7页
包覆颗粒弥散燃料是耐事故燃料研究的热点。采用放电等离子烧结制备包覆颗粒弥散燃料芯块,研究了烧结工艺对芯块性能的影响,并对芯块进行了物相检测、金相检测以及微观结构表征分析。研究发现,包覆颗粒弥散燃料芯块放电等离子烧结的最... 包覆颗粒弥散燃料是耐事故燃料研究的热点。采用放电等离子烧结制备包覆颗粒弥散燃料芯块,研究了烧结工艺对芯块性能的影响,并对芯块进行了物相检测、金相检测以及微观结构表征分析。研究发现,包覆颗粒弥散燃料芯块放电等离子烧结的最佳工艺为助烧剂添加量7%,在1850℃、45 MPa下保温15 min,芯块相对密度可达98.5%;烧结后芯块为纯β相,表明SPS快速烧结能够较好地控制物相转变;在最佳工艺条件下获得的芯块中未观察到芯块中TRISO颗粒出现明显接触的现象,TRISO颗粒整体完整性较好;热冲击试验中,芯块在一次热冲击后表面未出现贯穿的微裂纹,保持较好的完整性。综上,放电等离子烧结工艺可用于快速制备致密度高、无物相转变且抗热冲击性能良好的包覆颗粒弥散燃料芯块。 展开更多
关键词 耐事故燃料 包覆颗粒弥散燃料 放电等离子烧结
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采用第一性原理计算U3Si2核燃料的进展综述
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作者 王坤 乔英杰 +3 位作者 都时禹 王晓东 张一鸣 张晓红 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1060-1071,共12页
U_(3)Si_(2)核燃料因其具有较高的热导率以及良好的综合性能,已被预测为核反应堆先进燃料,是事故容错核燃料的候选材料。近年的研究结果表明,U_(3)Si_(2)较U3Si表现出更好的非晶化行为,具有更高研究价值。然而,有关U_(3)Si_(2)在第一性... U_(3)Si_(2)核燃料因其具有较高的热导率以及良好的综合性能,已被预测为核反应堆先进燃料,是事故容错核燃料的候选材料。近年的研究结果表明,U_(3)Si_(2)较U3Si表现出更好的非晶化行为,具有更高研究价值。然而,有关U_(3)Si_(2)在第一性原理计算方面工作的系统性综述较少。因此,本文通过总结近几年U-Si核燃料的理论计算工作,重点综述了U_(3)Si_(2)的晶体结构、电子结构、力学性质、抗氧化性质以及裂变产物行为在第一性原理计算方面的研究进展。可以发现,与其他核燃料相比,采用第一性原理计算U_(3)Si_(2)核燃料相对滞后且相关的物理化学数据短缺。本文可为进一步开发耐事故U_(3)Si_(2)核燃料提供重要参考。 展开更多
关键词 耐事故燃料 U-Si核燃料 非晶化行为 第一性原理 电子结构 力学性质 氧化行为 裂变产物行为
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高预充压对UN-FeCrAl燃料棒性能影响分析
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作者 何梁 张坤 +3 位作者 陈平 高士鑫 尹春雨 胡超 《科学技术创新》 2023年第17期18-22,共5页
本文采用FUPAC对高预充压设计下的UN-FeCrAl燃料棒在高燃耗下的性能进行了分析。分析结果表明,高预充压设计下可有效增大芯块-包壳间隙闭合时间,在稳态工况下可避免芯块-包壳发生接触,降低包壳发生PCI破损的风险,同时将导致燃料棒内压... 本文采用FUPAC对高预充压设计下的UN-FeCrAl燃料棒在高燃耗下的性能进行了分析。分析结果表明,高预充压设计下可有效增大芯块-包壳间隙闭合时间,在稳态工况下可避免芯块-包壳发生接触,降低包壳发生PCI破损的风险,同时将导致燃料棒内压相对较大,但得益于UN燃料芯块燃料温度较低的优点,其寿期末的燃料棒内压仍低于冷却剂压力,可满足燃料棒内压设计要求;此外,高预充压设计对燃料温度、裂变气体释放率的影响较小,并有利于降低包壳Mises应力和应变。 展开更多
关键词 耐事故燃料 UN燃料 FeCrAl包壳 高预充压
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耐事故核燃料包壳涂层强度研究进展 被引量:2
12
作者 蒋季伸 马显锋 +5 位作者 王帅 翟海林 吴明杰 钟景宇 陈鑫晨 张文杰 《材料研究与应用》 CAS 2023年第5期923-941,共19页
耐事故燃料包壳涂层技术是新一代核燃料系统提升事故能力的主流方案之一,具备近年内投入应用的可行性。强度是耐事故涂层包壳性能考核的重要指标,深入研究耐事故涂层包壳力学性能及失效机理对耐事故涂层的设计、制备及安全准则的建立具... 耐事故燃料包壳涂层技术是新一代核燃料系统提升事故能力的主流方案之一,具备近年内投入应用的可行性。强度是耐事故涂层包壳性能考核的重要指标,深入研究耐事故涂层包壳力学性能及失效机理对耐事故涂层的设计、制备及安全准则的建立具有重要意义。重点介绍了近年来国内外研究团队及本课题组在耐事故涂层包壳强度研究方面的前沿工作,如耐事故涂层包壳力学性能与失效机理、涂层包壳力学性能原位测试技术与模型、高温服役工况及严重事故工况下耐事故涂层包壳的强度等。 展开更多
关键词 耐事故燃料 涂层 锆合金包壳 强度 失效机理
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耐事故燃料包壳材料FeCrAl合金耐腐蚀性能研究 被引量:1
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作者 尹泓卜 胡述伟 +6 位作者 黄莫一杰 邱玺 赵艳丽 廖楠 杨青峰 刘仕超 高士鑫 《核安全》 2023年第6期80-86,共7页
随着ATF研究的深入及新材料的研发,FeCrAl由于具有高强度、优异的变形能力和抗高温氧化性能而备受瞩目。FeCrAl包壳的耐腐蚀性能直接影响到燃料芯块的安全和性能。为此,本文从其腐蚀行为机理出发,通过对氧化动力学、腐蚀过程及影响因素... 随着ATF研究的深入及新材料的研发,FeCrAl由于具有高强度、优异的变形能力和抗高温氧化性能而备受瞩目。FeCrAl包壳的耐腐蚀性能直接影响到燃料芯块的安全和性能。为此,本文从其腐蚀行为机理出发,通过对氧化动力学、腐蚀过程及影响因素对其腐蚀行为进行分析,以期为FeCrAl在轻水堆的腐蚀研究提供参考。研究结果表明,FeCrAl合金中Cr元素和Al元素的抗腐蚀机制有差异,在不同氧化介质、不同温度下,FeCrAl合金的腐蚀是复杂的,伴随着不同成分、形态的单层或多层氧化物生成。 展开更多
关键词 耐事故燃料 包壳 FECRAL 腐蚀性能
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Cr和Y对Fe-Cr-Al合金在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中长期腐蚀行为的影响
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作者 张杰 戴学峰 +3 位作者 林晓冬 张文怀 孙蓉蓉 姚美意 《上海金属》 CAS 2023年第4期30-37,44,共9页
Fe-Cr-Al合金因具有适中的热中子吸收截面、较好的抗辐照性能和优良的抗高温氧化性能等优点,成为事故容错燃料包壳的候选材料之一。熔炼制备了低Cr(Fe-12Cr-5Al、Fe-12Cr-5Al-0.01Y)和高Cr(Fe-20Cr-5Al、Fe-20Cr-5Al-0.01Y)的Fe-Cr-Al合... Fe-Cr-Al合金因具有适中的热中子吸收截面、较好的抗辐照性能和优良的抗高温氧化性能等优点,成为事故容错燃料包壳的候选材料之一。熔炼制备了低Cr(Fe-12Cr-5Al、Fe-12Cr-5Al-0.01Y)和高Cr(Fe-20Cr-5Al、Fe-20Cr-5Al-0.01Y)的Fe-Cr-Al合金,采用静态高压釜研究了4种合金在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中长达2000 h的腐蚀行为。采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜分析了合金和氧化膜的显微组织。结果表明:Cr含量的增加使合金晶粒细化,添加微量Y可以细化低Cr合金晶粒。在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀时,提高Cr含量可以明显降低Fe-Cr-Al合金的腐蚀增重速率;添加质量分数0.01%的Y可适当降低低Cr合金的腐蚀增重速率,但对高Cr合金的腐蚀增重速率影响并不明显。低Cr合金腐蚀形成的氧化膜为3层结构,从外到内依次为Fe_(3)O_(4)、Fe-Cr-Al的尖晶石氧化物、富Fe的内氧化过渡区;高Cr合金的氧化膜为两层结构,由外层Fe_(3)O_(4)和内层Fe-Cr-Al的尖晶石氧化物组成。提高Cr含量可抑制内氧化的发生以及外层Fe_(3)O_(4)的生成,添加微量Y对Fe-12Cr-5Al和Fe-20Cr-5Al合金氧化膜特性的影响不明显。 展开更多
关键词 事故容错燃料 FE-CR-AL合金 过热蒸汽 腐蚀行为 显微组织
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Temperature-dependent thermal conductivity and fuel performance of UN-UO_(2) and UN-X-UO_(2)(X=Mo,W)composite nuclear fuels by finite element modeling
15
作者 Faris Sweidan Diogo Ribeiro Costa +1 位作者 Huan Liu Pär Olsson 《Journal of Materiomics》 SCIE CSCD 2024年第4期937-946,共10页
The temperature-dependent effective thermal conductivity of UN-X-UO_(2)(X=Mo,W)nuclear fuel composite was estimated.Following the experimental design,the thermal conductivity was calculated using Finite Element Modeli... The temperature-dependent effective thermal conductivity of UN-X-UO_(2)(X=Mo,W)nuclear fuel composite was estimated.Following the experimental design,the thermal conductivity was calculated using Finite Element Modeling(FEM),and compared with analytical models for 10%,30%,50%,and 70%(in mass)uncoated/coated UN microspheres in a UO2 matrix.The FEM results show an increase in the fuel thermal conductivity as the mass fraction of the UN microspheres increases from 1.2 to 4.6 times the UO2 reference at 2,000 K.The results from analytical models agree with the thermal conductivity estimated by FEM.The results also show that Mo and W coatings have similar thermal behaviors,and the coating thickness influences the thermal conductivity of the composite.At higher weight fractions,the thermal conductivity of the fuel composite at room temperature is substantially influenced by the high thermal conductivity coatings approaching that of UN.Thereafter,the thermal conductivity from FEM was used in the fuel thermal performance evaluation during LWR normal operation to calculate the maximum centerline temperature.The results show a significant decrease in the fuel maximum centerline temperature ranging from−94 K for 10% UN to−414 K for 70%(in mass)UN compared to UO2 under the same operating conditions. 展开更多
关键词 accident tolerant fuel UN-X-UO_(2) Composite nuclear fuel Thermal conductivity Finite element modeling Thermal performance
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耐事故燃料包壳用FeCrAl不锈钢的研究进展 被引量:21
16
作者 周军 邱绍宇 +2 位作者 杜沛南 孙永铎 王辉 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第A02期47-51,共5页
3.11日本福岛核事故后,国内外围绕提高核燃料元件的事故包容能力和固有安全性课题开展了大量的耐事故燃料(ATF)的研发工作,其中性能更先进的包壳材料是ATF研究的前沿和难点。Fe Cr Al合金优良的高温性能结合管材制备工艺的技术成熟度和... 3.11日本福岛核事故后,国内外围绕提高核燃料元件的事故包容能力和固有安全性课题开展了大量的耐事故燃料(ATF)的研发工作,其中性能更先进的包壳材料是ATF研究的前沿和难点。Fe Cr Al合金优良的高温性能结合管材制备工艺的技术成熟度和经济性,促使该合金包壳成为近期ATF包壳研发的首选目标。简介了国外在ATF包壳候选材料的筛选和Fe Cr Al不锈钢上的研究进展,综述了ATF包壳用Fe Cr Al不锈钢高温蒸汽氧化性能、力学性能、中子辐照性能和应力腐蚀性能等方面的研究现状,指出了Fe Cr Al包壳研制和工程应用等方面需突破的关键技术和研究方向,其中成分优化控制及制备工艺、中子辐照性能和应力腐蚀性能等工程应用的评价是未来研究的重点和难点。 展开更多
关键词 耐事故燃料 FECRAL 高温蒸汽氧化性能 力学性能 中子辐照性能 应力腐蚀裂纹
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核电耐事故锆包壳表面涂层研究进展 被引量:6
17
作者 杨红艳 陈寰 +3 位作者 张瑞谦 韦天国 邱绍宇 彭小明 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期87-97,共11页
锆合金表面涂层作为一种短期内最易于实现商业化工程应用的耐事故包壳材料,已成为国际上新型核电燃料元件研发的热点。综述了近年锆包壳表面涂层研究已取得的重要研究成果。阐述了锆合金表面涂层材料的发展,包括MAX相、Cr系、陶瓷和FeC... 锆合金表面涂层作为一种短期内最易于实现商业化工程应用的耐事故包壳材料,已成为国际上新型核电燃料元件研发的热点。综述了近年锆包壳表面涂层研究已取得的重要研究成果。阐述了锆合金表面涂层材料的发展,包括MAX相、Cr系、陶瓷和FeCrAl合金等,重点分析了金属Cr因易于获得高质量涂层,且具有优异的耐腐蚀、耐高温氧化等性能,成为耐事故锆包壳表面涂层的首选材料。讨论了锆合金表面Cr涂层沉积技术的发展,包括物理气相沉积法、冷喷涂、激光熔覆和等离子喷涂等,着重分析了不同的科研机构均形成了各自的涂层锆管研发路线。评价了锆包壳表面Cr涂层的关键应用性能,重点分析了高温氧化–脆化、腐蚀、环压、磨损以及高温爆破等条件下的表面涂层效应。水蒸气环境中表面Cr涂层可有效阻止氧元素向锆基体的扩散,高温氧化–淬火后锆基体内残留了大量β–Zr相,涂层锆管仍具有一定的残余塑性;小变形工况下表面Cr涂层与锆基体间具有良好的膜基协同变形能力;Cr涂层对锆管基体具有一定的表面强化效应,一定程度上可改善涂层锆管的高温爆破性能;堆内辐照后Cr–Zr界面成分、微结构稳定性良好,21%环向肿胀后表面Cr涂层依然未剥落。最后,总结与展望了锆包壳表面Cr涂层的科研成果与研究方向。 展开更多
关键词 耐事故包壳 Cr涂层 沉积技术 性能评价
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典型事故容错轻水堆燃料包壳候选材料SiC_f/SiC复合材料和Mo合金的研究进展 被引量:17
18
作者 程亮 张鹏程 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第13期2161-2166,共6页
轻水堆是当前核电站应用最为广泛的堆型,其包壳材料均为锆合金。然而,福岛严重核事故的突发,使锆合金包壳的安全性受到质疑,事故容错燃料及其包壳候选材料被提上研究议程。本文综述了轻水堆用SiC_f/SiC复合材料和Mo合金包壳候选材料的... 轻水堆是当前核电站应用最为广泛的堆型,其包壳材料均为锆合金。然而,福岛严重核事故的突发,使锆合金包壳的安全性受到质疑,事故容错燃料及其包壳候选材料被提上研究议程。本文综述了轻水堆用SiC_f/SiC复合材料和Mo合金包壳候选材料的研究进展,以及它们在轻水堆工况下的性能评估,指出实际工程应用所面临的挑战。最后展望了SiC_f/SiC复合材料和Mo合金在核燃料包壳中的应用前景。 展开更多
关键词 轻水堆 包壳材料 事故容错燃料 SICF/SIC 钼合金
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事故容错燃料包壳和芯块材料中子学分析 被引量:2
19
作者 潘昕怿 兰兵 +3 位作者 贾斌 李铁萍 韩向臻 张春明 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2016年第9期958-961,965,共5页
分别使用SCALE软件包和两种近似方法进行组件和堆芯中子学分析,进而对SiC、先进铁合金和钼等事故容错包壳材料以及U_3Si_2、U^(15)N和U-Mo等芯块材料进行中子经济性评价。结果表明:除了SiC外,金属包壳均有显著的中子惩罚,需通过提高燃... 分别使用SCALE软件包和两种近似方法进行组件和堆芯中子学分析,进而对SiC、先进铁合金和钼等事故容错包壳材料以及U_3Si_2、U^(15)N和U-Mo等芯块材料进行中子经济性评价。结果表明:除了SiC外,金属包壳均有显著的中子惩罚,需通过提高燃料富集度或减少包壳厚度进行补偿;高密度芯块如U_3Si_2通常能够提高中子经济性,但由于过高的^(238)U含量,U^(15)N无明显经济性优势。 展开更多
关键词 事故容错燃料 中子经济性 包壳 芯块
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耐事故燃料双重非均匀性RPT方法研究 被引量:2
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作者 娄磊 姚栋 +7 位作者 柴晓明 于颖锐 王连杰 彭星杰 王晨琳 谢运利 刘勇 肖鹏 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期20-24,共5页
采用体积均匀化方法计算含有弥散燃料或弥散可燃毒物的双重非均匀性的系统会带来一定的计算偏差。传统反应性等效物理变换方法(Reactivity-equivalent Physical Transformation,RPT)可以用来处理弥散燃料以及吸收截面随燃耗变化不剧烈... 采用体积均匀化方法计算含有弥散燃料或弥散可燃毒物的双重非均匀性的系统会带来一定的计算偏差。传统反应性等效物理变换方法(Reactivity-equivalent Physical Transformation,RPT)可以用来处理弥散燃料以及吸收截面随燃耗变化不剧烈的可燃毒物,但对于硼等吸收截面随燃耗变化剧烈的可燃毒物,传统RPT方法也会带来较大的计算偏差。本文对新型RPT方法进行了初步探索,使其不仅适用于传统RPT方法适用的弥散燃料和弥散可燃毒物类型,也适用于硼等吸收截面随燃耗变化相对剧烈的可燃毒物,为RPT方法的扩展和应用提供思路和借鉴。 展开更多
关键词 耐事故燃料 双重非均匀性 传统RPT方法 新型RPT方法
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