铅基反应堆海洋核动力发展研究

铅基反应堆(铅基堆)核动力具有固有安全、小型轻量、长寿高效等突出优点,在先进海洋装备、无人潜航器、深海空间站的能源动力上应用前景广阔;在加快建设海洋强国的背景下,保障海洋能源供给成为重要的基础条件,开展铅基堆海洋核动力发展研究是推动我国海洋装备能源动力技术革新的关键内容。本文总结了海洋核动力的应用场景与发展需求,从技术特征、代表性应用、研制现状等方面系统梳理了铅基堆核动力的发展概况,凝练和剖析了包括核燃料与包壳材料、一回路关键设备、冷却剂工艺与氧测控、先进发电技术在内的铅基堆海洋核动力关键技术。立足国情研判了铅基堆海洋核动力面临的发展挑战,提出了低温铅基堆海洋核动力、高温高效铅基堆海洋核动力、一体化全自然循环铅基堆海洋核动力等可行技术路线。研究建议,强化前瞻性配套专项技术研发、加快部署装备示范工程,将铅基堆纳入重大能源战略、加快建设标准体系,设置国家级联合研发机构、构建科技创新和产业发展新模式,更好服务国家海洋战略并推动海洋核动力跨越式发展。

反应堆系统遇水下爆炸载荷环境与关键设备陆地冲击试验载荷匹配研究

船用反应堆系统的抗冲击性能是决定核安全的重要设计维度。在核安全审评活动中,对反应堆系统抗冲击的主要关注点有两项:能够表征实际条件下平台遭遇水下爆炸时反应堆系统与设备的冲击设计载荷;抗冲击的设计载荷与根据陆上抗冲击试验载荷的匹配问题。本文从上述两个问题出发,首先建立了反应堆系统遇水下爆炸冲击环境预报的计算手段,开发了基于国产有限元平台的载荷预报程序并进行了缩比模型的试验验证。应用该程序,对某型反应堆系统在考虑舱体、基座、筏架、重型设备耦合作用情况下的冲击载荷传递机理进行了仿真,获得了反应堆系统关键设备接口位置的冲击设计环境。此外,本文建立了中型摆锤冲击机的虚拟试验模型并进行了台架试验验证。应用虚拟试验技术对燃料组件设计-试验载荷环境匹配性进行研究,得到了能够匹配燃料组件设计载荷环境下的陆地冲击机试验参数设置。本文所述研究成果统一了核级设备抗冲击设计和试验的载荷环境,为后续产品研制中充分考虑实际条件下的冲击载荷提供了技术支撑。

用于水下航行器的铅铋堆S-CO_(2)循环发电系统热力学及动态特性分析

将铅铋堆与超临界二氧化碳(supercriticalcarbon dioxidecycle,S-CO_(2))循环相结合的发电系统可为水下航行器稳定、高效供能。然而,目前缺乏水下航行器与铅铋堆S-CO_(2)循环发电系统的匹配设计研究,其热力学分析仍不完善。因此,该文分别构建其热力学模型和动态模型,通过模拟仿真,开展发电系统与4种动力循环形式的匹配研究,发现简单回热循环与铅铋合金的温度匹配性较好,系统热效率在压缩机和透平入口压力分别为7.6和25MPa时达到26.81%,满足系统设计要求。进一步探讨循环关键运行参数对系统热力学性能的影响规律,结果表明,增大循环最高压力和最高温度有利于系统效率的提升。基于此,进行系统关键换热部件的设计,揭示发电系统在温度阶跃扰动条件下的动态响应特性。可知,当堆芯铅铋温度从410℃降至390℃时,循环效率在大约8s内下降1.69%。该文可为应用于水下航行器的铅铋堆超临界二氧化碳循环发电系统设计提供参考。

水下航行器燃烧反应器吸液芯设计方法研究

为解决无人水下航行器燃烧反应器的吸液芯设计难题,该文根据燃烧理论及毛细力学理论,提出了吸液芯的设计计算方法。通过仿真计算,研究了吸液芯结构参数与通过吸液芯的热流密度的关系。结果表明,吸液芯热流密度随丝网目数增加先增大后减小,Li液上升过程中黏性压损随丝网目数增加而增大,Li液上升的有效高度随吸液芯热流密度的增加而减小。该方法可为吸液芯设计提供参考,缩短试验进程。

水下制氢反应室动态过程数值分析

为研究水下制氢反应室的动态过程规律,基于化学反应动力学和单液滴运动学得到合金/水反应转化率,并在最小自由能法计算得到生成物各组分摩尔数的基础上利用质量守恒方程得到室内各物质质量变化规律。在建立非线性移动边界螺旋管动态模型的前提下,利用能量守恒方程得到室内热力参数变化规律,进而完成制氢反应室动态过程详尽模型的建立。利用该模型编写计算程序,完成某水下制氢反应室动态过程仿真。结果表明,各仿真曲线较好地反映了对应参数的动态变化规律,验证了模型建立与仿真的正确性;合金/水反应转化率决定了反应室的物质质量变化规律及其能量释放特性。该模型可以作为制氢反应室动态特性分析及其过程控制研究的基础模型。

水下制氧反应室动态过程数值分析

为研究水下制氧反应室动态过程规律,基于喷管原理得到氧气流出反应室的质量流量,利用质量守恒定律和能量守恒定律推导出室内物质质量、温度变化所满足的方程式,利用SHBWR状态方程考虑室内压力变化,建立了该反应室动态过程数学模型,并利用该模型编写计算程序,进行了不同制氧方案、不同制氧剂的反应室动态过程仿真。结果表明:各仿真曲线能够较好反映对应参数的动态变化规律,验证了所建立模型与仿真的正确性;与LiClO4相比,NaClO3更适合无冷却环节的水下异室制氧。该模型可以作为制氧反应室动态特性分析及其过程控制研究的基础模型。

脉冲反应堆压力容器内壁水下视频检查技术

本文描述了脉冲堆的特点及我国脉冲堆发展的历史,详细分析了压力容器内壁水下视频检查技术的相关要求,包括相关法规、检查技术、检查设备、专用试块、检查程序及结果处理的相关要求。脉冲堆是我国重要的研究堆之一,是我国核工业的重要组成部分,可靠的研究堆专用在役检查技术能够保障脉冲堆的安全运行,有利于我国核工业事业的健康发展。

水下航行器微型核电源堆芯设计

热管冷却反应堆因其体积小、功率密度高、使用寿命长、环境适应性强的特点,在飞行器、水下航行器动力系统等领域具有广泛的应用前景,具有重要研究意义。本文在调研国内外相关研究的基础上,针对水下航行器静默式微型核电源,提出了一种热功率2.4 MW、长寿命、低噪声的锂热管冷却堆芯设计方案。采用蒙特卡罗程序进行中子学计算,得到堆芯功率分布、反应性反馈与临界安全特性;采用MCNP5与点燃耗程序ORIGEN2的耦合程序MCORE计算堆芯寿期。结果表明,堆芯最大功率峰因子为1.42,堆芯寿期达到14a,堆芯参数符合设计要求,为该型核电源的设计与应用提供了一定的参考。

核电堆电火花加工机浮筏隔振特性分析

文章结合核电堆水下电火花加工时所用到的加工水泵需要隔振的要求,运用了3种方法来建立加工水泵浮筏隔振系统的动力学影响因素模型,3种方法为:结构导纳法、阻抗法、广义四断参数法,对浮筏隔振系统进行了数值仿真分析,在基于浮筏重量因素、刚度因素、阻尼因素的基础上,找出各因素对浮筏振动功率的影响规律,并提供浮筏结构设计时的重要参考准则。

核电站堆内构件水下维修专用测量工具开发及应用

核电站堆内构件由于在辐照环境下工作的特殊性,其故障后的维修必须在水下进行.使用先进的水下维修测量技术,对提高检修效率、保护人员安全有很大帮助.通过对堆内构件在役维修技术的研究,解决了远距离水下孔径、孔距、径向距离、间隙测量的问题,开发了多种新型水下测量工具.新型测量工具具有结构小巧、耐辐照、可远程操作、测量精度高的特点,且能够满足秦山一期核电站辐照监督管支架更换对水下测量应用的要求.

海绵城市河道水处理措施应用效果浅析

河道治理作为海绵城市建设中的重要内容之一,因其受季节变化、行洪排涝、内外源污染的影响而成为建设实施中的难点。而对其治理范围的有效选择,外因要素的合理把握,分析工具的科学使用将成为该项目能否成功实施和研究借鉴的基础和关键。本项目选择了污染程度较低、水力连通性较强的两条主城区内垂直交叉的二级河道作为研究对象。通过对该河道多年水质数据的筛选和分析,并针对其特点使用生物制剂与生物设施相结合的治理路线,有效地在该项目成功建设并运营实施一年后对此河道的水质进行了明显的改善和提升,并同时满足了其既定的水质标准的要求。这不仅为其他类似项目的建设提供了重要的参考依据,也为该地区海绵城市内容的系统性实施完善了必备的环节。

堆水池水下照明系统设计

堆水池水下照明系统主要为反应堆燃料组件及乏燃料组件的倒料、运输、贮存、检查等水下作业场所提供水下照明。堆水池水下照明系统按照各水下作业区域的照明要求,对满足水池标准照度要求所需灯具的数量和照明负荷功率进行计算,设计一种适合堆水池照明作业要求的水下照明系统。该系统针对水下照明灯的应用需求解决了MJTR堆水池的照明问题,提高了维护反应堆的安全性和堆水池的可视性。

堆内构件在役维修水下电火花成形装备关键技术研发

水下电火花加工技术是核电厂运行、维护、退役过程中切割、成形的关键技术之一,水下电火花加工的核心部件包括电极驱动系统和电气控制系统。研制了透明防水罩部件、电极驱动头部件和驱动头底座部件等电极驱动系统的关键部件,开发了加工控制系统和脉冲电源等电气控制系统。水下电火花加工装置经实验测试,其防水性能和加工性能均能满足工程要求。

新型兆瓦级紧凑核动力装置的非能动余热排出系统设计分析

热管堆具有结构简单、布局紧凑、固有安全性高的特点,是无人潜航器的理想堆型之一。针对采用热管堆的新型兆瓦级高效紧凑核动力装置,设计了一种利用自然循环冷却热管绝热段的非能动余热排出系统。使用计算流体力学方法对不同几何参数的余排系统的排热能力进行模拟分析,使其保守满足最大余排功率的需求。结果表明:热管管束周围设计围板导流有利于降低流体最高温度,围板进出口宽度几乎不影响换热能力,而延长围板下部不利于自然循环;3.5兆瓦热管堆的应急冷却舱轴向长度为160 mm时可以保守满足最大余排功率,并在5~25℃的环境温度下均可正常工作。

基于球坐标法的高精度激光测量技术在核电厂堆本体维修中的应用

反应堆本体维护是核电机组换料大修必须要做的重要工作。由于反应堆本体中设备结构复杂、尺寸较大、维修工期紧张、辐射剂量率高,缺陷的测量检查、水下维修工装的安装定位等非常困难,无法应用常规技术进行测量检查。本研究采用先进的基于球坐标法的高精度激光测量技术并结合柔性工装,可实现在大型空间内水下远距离的精确测量,并对测量数据进行趋势分析,得到出现偏差的原因,为机组大修提供可靠数据支持,从而保证高辐射环境水下维修工作的顺利开展,确保核电厂安全、可靠、稳定运行。

兆瓦级热管核反应堆屏蔽方案设计研究

无人潜航器需要高可靠、高功率、长寿命的电源,为此西安交通大学提出了兆瓦级热管核反应堆(Silent Unmanned Portable Reactor,UPR-s)设计方案。为保证舱体辐射安全,对UPR-s开展了屏蔽方案设计研究工作。首先,对整个系统及屏蔽体的布局进行初步设计,并分别计算了反应堆满功率运行和停堆情况下的源项参数;其次,给出几种备选屏蔽材料;接着,利用确定论中子-光子屏蔽计算软件NECP-Hydra分别针对初始模型布置选型、复合式屏蔽布置选型及阴影屏蔽布置方案等进行计算分析,主要对安全平面处的累计快中子注量、光子剂量,以及停堆后的源强进行了分析;最终,基于数值分析结果,提出了满足要求的屏蔽优化方案,其安全平面处的累积快中子注量、光子剂量、屏蔽重量等关键参数均满足设计限值。

新型海洋静默式热管反应堆的概念设计

本文提出一种能够提供100 kWe电功率的新型海洋静默式热管反应堆(NUSTER-100)电源系统,可为无人水下潜航器提供低噪音、长寿期的电力供应。该电源系统采用双层壳体布置,主要由反应堆堆芯、热管、屏蔽体、温差发电器热电转换系统和螺旋式余热排出系统等子系统组成。在反应堆堆芯中,UO;燃料棒、慢化棒和钠热管矩形排列布置,以及热管从堆芯双端伸出,其冷凝段与温差发电器相连,实现热电转换。