压水堆乏燃料单棒冷却液膜流动特性实验研究

为避免在极端事故工况下,乏燃料水池会长期失去补水和冷却,第3代核电站如AP1000和CAP1400,引入了喷淋冷却系统。在喷淋条件下,乏燃料棒上液膜流动特性是影响冷却效果的重要因素,国内外学者还未对其做过详细的研究。本文使用光学法研究了在不同雷诺数(Re)条件下,对单根乏燃料棒进行喷淋冷却所形成的液膜厚度随时间和空间的变化。利用CCD相机采集液膜图像,并经过处理得到了清晰的液膜厚度图像和与图像吻合良好的数据。实验结果表明:当Re为608~7538时,瞬态液膜厚度最大值出现在Re=7085的条件下,其值为2.36 mm;随着Re的增加,时均液膜厚度会随之增加,并且液膜波动的振幅也会随之增加;在沿棒方向上,随着距棒顶距离的增加,液膜厚度会逐渐减小并趋于平稳,并且随着Re的增加,平稳部分会出现在距棒顶更远的位置。对乏燃料单棒冷却液膜流动特性的研究,为确定具有有效冷却能力的最小喷淋流量奠定了基础。

镎在北山地下水中的溶解行为分析

237 Np是高放废物地质处置库安全评价中的关键核素之一，其环境化学行为受到人们的重视。本工作利用化学种态分析软件CHEMSPEC计算了Np在北山地下水中的溶解度，并研究了氧化还原电位Eh值、pH值、总碳酸根离子浓度等对溶解度的影响。结果表明，Np的溶解度范围为8.19×10－8～3.29×10^-3 mol／L。Eh值对溶解度的影响最为显著。当Eh＝0.089 V或更小时，Np的沉淀为NpO2，溶解度较小；当Eh＝0.346 V或更大时，Np的沉淀为NaNpO2CO3或NpO2OH ，溶解度较大。Np的溶解度随pH值的变化趋势与其沉淀形式密切相关。当pH＝7.25时，对于NpO2和NpO2OH沉淀，增加总碳酸根离子浓度使得Np的溶解度增加；对于NaNpO2 CO3沉淀，增加总碳酸根离子的浓度会使 Np的溶解度降低。

AP1000安全壳流动循环与热分层一维模型分析

非能动安全壳冷却系统是先进大型压水堆AP1000核电厂的重要安全系统之一,该系统利用安全壳内及安全壳外空气流道中的自然循环过程将安全壳内的热量带至环境中,大空间内的循环与热分层现象对安全壳内的传热及流动特性具有重要影响。本文基于热分层理论,针对钢制安全壳内、外的自然循环过程,建立一维计算模型,在提高计算效率的基础上,得到安全壳内的温度分布,并与三维模型的计算结果进行了对比,验证了模型的合理性;同时得到了安全壳内压力及组分的分布。

氢氦在钨中的影响的第一性原理研究

采用PBE形式的广义梯度近似(GGA)的第一性原理计算方法研究了氢或氦在钨中产生点缺陷的形成能以及缺陷形成后对钨的弹性的影响;采用同样的方法研究了空位和自间隙原子这两种缺陷。经计算发现:氢氦掺杂在钨的晶体结构中会引起晶体体积的变化,其变化结果跟掺杂的位置有关,在四面体或八面体处的掺杂会使晶体体积增加,替位掺杂会引起晶体体积减小;从形成能来看,氢掺杂在钨中最占优的位置是四面体处,而氦最占优的则是替位掺杂。在几种缺陷中,形成能最小的是氢的四面体掺杂,形成能最大的则是钨的自间隙原子形成;钨中若含有氢或氦的点缺陷,晶体的体弹模量和剪切模量会发生改变,当钨中含有氢替位或自间隙原子时晶体会向塑性改变,含有其他点缺陷时晶体会沿着脆性方向转变。但总体来说带有缺陷的钨仍然具有延展性。值得注意的是,氢或氦在钨中会引起晶体的各向异性,其具体结果与缺陷所处位置相关,只有缺陷属于替位时才不会发生各向异性。本文的研究工作可为第一壁材料的开发提供理论参考。

MCNP与GEANT4应用于随钻方位伽马测井仪探测性能对比

MCNP作为一款通用粒子输运模拟软件,常用于核测井仪器开发过程中。但MCNP在使用过程中其建模方法在某些情况下略显复杂或难以实现,在中国也难以获取授权,因此,需要寻找另外的蒙特卡罗模拟软件作为补充。GEANT4是一款采用面向对象技术构建的蒙特卡罗程序包,在核测井领域还没有得到广泛使用。采用GEANT4和MCNP建立随钻方位伽马测井仪器模型进行模拟,分别测量反映仪器性能指标的几个响应特征并对测量结果进行对比。对比分析表明,GEANT4的模拟计数结果和输出能谱与MCNP均符合较好,仪器性能结果分析基本一致,证明将GEANT4应用到核测井领域是可行的。

喷淋冷却条件下压水堆乏燃料换热特性研究

AP1000核电站首次设置了乏燃料喷淋冷却系统来防止极端事故下放射性物质的大量释放。针对喷淋冷却条件下乏燃料棒外下降液膜流动及换热特点,本文建立了乏燃料过冷液膜和饱和液膜下的换热模型,并形成Matlab软件计算乏燃料喷淋冷却的热工参数,最后对比分析不同喷淋流量下液膜厚度、液膜温度、液膜换热系数及包壳壁面温度的空间变化特性,并获得不同热流密度下乏燃料组件所需的最小喷淋流量。

常见软饮料中总α、总β放射性水平调查

目的调查常见软饮料中总α、总β放射性水平,为核应急时的食物与饮用水控制积累经验。方法将饮料样品蒸发浓缩、炭化、灰化,制成粉末源,利用低本底α/β检测仪测量其放射性水平。结果所检测的饮料中总α比活度范围为0.004-0.198 Bq/L,总β比活度范围为0.043-6.212 Bq/L。结论所检测的饮料是安全的,较高的总β比活度来源于饮料中含钾元素的添加剂。

连续碳纤维增强碳化硅的辐照效应

连续碳纤维增强碳化硅材料除了具有碳化硅材料固有的低中子活化性能,低衰变热性能和低氚渗透性能等优点以外,还具有密度低、线性膨胀系数小、高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化、抗蠕变、抗热震、耐化学腐蚀、耐盐雾、优良的电磁波吸收特性等一系列优异性能,是各类核工程重要的潜在候选材料。在核聚变工程应用领域,连续碳纤维增强碳化硅材料作为第一壁材料不可避免地会受到各种辐射粒子的影响。研究清楚这些辐射粒子对它的辐照效应对其在核工程领域的安全使用至关重要。采用蒙特卡罗方法与分子动力学方法进行模拟计算,研究了氕、氘、氚和氦四种粒子对连续碳纤维增强碳化硅的辐照效应。SRIM和LAMMPS计算结果表明:当入射原子能量为100 e V,连续碳纤维增强碳化硅中碳的浓度在80%～85%时,氕、氘、氚和氦原子的溅射率存在最小值;入射粒子的种类对溅射率的影响显著,氦原子的溅射率大于氘原子和氚原子,而氘原子和氚原子的溅射率相差不大但均显著大于氕原子;溅射率随入射能量的增加先迅速增加后逐渐减小,氕、氘、氚和氦原子入射能量分别在200,400,600和800 e V时存在溅射率最大值;当氦原子入射能量为100 e V时,溅射率随入射角度的增加而逐渐减少。这些结果对连续碳纤维增强碳化硅材料在核工程上的应用具有一定的参考意义。

过渡金属锆铁对钨中氢氦行为的影响

钨被广泛地认为是最具潜力的面向等离子体材料。钨在聚变堆中的服役过程中,会受到强束低能的氢氦粒子流的影响,其结果是钨的性能下降。本工作通过第一性原理计算的方法研究了过渡金属锆铁对钨中氢氦行为的影响。研究结果表明,锆或铁的掺入会使钨的机械强度降低,延展性增加;锆铁的掺入不会改变氢氦在钨中的最佳占位,但是它们对氢氦在钨中的稳定性有一定影响;锆和铁对钨中氢氦的捕获作用存在一个最佳作用半径;铁原子在短距离(<3.626?A)时对氦有捕获作用,在长距离(>3.626?A)时存在排斥作用,而锆对钨中氢氦均具有捕获作用;钨中氢表现为亲电子的性质,而氦表现出疏电子的特性。总体上讲,锆对钨中氢氦的捕获作用要强于铁对钨中氢氦的捕获作用。本研究工作能够为钨基面向等离子体材料制备提供理论指导。