压水堆燃料组件压紧板弹簧刚度简化模型研究

刚度是压水堆燃料组件压紧板弹簧的重要设计参数,通常由试验获取。开展刚度模型研究,合理预测板弹簧的服役性能,是反应堆燃料组件设计验证及安全评价的重点内容之一。本文基于悬臂梁小挠度变形理论,建立了变厚度板弹簧刚度计算的简化模型,并研究了主要参数对板弹簧刚度的影响。结果表明:板弹簧的刚度与宽度及杨氏模量呈线性关系变化,与根部厚度呈三次方关系变化;板弹簧刚度随长度减小而增加,随高度增加而增加,随端部厚度与根部厚度之比近似线性增加。本文建立的分析模型对压水堆燃料组件板弹簧性能评估和优化设计具有参考意义。

压水堆MOX与UO2燃料棒辐照性能对比分析

采用MOX燃料是提高铀资源利用率、实现核燃料闭式循环的重要途径。MOX燃料与纯UO2在热导率、裂变气体释放等性能方面不同。本文采用燃料棒性能分析程序COPERNIC,对压水堆MOX和UO2燃料棒的辐照性能进行了对比分析。结果表明,在相同的辐照条件下,MOX燃料中心温度在低燃耗阶段比UO2偏低,高燃耗阶段则明显高于UO2;MOX燃料棒内压高于UO2,两者之间的差距随燃耗增加而增大;辐照后期,MOX燃料棒包壳发生向内应变的绝对值比UO2偏低。

离散分布对惰性基弥散燃料传热的影响研究

惰性基弥散燃料芯块(inert matrix dispersion pellet,简称IMDP)相比传统的UO_2燃料热导率显著提升。目前已经完成模拟IMDP的制备工艺摸索,制备获得的模拟IMDP性能良好。结合制备工艺优化需求,研究TRISO颗粒分布形式及其离散化对IMDP燃料传热性能的影响。结果表明:稳态运行工况下,IMDP的峰值温度显著低于UO_(2)芯块;采用均匀化假设的有效热导率计算IMDP温度分布时,需额外考虑TRISO颗粒离散化造成的惩罚;TRISO颗粒封装百分比一定时,其离散分布形式对IMDP芯块的有效热导率没有影响,但会影响芯块的峰值温度。

梯度纳米结构材料疲劳性能的研究现状

在原始晶粒尺寸较大的基体上构建一层梯度纳米结构层可有效提升材料疲劳性能已得到证实。介绍了表面纳米化技术制备工艺方法,并对其特点进行描述。随后总结了不同制备工艺、不同交变应力状态梯度纳米结构材料疲劳性能研究结果,并就梯度纳米结构层对疲劳性能的影响进行分析。相比于直接在金属材料表面涂敷涂层,经过表面纳米化处理后的基体表面制备或涂敷涂层材料会显著改善疲劳性能。针对梯度纳米结构材料热稳定性问题进行讨论,总结了提高热稳定性的理论方法,以为后续高温疲劳性能改善提供参考。

SiC陶瓷的Ti-Si钎焊连接机理和性能研究

SiC陶瓷优异的力学性能、高温稳定性以及耐腐蚀等性能,使其在航空航天、海洋工程、核能领域具有极大的应用潜力。但是其高硬和高脆特性,使其很难通过加工实现大型复杂结构件的制备,从而限制了其在以上领域的应用。因此,低温、低压连接技术研究对促进SiC的应用具有重要意义。采用Ti-Si钎料对CVD-SiC母材在1450℃~1550℃进行无压连接,结果表明,在1500℃连接时接头剪切强度最佳,此时剪切强度为(23.1±5.7) MPa,SiC接头断裂时发生在连接层和界面处。

锆合金涂层包壳专利申请态势全景分析

事故容错燃料(ATF)是日本福岛核事故之后提出的新一代核燃料概念,主要是为了提高反应堆在事故工况下的容错性能,从根本上提高核电厂对严重事故的抵御能力,从而有效地提高核电的安全性和经济性。针对传统核燃料使用的锆合金包壳,通过外表面涂层改性的方法提高其在事故工况下的抗高温氧化性能是事故容错燃料的主要研究方向。为了对锆合金涂层包壳的技术发展现状和趋势进行全面了解,对该技术相关的国际及国内专利申请态势进行了统计分析,研究了该领域的专利申请发展态势、专利来源地区及布局地区特点,重点分析了自20世纪60年代以来锆合金涂层包壳技术分支发展趋势;此外,结合我国的锆合金涂层包壳的研究现状,从研究进展及技术聚焦等方面提出锆合金涂层包壳研发建议。

连接温度对CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-SiO_(2)-TiO_(2)玻璃钎料连接SiC陶瓷接头微观结构和性能的影响

采用新型玻璃钎料CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-SiO_(2)-TiO_(2)(CAMST)连接无压烧结SiC陶瓷,研究了连接温度(1 300~1 450℃)对SiC陶瓷接头微观结构和力学性能的影响。结果表明:CAMST玻璃钎料在1 350~1 450℃下可实现SiC陶瓷的有效连接。当连接温度为1 350℃时,焊缝厚度约为36μm,母材与焊缝界面存在较多孔洞,接头剪切强度为(21.4±2.7) MPa;当连接温度为1 400℃时,焊缝厚度为3μm,母材与焊缝结合良好,接头剪切强度为(47.6±6.2) MPa;当连接温度升高至1 450℃时,焊缝厚度约为50μm,母材与焊缝结合良好,但焊缝中存在裂纹缺陷,接头剪切强度为(20.9±3.9) MPa。连接温度对焊缝硬度无明显影响。

316L不锈钢管材内压爆破性能的研究

文章对316L不锈钢管材内压爆破能进行研究。研究结果表明:室温时,316L不锈钢管材周向强度为558.6 MPa;随着温度升高,周向强度略有降低;600 ℃时,仍保持355.9 MPa的周向强度。扫描电子显微镜分析表明,316L不锈钢管材内压爆破破口出现明显韧窝,表明管材韧性较好。

微量氧环境下热处理温度对Zr-1%Nb合金力学性能的影响

采用扫描电镜、X射线衍射仪及万能试验机等研究了微量氧环境下400、800和1200℃不同温度保温300 s对Zr-1%Nb合金力学性能的影响。结果表明:与未热处理的合金相比,400℃热处理后Zr-1%Nb合金的力学性能未发生明显变化;800℃热处理后,合金的塑性降低,压缩时外表面产生大量微裂纹;1200℃热处理后,压缩时合金出现了脆性断裂。热处理后合金样品的表面发生了氧化,氧化产物主要为ZrO2相。随着热处理温度的升高,Zr-1%Nb合金的氧化程度逐步加深,并且1200℃热处理后试样氧化层的厚度显著增加,内部出现大量裂纹。

Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机理

Cr涂层锆合金包壳具备抗高温蒸汽氧化性能优异、耐腐蚀和耐磨蚀性能良好、工程应用难度较小等特点,成为最具前景的近期型事故容错燃料候选材料之一。本工作以Zr-1Nb合金管为基体材料,采用磁控溅射工艺制备均匀致密Cr涂层,涂层厚度范围12~15μm。通过同步综合热分析仪开展双面高温蒸汽氧化试验,氧化温度为1000、1100和1200℃,氧化时间为300~5000 s,系统研究反应堆事故工况下Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化行为。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪表征高温氧化产物膜微观形貌特征、氧化层厚度、元素分布以及物相组成等,建立Cr涂层氧化动力学模型,探讨高温氧化机理。研究表明,高温蒸汽环境中,Cr涂层锆合金包壳外壁形成致密Cr2O3层,有效阻止O元素扩散至Zr合金基体,从而提升复合包壳的耐高温性能。其次,Cr涂层高温蒸汽氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化速率常数比锆合金低大约2个数量级,显著提升锆合金包壳抗高温蒸汽氧化性能。

高燃耗下裂变气体释放行为研究与程序校验

采用燃料棒性能分析程序COPERNIC,针对哈尔登(Halden)测试燃料组件(IFA)519.9 DK辐照试验燃料棒辐照试验进行了计算分析,研究了高燃耗下裂变气体释放行为,并与试验数据进行了对比验证。结果表明,在燃耗达到约100 GW·d/t(U)的辐照过程中,该程序对裂变气体释放率的预测值与试验测量结果符合较好;程序未精确预测芯块孔隙率在高燃耗"边缘结构"内的演化过程,但不影响其对燃料棒辐照综合性能分析的准确性和合理性。

ODS-FeCrAl合金管材内压爆破、蠕变及疲劳性能的研究

采用透射电子显微镜、内压爆破、内压蠕变及内压疲劳试验机等研究了氧化物弥散强化(ODS)FeCrAl合金管材显微结构、内压爆破、内压蠕变及内压疲劳性能。结果表明,ODS-FeCrAl合金管材基体中弥散分布大量的纳米第二相颗粒,平均直径约为8.76 nm,体积数密度为6.8×10^(22) m^(–3)。ODS-FeCrAl合金管材室温爆破强度高达1158 MPa;随着温度的升高,内压爆破强度逐渐下降;1000℃时,ODS-FeCrAl合金管材未丧失承压能力,爆破强度为81 MPa。350℃/30 MPa试验条件下,ODS-FeCrAl合金管材表现出优异的抗内压蠕变性能,蠕变变形量为0.09%。350℃下疲劳峰值加载压力低于30 MPa时,ODS-FeCrAl合金管材1000000次循环加载未出现疲劳失效。ODS-FeCrAl合金管材具有优异的爆破、抗内压蠕变和疲劳性能。