高温气冷堆燃料元件发展前景

第4代核能系统主要候选堆型之一的超高温气冷反应堆(very-high-temperature reactor,简称VHTR)氦气出口温度要求大于1 000℃;从经济性考虑,模块式高温气冷堆的单堆功率愈高愈好,燃料的燃耗深度也愈高愈好,这些对近代低富集度3层包覆颗粒(modern LEU TRISO particles)燃料元件提出了更高燃耗深度和耐更高温的要求.为满足上述要求,本文介绍了ZrC层代替包覆燃料颗粒的SiC层、UCO(UO2 UC2)核芯代替包覆燃料颗粒的UO2核芯和进一步降低现有低富集度3层包覆颗粒SiC层破损率的高温气冷堆燃料元件的研究和发展.     

高温气冷堆燃料元件发展现状和趋势

本文介绍了高温气冷堆燃料元件的发展历史，现状和趋势。经过３０多年的研究和发展，燃料元件的设计，制造工艺和质量鉴证技术已相当成熟，燃料元件可在１２５０℃长期工作。２１２０００个ＴＲＩＳＯ颗粒辐照试验的时没有一个破损，１６００℃下辐照后退火５００ｈ，阻挡裂变产物释放的能力没有下降。     

10MW高温气冷堆球形燃料元件碳化工艺研究

通过对高温气冷堆球形燃料元件压制坯体及酚醛树脂碳化过程的研究，确定了碳化工艺制度的制订原则。在碳化过程中，低温开裂主要是由压制工艺中产生的应变不均匀性造成原，高温开裂则主要受加热速率的影响，采用加压碳化工艺可提高基体材料的机械性能。     

10 MW高温气冷堆燃料元件的辐照考验

10 MW高温气冷堆燃料元件的辐照考验在俄罗斯IVV-2M堆内进行,辐照考验于2000年7月13日开始,现仍在进行中.至2002年6月14日,燃料元件最高燃耗(以金属铀计,全文同)已达77 000 MW*d/t,累积快中子注量达8.59×1020 cm-2.本文描述辐照样品的冷态性能、辐照装置、辐照条件和已获得的辐照考验结果.     

10 MW高温气冷堆球形燃料元件制造

10 MW高温气冷实验堆球形燃料元件的制造使用橡胶模具冷准等静压工艺.制造了44批,约20 540个燃料元件.燃料元件的冷态性能符合设计指标,44批燃料元件的平均自由铀含量为4.57×10-5,正品率为99%.     

10MW高温气冷堆燃料元件装卸系统的控制系统设计

１０ＭＷ高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０）是一座球床型反应堆,燃料元件的装卸和循环不需要停堆,由燃料元件装卸系统自动实现。为保证ＨＴＲ－１０的正常运行,燃料元件装卸系统必须安全可靠运行。为此,控制系统根据ＨＴＲ－１０燃料装卸系统热实验装置控制系统的设计和运行经验,采用了欧姆龙（ＯＭＲＯＮ）Ｃ２００Ｈ可编程控制器（ＰＬＣ）作为核心部件。本文介绍了控制系统的设计方案、控制过程和ＰＬＣ控制的特点以及用其实现     

高温气冷堆包覆燃料颗粒包覆层性能测试方法

高温气冷堆包覆燃料颗粒由ＵＯ２燃料堆饼和在它表面沉积的热解碳和ＳｉＣ层材料构成。这些热解碳和ＳｉＣ层的厚度只有３０－９０μｍ，为测量这些微小颗粒包覆层材料的性能，专门研究了热解碳和ＳｉＣ层的厚度，密度和热解碳层的各项异性能，ＳｉＣ层的弹性模量等的测量方法，并研制了颗粒尺寸分析仪，小试样弹性模量测定仪设备等。     

高温气冷堆燃料元件固有循环安全特性的研究

介绍了高温气冷堆TRISO型的包覆燃料颗粒及球形燃料元件的结构特点及其安全原理.高温气冷堆具有低功率密度特点和负温度反应性特点,其与球形燃料元件有安全循环关系,实现了高温气冷堆固有循环安全特性.     

高温气冷实验堆燃料元件双向探测器的研制

介绍了高温气冷实验堆燃料元件双向探测器的基本原理和实现方法。它以两个并联的感应线圈为敏感元件,通过双通道法采集信号,以８９Ｃ５１单片机为处理核心,系统软件采用循环扫描输入端口的方式获取过球信号,经智能分析、判断,实现了燃料元件的双向检测。     

10 MW高温气冷堆燃料元件辐照后检验

为了评价10 MW高温气冷堆(HTR-10)用燃料元件的性能,从第1和第2生产批次中分别随机抽取两个球形燃料元件进行辐照考验.辐照考验在俄罗斯的IVV-2M堆内进行,采用动态辐照试验的方法,可分别控制每个辐照盒中燃料元件的温度和测量气态裂变产物的释放.辐照后检验包括外观检查、尺寸测量、固体裂变产物在基体石墨内的分布测量、包覆燃料颗粒破损率测量和金相观察.辐照后检验结果表明辐照没有引起燃料元件中包覆燃料颗粒的破损, 生产的燃料元件满足10 MW高温气冷堆的设计要求.     

石墨在高纯氦中的高温氧化研究

研究了石墨在高纯氦中的氧化动力学行为。氧化后的样品用扫描电子显微镜进行分析，对可能的氧化机制进行了讨论。实验结果表明：高纯度、高强度、高密度石墨，即“三高”石墨在８００℃高纯氦中的氧化速率最低，等静压石墨次之，０１０石墨最高。     

高温气冷堆石墨材料的疲劳裂纹扩展综述

迄今为止,各国的高温气冷堆均采用石墨作为其堆芯活性区及反射层的主要结构材料。由于堆内的高温高辐照环境,石墨构件一般承受较高的热应力及辐照应力,这些应力的循环变化将引起疲劳载荷。     

秦山核电厂燃料元件综合考验的若干问题

总结了秦山核电厂燃料元件在重水研究堆（ＨＷＲＲ）中综合考验的一些有关设计与运行的技术问题。着重介绍考验组件的堆物理问题、回路温度控制、三回路冷却方案、除氧措施、高温高压阀门密封以及安全设施。     

高温气冷堆用石墨材料氧化行为研究进展

核级石墨是高温气冷堆重要的慢化剂、反射层和结构材料,其氧化腐蚀性能对反应堆安全运行至关重要,因此已成为核材料学科的研究热点之一。本文综述了国内外在核级石墨氧化腐蚀领域的研究现状,总结了核石墨氧化的化学动力学模型、失重率影响因子模型以及模拟计算模型,提出了高温气冷堆用石墨材料氧化腐蚀的研究方向。     

球形燃料元件排出设备

叙述了一种新型的燃料元件排出设备的设计参数、结构特点及工作原理。经约１０万个球的运行，约３万次脉冲的实验考验，证明该设备运行安全可靠，是一种先进的从卸料管中单列化排出燃料元件的设备。     

用全胶凝工艺控制UO_2微球的质量

全胶凝工艺已经发展成为制造１０ＭＷ高温气冷堆燃料芯核，ＵＯ２微球的优选工艺；本文通过批量试验和工艺参数的控制，实现产品质量和产率的控制。批量试验结果表明：藉助于分散频率和胶凝条件的控制，实现了微球尺寸和球形的控制：藉助于烧结参数，其中包括氢气氛、温度和时间等的控制，能够实现微球密度和Ｏ／Ｕ比的控制。在批量试验中微球产品的产率达到９０％。     

HTR-10燃料元件双向探测器敏感元件特性研究

探讨了将感应线圈用作探测器敏感元件的优点,研究了串联感应线圈的结构参数和性能之间的关系,并进行了优化。实验结果表明,采用电感线圈作为敏感元件可以获得的检测信号,满足实际使用要求。     

球床式高温气冷堆MOX燃料循环优化

与压水堆相比,球床式高温气冷堆能在堆芯结构不做明显改变的情况下采用全堆芯装载混合氧化物（MOX）燃料元件。基于250 MW球床模块式高温气冷堆堆芯结构,设计了4种球床式高温气冷堆下MOX燃料循环方式,包括铀钚混合的燃料球和独立的钚球与铀球混合装载的等效方式,采用高温气冷堆设计程序VSOP进行分析,比较了初装堆的有效增殖因数、燃料元件在堆芯内滞留时间、卸料燃耗、温度系数等主要物理特性。结果表明：采用纯铀和纯钚两种分离燃料球且铀燃料球循环时间更长的方案,平均卸料燃耗较高,总体性能较其他循环方式优越。     

高温气冷堆He载气中H2O和CO2吸附净化的实验研究

通过对高温气冷堆Ｈｅ载气中的Ｈ２Ｏ和ＣＯ２在５Ａ分子筛固定床上吸附净化的实验研究，得到了吸附穿透曲线，获得了５Ａ分子筛床对Ｈ２Ｏ和ＣＯ２的动态吸附规律。实验考察了吸附温度、工作压力、杂质浓度、流速及床层高度等因素对Ｈ２Ｏ和ＣＯ２单吸附及共吸附的吸附容量及转效时间的影响，获得了最佳运行参数。实验研究结果表明：净化后Ｈｅ气中Ｈ２Ｏ和ＣＯ２的质量分数低于１０－５，满足了净化系统的要求，为高温气冷堆中５Ａ分子筛固定床装置提供了可靠的设计数据。