熔盐堆中氚的控制和监测

熔盐堆中氚除了从废气中排出,还能经熔盐管道渗透进入环境.氚在管道中的渗透严重影响熔盐堆结构材料的力学性质和使用寿命,同时对环境造成污染.为了减少氚对材料和环境的危害,必须对熔盐堆中的氚进行严格控制.控制氚产生和渗透的主要方法包括提高7Li的浓度、向熔盐中补充Li或Be等.对氚进行监测是氚控制的基础,能及时反映熔盐堆的运...     

熔盐堆用冷冻阀的热-结构特性研究

反应堆安全是任何核能系统开发与设计的重要组成。冷冻阀是熔盐堆的核心技术之一,其热力学特性直接关系到熔盐堆核能系统的固有安全。本文旨在通过研究冷冻阀的热-结构特性并进行优化,探索可靠的安全设计,提高第四代核能系统的固有安全性,利用ANSYS软件建立了冷冻阀的三维有限元模型,对其关闭状态和开启过程进行了分析研究。结果表明:1)冷冻阀的扁平部位由于内部空间熔盐少,熔盐熔融和冻结容易控制,是实现开关功能和熔盐堆过热安全泄放的核心部位;2)获得了不同因素(如换热系数、加热功率、保温尺寸等)对冷冻阀在关闭状态与开启过程中的温度场及应力大小的影响规律,为冷冻阀的优化设计及安全运行管理提供了依据;3)由于初始模型中部分设计不合理(如保温尺寸和加热功率等),导致冷冻阀热应力过高,容易引起疲劳损伤,经分析优化和改进后,最大热应力明显减小,综合性能得到很大提高。     

含氚氢同位素丰度分析应用于氚半衰期的测定

氚是核燃料循环与材料的重要核素,但用不同方法测量其半衰期的差异较大。本工作用低分辨率质谱测定氢同位素中氚丰度的方法来测定氚半衰期,测定结果为（12.0652±1.2311）a,与建议使用的氚的半衰期（12.323a,每年计365.25d）较吻合。     

用于氢同位素分离的置换色谱分离材料的研究进展

置换色谱法是一种较有优势的氢同位素分离方法,而分离材料的性能是决定置换色谱法分离效果的一个关键因素。目前研究的置换色谱分离材料包括钯材料和很多非钯材料。钯虽然价格昂贵,但由于其出色的分离性能而难以用廉价金属或合金来替代。本文简要介绍了置换色谱法分离氢同位素的原理,重点介绍了几种置换色谱含钯分离材料(纯钯、载钯硅藻土、载钯氧化铝、钯铂合金等)的性能,初步分析了置换色谱分离材料的发展方向。     

材料中氢同位素行为热脱附谱实验方法研究

材料中氢同位素行为研究是确保聚变堆安全和经济性的关键问题和重要研究方向。为研究材料中氢同位素的扩散、释放、居留等特性,建立了一种联合四极质谱仪（QMS）的热脱附谱（TDS）实验方法,解决了TDS系统超高真空、低氢同位素质谱本底、线性升温速率控制以及灵敏度标定等关键科学技术问题。通过涡轮分子泵和二级溅射离子泵实现了优于1×10^-7Pa的超高真空,本底H₂分压降至1×10^-9Pa。通过MCGS直流PID控温程序实现样品升温速率在1～100 K/min范围可调,采用漏率可变的特制通导型玻璃漏孔标定TDS系统的氘气脱附速率灵敏度,确定该灵敏度系数α和最小可检测氘气热脱附速率（脱附速率灵敏度）分别为6.22×10²⁴s^-1·A^-1、1.24×10^-10s^-1。采用镀镍Zr-4合金吸氘样品验证了TDS方法的有效性,初步分析了Zr-4中的氘热脱附特性。     

气相色谱法在氢同位素分离中的应用

简要介绍了气相色谱法分离氢同位素的原理,重点阐述了利用气相色谱法分离氢同位素的几种主要工艺(洗提色谱法、氢置换色谱法、自置换色谱法和前沿置换色谱法)及其应用进展,并对气相色谱法在氢同位素分离中的应用前景进行了评述。     

高温下GH3535合金中的氢同位素扩散渗透效应分析

Flibe具有熔点低、中子性能好、沸点高等特点,是未来大型氟盐冷却高温堆的主要候选氟盐冷却剂之一,在堆芯中与中子相互作用后会导致一定量的副产物氚产生。根据哈氏N合金的成分,钍基熔盐堆核能系统(TMSR)发展了GH3535合金,作为未来大型熔盐堆的主要候选结构材料。本实验中采用GH3535合金为试样,通过使用压力差驱动原理搭建的氢同位素扩散渗透装置,试验测得了400~800℃的温度下氢气、氘气在该合金中的渗透系数、扩散系数、Sieverts常数等主要参数。实验结果表明,氢气与氘气在GH3535合金中的扩散渗透机理均属于基体扩散控制过程,扩散渗透过程中氢气、氘气的主要参数与相应温度关系均符合阿累尼乌斯公式。对于不同质量数的氢同位素原子,拟合后渗透系数和扩散系数的指前因子之比分别为1.4:1和1.2:1,扩散和渗透过程中的激活能也非常接近,符合经典扩散理论的同位素效应,可以估算得到氚在GH3535合金中扩散渗透时的主要参数大约为氢的1/3(1/2),并可能用于氚在熔盐堆中的分布计算。     

钯在氢同位素分离和纯化工艺中的应用

在迄今所知的金属-氢体系中，钯氢体系的同位素效应最强，因此，钯被广泛用于氢同位素处理工艺中。文章简述了钯氢体系的同位素效应，综述了钯及其合金在氢同位素分离和纯化工艺中的主要应用及其发展。     

氢同位素色谱分析研究进展

对氢同位素色谱分析研究进展进行了综述,内容主要包括分析原理、材料研究与分析柱研制。材料研究主要包括改性材料的负载量、阳离子种类、阴离子种类。分析柱研制在材料研究的基础上进行,根据测试需求,在材料性质、柱型、柱长等方面进行设计,优选出适合于具体使用场景的建议柱型。无过渡金属磁性催化作用的氧化铝PLOT(porous layer open tubular)柱,适用于氢同位素的正-仲态分离;含过渡金属磁性催化作用的氧化铝色谱柱,适用于氢同位素的分子态分离。一般地,PLOT柱使用寿命较短,但其适用于快速分析;微填充柱分析时间较长,但性能稳定性较好。有序介孔材料(OMMs),具有较大比表面积,通过调节介孔孔径有望提升氢同位素低温分离性能;过渡金属离子(如Cu(Ⅰ))对氢分子的Kubas作用,有望实现氢同位素常温洗脱分离。     

氧化锆检测器在微量氢同位素色谱分析中的应用研究

针对氦气与氢同位素气体热导性差异较小的问题,以氧化锆原电池为气相色谱检测器、改性γ-Al_2O_3为填充柱,在液氮温度(77K)下系统研究了氧化锆检测器测量氢同位素的影响因素,对氦气中微量氢同位素气体进行了分离测试。结果表明,氧化锆检测器的最佳工作温度约为700℃,在载气流速为60mL/min条件下,仪器测量的相对标准偏差小于1%,该方法对H2的检测下限可达15ppm,对D2的检测下限可达40ppm,样品检测的相对误差小于5%。以上结果表明,氧化锆检测器可用于氦气中微量氢同位素的分析测量。     

Analysis of tritium production in a 2 MW liquid-fueled molten salt experimental reactor and its environmental impact

Tritium release is one of the most concerning topics in nuclear power plants. Here, the tritium production in a 2 MW liquid-fueled molten salt experimental reactor(TMSR-LF1) was calculated by ORIGEN-S with an updated cross-section library generated by TRITON in SCALE 6.1.3 code system. The results show that the tritium production rate and normalized tritium production rate of TMSR-LF1 are 8.90x10~(11)Bq/day and4.45x10~(11)Bq/(MW day), respectively. The environmental impact of tritium was analyzed via PC-CREAM 08 with an assumed 36 % release rate of tritium referring to the molten salt reactor experiment. During normal operations, the maximum tritium concentration is 1.4 Bq/m~3 under normal condition, and the corresponding individual dose to the public is about 1 μSv/a; under extreme conditions, the maximum concentration and corresponding individual doses are 11.8 Bq/m~3 and 9 μSv/a, respectively.Ingestion is the main exposure pathway and accounts for62 % of the total dose. Of this, 35 % is from organically bound tritium.     

熔盐冷却空间堆的初步中子学设计

空间核反应堆(Space Nuclear Reactor,SNR)电源在深空探索中具有重要优势而受到国内外的广泛关注。与传统液态金属、气体和热管冷却方式不同,熔盐冷却剂可溶解裂变材料并具有良好的传热性质,因此可作为SNR方案中的冷却剂。基于国内外SNR设计方案,利用SERPENT蒙特卡罗程序和ENDF/B-Ⅶ.1数据库进行了基于熔盐冷却的空间堆方案的初步中子学设计,研究了不同燃料、包壳材料以及棒间距对燃料棒k_(inf)的影响,以及不同熔盐冷却剂组成、反射层材料对SNR堆芯k_(eff)的影响,最终给出一种基于氟化盐~7LiF-BeF_2-UF_4(66.4-32.7-0.9 mol%)冷却UC燃料(质量分数为80%的~(235)U)的SNR初步堆芯方案。结果表明:燃料棒k_(inf)与燃料棒材料密切相关,且随燃料中235U富集度的增大、棒间距的减小而增大,不同的熔盐冷却剂、反射层材料对堆芯k_(eff)有较大影响,但冷却剂中UF_4的~(235)U富集度对堆芯k_(eff)不敏感。     

Corrosion behavior of Ni-based structural materials for electrolytic reduction in lithium molten salt

In this study, the corrosion behavior of new Ni-based structural materials was studied for electrolytic reduction after exposure to LiCl-Li₂O molten salt at 650 °C for 24-216 h under an oxidizing atmosphere. The new alloys with Ni, Cr, Al, Si, and Nb as the major components were melted at 1700 °C under an inert atmosphere. The melt was poured into a preheated metallic mold to prepare an as-cast alloy. The corrosion products and fine structures of the corroded specimens were characterized by scanning electron microscope (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscope (EDS), and X-ray diffraction (XRD). The corrosion products of as cast and heat treated low Si/high Ti alloys were Cr₂O₃, NiCr₂O₄, Ni, NiO, and (Al,Nb,Ti)O₂; those of as cast and heat treated high Si/low Ti alloys were Cr₂O₃, NiCr₂O₄, Ni, and NiO. The corrosion layers of as cast and heat treated low Si/high Ti alloys were continuous and dense. However, those of as cast and heat treated high Si/low Ti alloys were discontinuous and cracked. Heat treated low Si/high Ti alloy showed the highest corrosion resistance among the examined alloys. The superior corrosion resistance of the heat treated low Si/high Ti alloy was attributed to the addition of an appropriate amount of Si, and the metallurgical evaluations were performed systematically.     

火星熔盐堆堆芯概念设计

火星探测近来成为空间研究的一个主流趋势。建立火星基地是人类研究和开发火星的必然选择。与太阳能储能系统相比,核反应堆作为火星基地的能源系统,在系统质量、操作灵活性和环境适应性等方面具有显著优势。给出了火星熔盐堆(Mars Molten Salt Reactor,M~2SR-1)的堆芯设计方案,并建立堆芯计算模型,以MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)和ORIGEN为计算工具,从物理、安全、热工等方面对M~2SR-1进行了计算分析。分析结果表明:M~2SR-1在满功率运行下可满足8 a的寿期要求,在不同假设掉落环境下,有效增殖因数均小于0.98,满足临界安全要求。本研究可以为星球表面熔盐堆设计提供参考。     

熔盐快堆Th-U燃料循环增殖性能分析

熔盐快堆是当前国际上关注的热点之一,本文基于堆芯结构双流体方案,即裂变熔盐燃料和增殖熔盐介质各自独立冷却循环,利用氟化或氯化熔盐中钍铀重金属盐高温下的高溶解度特性,获得熔盐快堆的高增殖。通过比较钍铀燃料循环熔盐快堆的三种可行性熔盐燃料方案(LiF+ThF_4+UF_4、NaF+ThF_4+UF_4和NaCl+ThCl_3+UCl_3),采用基于反应堆安全分析和设计的综合性模拟程序SCALE(Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation),计算了中子能谱、反应性温度系数,分析了增殖比BR(breeding ratio)受反应堆裂变区、增殖区和ZrC中子反射层的尺寸影响、熔盐中~6Li和~(35)Cl同位素丰度的影响,以及熔盐密度误差对BR计算值的准确性影响、易裂变核素随反应堆运行时间演化等。在钍铀燃料循环熔盐快堆中,通过优化处理得到三种熔盐燃料方案的增殖比BR约为1.2。     

熔盐快堆U-Pu燃料循环增殖性能分析

熔盐快堆增殖是当前国际上关注的热点,本文基于堆芯结构双流体方案,利用氟化或氯化熔盐中铀钚重金属盐高温下的高溶解度特性,获得熔盐快堆的高增殖。对铀钚燃料循环熔盐快堆的三种可行性熔盐燃料方案(LiF+PuF_4+UF_4、NaF+PuF_4+UF_4和NaCl+PuCl_3+UCl_3),采用基于反应堆安全分析和设计的综合性模拟程序SCALE(Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation),计算了中子能谱、反应性温度系数。分析了增殖比BR(Breeding Ratio)受反应堆裂变区、增殖区和中子反射层的尺寸影响,熔盐中~6Li和~(35)Cl同位素丰度对BR的影响,以及BR随运行时间动态变化。计算结果表明:氯盐方案(BR=1.46)与两种氟盐方案(BR≈1.06)相比较,具有更大的增殖能力优势。结合熔盐相图、BR随重金属摩尔浓度变化和BR最大值随熔盐平均工作温度变化曲线,可以在熔盐快堆设计中快速确定熔盐的工作温度、重金属摩尔浓度和反应堆增殖比。     

Structural investigation of thorium in molten lithium-calcium fluoride mixtures for salt treatment process in molten salt reactor

X-ray absorption fine structure (XAFS) measurements on thorium fluoride in molten lithium-calcium fluoride mixtures and molecular dynamics (MD) simulation of zirconium and yttrium fluoride in molten lithium-calcium fluoride mixtures have been carried out. In the molten state, coordination number of thorium (N_i) and inter ionic distances between thorium and fluorine in the first neighbor (r_i) are nearly constant in all mixtures. However the fluctuation factors (Debye-Waller factor (σ²) and C₃ cumulant) increase until xCaF₂ = 0.17 and decrease by addition of excess CaF₂. It means that the local structure around Th⁴⁺ is disordered until xCaF₂ = 0.17 and stabilized over xCaF₂ = 0.17. The variation of fluctuation factors is related to the number density of F⁻ in ThF₄ mixtures and the stability of local structure around Th⁴⁺ increases with decreasing the number density of F⁻ in ThF₄ mixtures. This tendency is common to those in the ZrF₄ and YF₃ mixtures. However, in the case of YF₃ mixtures, the local structure around Y³⁺ becomes disordered until xCaF₂ = 0.40 and it becomes stabilized by addition of excess CaF₂. The difference between ThF₄ mixtures and YF₃ mixtures is related to the difference of Coulumbic interaction between Th⁴⁺-F⁻ and Y³⁺-F⁻. Therefore, the variation of local structure around cation is related to not only number density of F⁻ in molten salts but also the Coulumbic interaction between cation and anion.     

Study on the effect of thermal deformation on the liquid seal of high-temperature molten salt pump in molten salt reactor

The high-temperature molten salt pump is the core equipment in a molten salt reactor that drives the flow of the molten salt coolant. Rotor stability is key to the continuous and reliable operation of the molten salt pump, and the liquid seal at the wear ring can affect the dynamic characteristics of the rotor system. When the molten salt pump is operated in the hightemperature molten salt medium, thermal deformation of the submerged parts inevitably occurs, changing clearance between the stator...     

基于球床密实实验装置的熔盐堆分流板设计

在熔盐球床堆设计中,为实现堆芯内部燃料球堆积结构的稳定性,需保证堆芯内部的流场均匀分布。研究基于模拟熔盐球床堆堆芯水力特性的球床密实实验装置(Pebble bed dense experiment facility,PBDE),通过设计不同形状和不同孔道分布的分流板,运用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法使用FLUENT软件对其堆芯内部的流场分布进行数值模拟,目的是保证实验中堆芯的流场分布均匀稳定。模拟结果表明,平板形分流板较锥形分流板能更好地使堆芯内流场均匀分布;且增加分流板的孔道数目或减小孔径能使堆芯内部的流场更加均匀稳定;比较设计的6种分流板模拟结果,最终给出满足PBDE堆芯流场均匀分布的分流板,为PBDE实验提供了基础,也为熔盐球床堆的堆芯流量分配设计提供技术方案与选型参考。