耐事故燃料包壳用FeCrAl不锈钢的研究进展

3.11日本福岛核事故后,国内外围绕提高核燃料元件的事故包容能力和固有安全性课题开展了大量的耐事故燃料(ATF)的研发工作,其中性能更先进的包壳材料是ATF研究的前沿和难点。Fe Cr Al合金优良的高温性能结合管材制备工艺的技术成熟度和经济性,促使该合金包壳成为近期ATF包壳研发的首选目标。简介了国外在ATF包壳候选材料的筛选和Fe Cr Al不锈钢上的研究进展,综述了ATF包壳用Fe Cr Al不锈钢高温蒸汽氧化性能、力学性能、中子辐照性能和应力腐蚀性能等方面的研究现状,指出了Fe Cr Al包壳研制和工程应用等方面需突破的关键技术和研究方向,其中成分优化控制及制备工艺、中子辐照性能和应力腐蚀性能等工程应用的评价是未来研究的重点和难点。     

事故容错热导率增强型UO2核燃料的研究进展

UO_2+Zr合金燃料元件为当前轻水核反应堆应用最广泛的核燃料体系。然而,福岛"311"核事故的突发揭露了UO_2+Zr合金燃料体系在事故状态下的重大安全隐患,研发事故容错核燃料计划被提上议程。事故容错燃料是为提高核燃料元件抵抗严重事故能力而开发的新一代燃料系统。对现有核燃料形式进行设计改进,即在UO_2基体中添加一定量高热导第二相,开发热导率增强型UO_2核燃料,此方法对工业体系的改动小,为近期事故容错核燃料的主要研究方向。现阶段,在热导率增强型UO_2核燃料开发历程中,已取得应用性研究进展的候选体系主要为UO_2-SiC、UO_2-BeO、UO_2-金刚石以及UO_2-Mo。其中,在UO_2-SiC和UO_2-金刚石体系中,对SiC以及金刚石与UO_2的界面反应认识还不足,在堆内辐照条件下SiC和金刚石性质的演变对UO_2热物理性能的作用规律尚未明晰。电场辅助快速烧结技术是抑制界面反应、制备UO_2-SiC和UO_2-金刚石的有效途径。在UO_2-BeO体系中,前期大量实验研究和堆内模拟表明BeO与UO_2具有优异的化学相容性以及良好的增强效果,UO_2-BeO被视为具备工业应用前景的燃料体系,然而,铍材料作为战略资源的稀缺性和BeO的剧毒性以及对乏燃料后处理流程的变革是工业化应考量的。在UO_2-Mo体系中,Mo作为金属中最具潜力的添加材料,呈现三维网状分布,展现出优异的热导率增强作用,这种微结构还兼具持留裂变产物的优势;与其他几种添加材料相比,Mo的中子吸收截面较高,添加量应合理调控,相应的基础研究需持续跟进。目前,上述候选燃料体系尚缺乏堆内辐照考核数据。可将高通量制备、机器学习等引入UO_2系核燃料的研制中,以加快热导率增强型UO_2的工业化应用进程。本文归纳了添加第二相的热导率增强型UO_2核燃料的研究进展,分别对制备方法、微观结构、导热性能等进行介绍,分析了热导率增强型UO_2面临的问题并展望了其应用前景,以期为研发轻水堆用事故容错燃料提供参考。     

氮化铀(UN)粉末合成工艺分析

氮化铀(UN)核燃料具有铀原子密度高、熔点高、导热性好、耐辐照、良好的液态金属相容性等特点,被认为是小型模块化反应堆及事故容错燃料的重要候选燃料.相对氧化铀核燃料,氮化铀燃料合成工艺复杂,制造及保存难度高,并且其性能随着合成工艺不同而有所差异,进而影响其在反应堆的服役性能.本文主要介绍了碳热还原氮化路线、金属氮化路线、铀氟铵化合物氮化路线、溶胶-凝胶法4种氮化铀合成工艺,并对各方法的原理、研究现状、优缺点等进行了分析,以期为氮化铀合成工艺发展提供参考.     

材料基因工程与核燃料元件材料

核能由于其高能量密度和低污染排放等优点,已经成为未来能源的重要组成部分。然而,民用核燃料材料因其特殊的放射性,实验研究的安全防护成本极高,尤其是经过辐照后的核燃料材料,分析和表征手段极其有限,如果采用传统的"试错法"材料研发方法,将会使材料的研发成本大幅提高,因此,材料基因工程的研究思路正是适合于新型民用核燃料材料研究的技术路线。本研究组多年来以开发新型民用核燃料元件材料为目标,通过第一性原理和CALPHAD技术的结合,先后建立了U、Pu等锕系元素的多组元热力学数据库,并建立了辐照场作用下的热力学模型,对辐照场作用下核燃料材料的相变热力学和动力学进行了深入研究,在热力学数据库的基础上,运用相场动力学模型对核燃料元件材料的凝固和时效过程组织演化规律进行了系统的研究。这种基于材料基因工程的多尺度、多组元的材料设计研发思路为我国新一代具有自主知识产权的民用核燃料元件材料的成分设计、组织控制、工艺优化、性能改善及服役时间预测提供了重要的理论基础,同时对材料基因工程方法在材料开发中的广泛应用具有重要意义。     

核反应堆间质材料

威斯康辛大学麦迪逊分校不久前获得100万美元基金用于核反应堆研究项目，包括第四代核反应堆、先进燃料运转方式及核氢问题。在一个3年计划中，麦迪逊分校将研究氧化物、碳化物和氮化物等核燃料间质及核燃料容器对辐照损伤的抵御能力。     

综合利用热电厂燃料输送均匀入料系统节能改造

分析了改造前燃料输送系统煤矸石和次煤配比存在的问题,阐述了燃料配比均匀的改造方案和改造后的效果。     

加速器驱动次临界系统（ADS）与核能可持续发展

核废物最少化是核裂变能可持续发展的关键问题。加速器驱动次临界系统（ADS）是一种高效的核废物嬗变器（或焚烧炉）,是解决核废物的关键技术。文章主要介绍了ADS的基本原理及其对先进加速器、先进冷却性技术等方面的带动作用,并对各国ADS的研究现状进行了比较,最后提出了ADS发展必须解决的关键问题及其与国内核能发展的关系。     

0-2150℃W-1Mo/W-25Mo热电偶的分度特性

一、前言在国民经济各部门,如冶金、航天、核工业等部门,迫切要求发展相应的高温测量技术,以便解决各自的问题。在核动力工程中,钠冷快堆和压水堆燃料元件芯体的行为,特别是在安全试验(断流、失水、失压等)中燃料芯体温度的动态行为和最大值是核反应堆研究、设计工作者最感兴趣的一个热工数据。燃料样品的堆内辐照试验,也往往需要测定在辐照条件下的燃料样品温度。这些感兴趣的温度大都高于2000℃,甚至达到氧化铀核燃料的熔     

次锕系元素在加速器驱动的次临界快堆中嬗变的研究

选取加速器驱动次临界快堆（ADSFR）,进行嬗变来自于PWR（U）乏燃料中次锕系元素的研究。在堆芯内、燃料为NpAmCm的氧化物,选取液态钠为冷却剂。利用下列程序对所选方案进行物理计算和分析：LAHET－模拟质子与靶核的相互作用;MCNP4A－模拟次临界包层内20MeV以下的中子与材料核的相互作用;ORIGEN2－利用MCNP4A的输出提供的一群等效截面对堆芯进行燃耗计算。计算分析的结果表明：考虑临界安全、功率密度和燃耗等因素,利用所选方案进行次锕系元素嬗变是可行的。     

碳基燃料固体氧化物燃料电池发展前景

以煤炭、石油、天然气为代表的化石燃料是中国乃至世界的主要能源资源,其平均发电效率低(30%左右),环境危害大,迫切需要改进。燃料电池是一种高效发电装置,将燃料的化学能直接转换为电能。在各种燃料电池中,固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接使用各种含碳燃料,很容易与现有能源资源供应系统兼容,一次发电效率高(50%～60%);SOFC采用全固态结构,长期稳定性好;不使用贵金属催化剂,成本低廉。SOFC尤其适用于分布式发电系统和动力电源系统。基于我国能源结构的现状和稀土资源优势,很有必要发展碳基燃料SOFC。在SOFC从示范运行逐步走向产业化应用的过程中,迫切需要进一步提高其长期稳定性并降低成本,所以今后的研究重点是碳基燃料SOFC关键材料和系统集成创新,解决其中的材料设计和制备、碳基燃料反应特性、电池构造、理论模拟、系统集成与运行过程中的基础科学和技术问题,为高效率、低成本、稳定可靠的碳基燃料SOFC系统产业化奠定基础。     

烧结成型的UO2陶瓷燃料微观力学性能研究进展

作为反应堆的核心,UO2陶瓷燃料的力学性能与其安全可靠性、经济性紧密相关,一直是国内外的研究热点。当前学者已针对未辐照UO2燃料开展了大量研究,结果表明,UO2燃料的力学性能受晶粒尺寸、晶体取向、气孔率、O/U比、应变量、掺杂相类型及掺杂量等多种因素影响,并且还与测试温度密切相关,但这些影响因素对其力学性能的耦合作用尚不清楚。近年来国外研究者还通过先进的纳米力学测试技术,对辐照后的UO2陶瓷燃料进行了研究,为其设计制备和寿期内性能预测提供了关键数据支撑。首先介绍了UO2微观力学性能研究手段,并对未辐照以及辐照后UO2陶瓷燃料微观力学性能研究进展进行了综述,总结了现有的不足并提出了后续研究的建议:在服役温度以及事故温度下对不同燃耗的UO2燃料开展研究,获得实际工况和事故工况下UO2燃料微观力学性能随燃耗的演变规律及机制,为燃料元件持续优化改进提供支撑。     

模拟核燃料组件变形检测系统原理及实现

核安全是核电发展的生命线,电站核反应堆堆芯中最重要的部分是燃料组件,实践证明,组件变形是影响燃料组件性能的主要因素之一。本文介绍了用激光投影法来实现对模拟核燃料组件变形进行水下定量测量的原理及其实现方式。从试验的结果看其效果显著,对变形的测最精度可以稳定地达到0．02mm,远高于要求的0．5mm的检测精度。目前本系统已经通过中国核动力研究设计院验收,并得到一致好评。     

单笔最高3000万元深圳确定氢能产业为支持重点

正1月15日,深圳市发展和改革委员会官网发布"深圳市发展和改革委员会关于组织实施深圳市绿色低碳产业2019年第一批扶持计划的通知",明确将重点支持燃料电池汽车、关键零部件、车载储氢系统及氢制备、储运等领域的技术研发和产业化。     

嬗变元素Re、Os对聚变装置面向等离子体钨材料性能的影响

钨(W)由于具有高熔点、高密度、低热膨胀系数、低氚滞留、低溅射产额等优异性能,被认为是最有潜力的聚变装置面向等离子体材料.氘氚聚变反应产生的14 MeV中子会导致W中嬗变元素铼(Re)、锇(Os)的产生,随着服役时间的延长,嬗变元素不断累积.这两种嬗变元素的产生势必会影响到W材料的微观组织结构,进而对W材料的性能产生影响.本文全面介绍了W嬗变元素Re、Os对聚变装置面向等离子体W材料的关键服役性能的影响,包括对力学性能、抗辐照性能、热学性能以及钨中氢同位素输运行为的影响.结果表明,W嬗变元素Re、Os能对W材料的性能造成较大的改变,但目前相关的研究都不够系统化,未来还需进行更为系统的研究来全面地对中子辐照条件下聚变装置面向等离子体W材料的性能进行评估.     

掺锡氧化铟膜在二次表面镜上的应用

掺锡氧化铟膜(ITO 膜)是一种具有良好导电性能,在太阳光谱区有很高光学透过率和抗辐照的涂层,它还具有硬度高、耐磨损等特点;这种涂层在航天器上已有很广泛的应用。我们采用磁控溅射新工艺,将 ITO 膜用作为二次表面镜(SSM)前表面的抗静电防护层。给出 SSM 用 ITO 膜的制备工艺及其对膜的光、电性能的影响,还给出 ITO 膜对 SSM 光(热学性能影响的研究结果,提出了 SSM 用 ITO 膜的设计要求和相关的制备工艺。     

一种用于核工业的氦质谱检漏装置控制系统北大核心CSCD

氦质谱检漏装置主要用于生产线上核燃料组件制造过程中燃料棒的检漏测试。该装置的控制系统采用ABB公司的AC500系列PLC,监控系统采用杰控Fame View组态软件,实现了燃料棒氦质谱自动检漏测试。在测试过程中,解决了节拍控制、可靠性控制、检漏控制、扫描控制等关键技术问题。实际应用表明,该系统安全可靠,能确保有效和有序地组织批量生产,降低工作人员的劳动强度,取得了较好的经济和社会效益。     

寿期末全尺寸燃料棒振动特性研究与验证

压水堆核电厂中，燃料棒流致振动磨损是燃料棒失效最主要的原因，对核电厂运行经济性、安全性有重要影响。建立一种能够合理表征燃料棒动力学特性的振动模型，是开展燃料棒流致振动磨损分析方法研究的基础。以压水堆燃料组件单根燃料棒为研究对象，考虑寿期末格架对燃料棒失去夹持作用、多跨支撑等影响因素，建立燃料棒有限元分析模型，研究寿期末效应对燃料棒振动特性的影响规律。为了验证模型，在模拟寿期末燃料组件骨架中开展全尺寸燃料棒振动特性测量试验，获得格架松弛条件下燃料棒振动响应。从分析和试验结果可以看出，建立的燃料棒振动模型能够很好地表征其振动特性。该模型后续可以用于指导核燃料组件的设计分析。     

中创攀业:打造燃料电池全产业链

<正>北京中创攀业新能源科技有限公司(以下简称"攀业")是一家在空冷非增湿质子交换膜燃料电池领域处于国际领先水平的新能源企业。攀业在燃料电池的关键材料制备、电池堆结构设计等关键技术方面取得了突破,拥有完全自主的知识产权,并且在中小功率燃料电池系统的开发、生产和应用上取得了突破性的进展。攀业设有燃料电池专用研发机构及先进的研发设备,研发团队均是在燃料电池方面具备长期研究开发的精英团队,可以为燃     

新型节能减排环保燃料——车用M系列清洁汽(柴)油

<正>禹州市瑞乾新能源有限公司董事长、禹州市创新技术研究所所长陈天德,利用自己的发明专利(专利号为:ZL97122155.3和ZL03137709.2)研发了车用M系列清洁汽(柴)油和工业炉窑用的M系列清洁燃料。特别是车用M系列清洁汽(柴)油是集助溶、增效、环保等功能为一身的新型车用清洁燃料,     

超导HWR腔垂直测试低温系统试验研究

中国科学院先导科技专项ADS(Accelerator Driven Suberitical,ADS)嬗变系统中超导HWR(half-wave resonator,HWR)腔垂直测试需低温系统维持4.2 K(液氦)的低温环境,低温系统降温过程包括氮气置换、液氮预冷、氦气置换和液氦冷却。通过实验建立了低温系统降温4个阶段不同测点温度随时间的变化规律,在此基础上,计算了液氦的消耗速率和杜瓦的静态热负荷,分析了低温系统在稳定工作状态时最佳的液氦补液时间间隔。结果表明:该低温系统满足超导HWR腔垂直测试需求,消耗液氮约175 kg、液氦约2 048 L,低温系统稳定工作时液氦体积消耗速率为32 L/h,杜瓦静态热负荷为21.36 W,液氦合理补液时间间隔为4 h,为后续超导HWR腔垂直测试提供了保障。