高温气冷堆控制棒硼燃耗特性分析

控制棒价值及其燃耗规律是核反应堆物理设计关注的要点之一。球床式高温气冷堆控制棒位于侧反射层石墨孔道中,吸收体为圆环形的B₄C,其燃耗特性具有特殊性。采用MCNP耦合燃耗计算模块的方法,对控制棒吸收体进行精细划分,分析了各子区域硼的详细燃耗特性及控制棒价值的变化规律。计算结果表明,由于强烈的空间自屏效应,虽然吸收体外层硼燃耗很多,但吸收体内层硼燃耗很少,因此,反应堆运行寿期末控制棒价值减少很小。     

杂质硼在高温气冷堆中的燃耗特性

在球床式高温气冷堆的堆芯和石墨反射层中,不可避免地含有少量杂质硼。硼杂质的存在及其燃耗会对反应堆的反应性产生影响。对于多次通过的球床堆芯,根据燃料元件的运行历史计算所有元件的硼燃耗,对于中子注量率差别较大的反射层,分区计算了硼燃耗。再采用微扰理论,计算燃耗过程中硼反应性价值的变化。计算结果表明,硼杂质燃耗很快,因此,硼杂质对反应性的影响降低很快。     

高温气冷堆石墨材料强度的评价

根据10MW高温气冷实验反应堆（HTR－10）所用的石墨（IG11）强度性能的试验,对试验数据进行正态分布参数拟合,并作出评价,得出石墨材料的规定最小强度,为HTR－10的石墨部件分析提供了可靠的数据。通过对同源石墨的威布尔分布的参数拟合,得到石墨部件强度威布尔分布。     

高温气冷堆用含硼碳对水蒸气的吸附特性研究

高温气冷堆中使用了大量的碳材料,其中含硼碳（BC）因其优秀的物理特性而被大量用于堆芯的结构材料。BC是一种典型的多孔材料,暴露于空气中会吸附水分等杂质,其对水蒸气的吸附和脱附特性将直接影响初装堆芯的除湿过程。通过动态吸附和脱附实验详细测定了BC的水蒸气吸附等温线,使用低相对湿度的吸附数据拟合BET方程,并得到高相对湿度下的BET预测值。研究结果表明,水蒸气在BC表面属于多层物理吸附,脱附曲线较吸附曲线有一定的滞后,水蒸气能深入进材料内部,这也导致在较高的相对湿度下很难达到吸附和脱附平衡。     

高温气冷堆用含硼碳对水蒸气的吸附特性研究

高温气冷堆中使用了大量的碳材料,其中含硼碳(BC)因其优秀的物理特性而被大量用于堆芯的结构材料。BC是一种典型的多孔材料,暴露于空气中会吸附水分等杂质,其对水蒸气的吸附和脱附特性将直接影响初装堆芯的除湿过程。通过动态吸附和脱附实验详细测定了BC的水蒸气吸附等温线,使用低相对湿度的吸附数据拟合BET方程,并得到高相对湿度下的BET预测值。研究结果表明,水蒸气在BC表面属于多层物理吸附,脱附曲线较吸附曲线有一定的滞后,水蒸气能深入进材料内部,这也导致在较高的相对湿度下很难达到吸附和脱附平衡。     

高温气冷堆复合联合循环特性研究

高温气冷堆具有900~1 000℃的出口温度,其能量转换系统可采用回热循环和联合循环而具有较高的效率。然而,回热循环对回热器回热度的要求较高,而联合循环的反应堆入口温度较低,不利于循环效率的提高。为进一步提高循环效率,本文提出了一种复合联合循环方案,分析了预冷器和回热器对复合循环效率的影响,并与回热和联合循环进行了比较。结果表明,当反应堆出口温度为950℃、回热器回热度为0.95时,不设置预冷器的复合循环效率可达54.2%。随回热器回热度的增大,不设置预冷器时的复合循环与设置预冷器时的效率差由1.7%逐渐减小。比较回热、联合和复合3种循环方案发现,提高透平总的做功能力较减小压气机功耗更有利于效率的提高。当反应堆出口温度为900~1 200℃时,复合循环的最佳效率较回热循环高3.6%~4.0%,较联合循环高1.9%~2.7%;当反应堆入口温度存在限值且高于500~550℃时,复合循环具有最高的效率。     

高温气冷堆氦气轮机基本特性研究

高温气冷堆氦气轮机循环被认为是将来核能发电领域中最有潜力的方案之一。首先对高温堆氦气轮机循环进行分析和优化 ,然后着重从热力学和气体动力学角度研究氦气轮机的基本特性。结果表明 ,氦气轮机有两个主要设计特点不同于通常的燃气轮机 :一个是叶片级数多 ;另一个是叶片高度低 ,这些特性分别由氦气的物性和闭式循环的高压所导致。     

高温气冷堆和轻水堆超铀元素管理特性研究

乏燃料中长寿命锕系元素对环境造成长期潜在危害,本文研究球床高温气冷堆不同燃料循环中超铀元素的产生和焚烧特性。在250 MW球床模块式高温气冷堆示范电站HTR-PM铀钚循环的乏燃料中提取铀和钚作为核燃料,设计了PuO₂和MOX燃料元件,将新设计的燃料元件重新装入与HTR-PM相同结构和尺寸的堆芯,分别形成纯钚燃料循环和MOX燃料循环。采用高温气冷堆物理设计程序VSOP,研究了高温气冷堆一次通过燃料循环和不同闭式燃料循环的超铀元素焚烧特性,并与轻水堆燃料循环结果进行比较和分析。结果表明：高温气冷堆一次通过燃料循环超铀元素生成率约为轻水堆的1/2;高温气冷堆闭式燃料循环能有效嬗变超铀元素。     

高温气冷堆简化型联合循环特性研究

高温气冷堆具有900~1000℃的出口温度而使其具备采用联合循环发电的潜力。在典型高温气冷堆氦气 蒸汽联合循环中,氦气回路多采用预冷器等设备以降低压气机入口温度和压缩功,但这也使反应堆的入口温度过低而影响联合循环效率的进一步提高。为提高循环效率,对联合循环中的预冷器对循环效率的影响进行了热力学分析,提出了联合循环中是否需设置预冷器的判据,并根据这一判据提出了一种简化型联合循环,即无预冷器的联合循环。简化型联合循环的优化结果表明,在950 ℃的反应堆出口温度下,其循环效率可达52.2%,较典型联合循环的效率提高了1.4%,较回热循环的效率提高了1.7%。与回热循环相比,在反应堆出口温度较高而其入口温度要求较低的工况下,简化型联合循环更具有优势。     

HTR堆内碳素构件孔结构及吸湿特性研究

通过压汞法、N₂吸附法,结合SEM研究了石墨（IG-110）和含硼炭砖（BC）的孔结构,采用XPS分析了材料表面基团,测试了两种材料在不同湿度环境下的动态吸湿过程,分析了孔结构、表面基团、环境湿度对吸湿量的影响,为高温气冷堆（HTR）堆内碳素构件的防潮、除湿提供科学参考。结果显示：BC拥有发达的5 μm以上开口大孔,存在广泛的中孔级别裂隙;IG-110则绝大多数为开口孔隙,1～5 μm的孔隙较为集中。开口孔径的大小和数量是影响吸湿的重要因素。BC平衡吸湿量明显大于IG-110平衡吸湿量;两种材料在不同湿度条件下初始2 h内的吸湿量急速增长;不同湿度条件下,一般在5～8 h内都能达到平衡,在25 ℃下湿度为60%～90%时平衡吸湿量随湿度呈线性关系。     

气体扩散法分离二氧化碳实验研究

随着碳13呼气检测实验的推广和普及,碳13同位素产品的市场需求呈上升趋势.为探索碳13同位素的工业化分离方法,开展以二氧化碳为介质分离碳同位素的气体扩散分离实验研究.根据二氧化碳的平均自由程,使用平均孔径55～65 nm的有机高分子多孔膜作为分离膜,并开发了单级分离装置.通过单级扩散分离实验,探究分离膜层数和膜前压强对...     

黄土包气带土壤水动力弥散系数的测定研究

本文主要介绍了黄土包气带土壤水动力弥散系数的测定方法及用水平土柱法的测量结果,同时也给出了用水特征曲线计算法得出的水动力弥散系数。     

Hydrogen Concentration Dependence of Tritium Tracer Diffusion Coefficient in Alpha Phase of Niobium

In order to examine influences of coexistent hydrogen isotopes on diffusion behavior of tritium in niobium, tracer diffusion coefficients D_t of tritium in alpha phase of hydrogenated and deuterized niobium (α-NbH_xT_y and α-NbD_xT_y (x<0,8,y<<x)) have been measured at 473 K, 493 K and 553 K. The data on D_t show typical hydrogen concentration dependence: D_t of tritium for both α-NbH_xT_y, and α-NbD_xT_y, decreases with hydrogen concentration under all experimental conditions. The obtained concentration dependence of D_t of tritium differs from that of D_t of protium in α-NbH_x or of deuterium in α-NbH_xT_y. On the other hand, no appreciable differences in the concentration dependence of D_t of tritium between α-NbH_xT_y, and α-NbD_xT_y, are observed: there are no definite isotope effects due to the coexisting hydrogen isotopes. This result suggests that D_t of tritium for a tritiated niobium (α-NbT_x) is not very different from that for α-NbH_xT_y and α-NbD_xT_y. The chemical diffusion coefficient D* of tritium is also evaluated on the basis of the obtained D_t of tritium and of a literature value of a thermodynamic factor F for Nb-H and Nb-D systems.     

氡通过不同滤膜的扩散系数测量研究

基于气体透过滤膜的扩散原理,对应用于固体核径迹探测器累积测氡的三种滤膜在四种不同湿度下的氡扩散能力进行研究。实验结果表明:醋酸纤维滤膜和普通滤纸的扩散能力明显强于PE滤膜,更适用于固体核径迹测氡,且湿度对三种滤膜氡扩散能力的影响不明显。通过本次实验得到,醋酸纤维滤膜的扩散系数为1.46×10~(-9)m~2/s~2.59×10~(-9)m~2/s,普通滤纸的扩散系数为1.01×10~(-9)m~2/s~1.45×10~(-9)m~2/s。     

拉格朗日烟团模型的大气扩散系数自适应修正

在核事故后果实时评价系统中,拉格朗日烟团模型作为大气扩散模型得到了广泛应用。大气扩散系数是影响烟团模型的重要参数之一,本文提出一种动态修正拉格朗日烟团模型的大气扩散系数的自适应方法,以提高放射性核素浓度分布计算的准确性。该方法利用观测的核素浓度数据、气象数据和源项释放数据,以最小二乘法实时地对大气扩散系数进行了估计。使用大气扩散模型验证工具MVK中的Kincaid实验数据,将动态大气扩散系数自适应修正方法与传统的以Pasquill-Gifford（P-G）曲线为基础的方法相比较,结果表明,大气扩散系数自适应修正方法能提高拉格朗日烟团模型计算结果的准确性。     

核级石墨微观孔隙有效扩散系数研究

有效扩散系数是描述石墨内部扩散传质的重要参数,传统经验公式中的单一平均孔径假设无法反映石墨内部复杂的孔隙孔径分布规律及其对扩散的影响,现有核级石墨的有效扩散系数计算公式与实验结果相差较大。考虑到受Knudsen扩散影响,并根据核级石墨微观孔隙孔径分布规律及扩散理论将孔径范围分为两类,从而对有效扩散系数计算公式进行了修正。采用压汞仪对IG110核级石墨未氧化及不同温度下等温氧化样品进行了孔径分析,采用本文修正公式计算了有效扩散系数并与实验测量结果进行了比较。同时对失重率、温度和压力对有效扩散系数的影响进行了讨论。结果发现,修正公式计算结果与核级石墨扩散系数的实验结果相符,提高了核级石墨有效扩散系数的计算精度。有效扩散系数随失重率的增加而升高,失重率低于20%时增长明显。有效扩散系数与温度呈0.528次方关系,与压力大致呈-0.33次方关系。     

Effect of Spatial Variation of Flux on Diffusion Coefficient of a Cylindrical Cell

In order to improve the performance of the sodium vapor trap, the sodium trapping efficiency has been analyzed using a simplified model of the mesh-packed region, supplemented by considering the effect of mist formation in the trap. The results led to the following conclusions:

(1) When mist containing sodium vapor is supplied to the trap, the sodium trapping efficiency is greatly lowered because of condensation of vapor to inist.

(2) Even if the sodium vapor contains no mist initially, it forms when nuclei for condensation exist which are larger than a critical value. This mist formation causes a decreased sodium trapping efficiency.

(3) The sodium trapping efficiency can be maximized by decreasing the gas temperature along the mesh in a manner inversely proportional to the trap length.