CARR冷中子源氢系统冷却方式及自稳特性研究

为了解决CARR高核功率、低富集度下冷包壁面的高热流密度及冷中子源装置的开堆-开源和开堆-停源工况等难题,提出了带助冷的两相热虹吸自然循环冷却方式;建立了冷包内氮气、各层冷包材料和液氢之间的换热简化模型,编制了计算程序,并分析了指定条件下的换热量;从理论上推导和建立了该冷却方式的自稳特性方程,并进行了自稳定性分析。结果表明,该种冷却方式不仅解决高热流密度和开堆停源等热工难题,还证明了该冷却方式具有一定的自稳特性。     

CARR冷中子源物理方案研究

冷中子源是中国先进研究堆(CARR)作为应用平台开展中子散射实验的重要系统。本文建立了可开展冷中子源装置氢系统物理方案研究的计算程序和方法。对影响核发热和冷中子增益的多种因素进行了计算和优化选择,确定了氢系统物理方案。分析结果表明:符合CARR冷中子源自身特点且在国际上具有创新意义的月牙形冷包结构,在核发热量较小的条件下获得了较好的冷中子增益。     

冷中子源封闭的两相热虹吸系统自稳特性研究

提出包含缓冲罐在内的封闭两相热虹吸自然循环回路的自稳模型.在缓冲罐与冷凝器间连接管的绝热和瞬间温度平衡两个条件下,研究其自稳特性,并与日本京都大学提出的模型进行了对比,提出提高自稳特性的措施.     

研究堆冷中子源冷包的强度分析

利用ANSYS软件包对某研究堆冷中子源（CNS）的冷包在内外压共同作用下的强度进行分析。分析结果表明，冷包的原设计不甚合理，冷包的局部应力超过了设计应力。变更原结构的几何尺寸后进行了进一步计算分析，并提出了相应的补强方案。改进后冷包的计算结果表明，补强后的结构很好地满足设计要求。研究结果为冷包的实际工程设计提供了依据。     

中国先进研究堆冷中子源单相冷包方案可行性分

在现有的冷源设计中,两相氢循环因其换热能力强而被广泛采用,但它最大的缺点是存在含气率影响慢化的稳定性。能否采用单相循环代替两相循环实现高热流密度的热量输出,是待研究的重点。为兼顾循环流量等宏观特性和流场、温度场分布等细节参数的分析,提出了一种基于迭代的耦合算法,将一维理论公式与三维数值仿真模型相结合,用于分析中国先进研究堆单相冷包方案的可行性。研究发现,单相循环只能带走约30%的核发热,但由于冷包增加了氦冷却套,其余热量全部通过氦气对冷包壁面的直接冷却带走。温度场的分析显示液氢和壁面的最高温度分别为21.7和23.7 K。这说明冷包得到了充分冷却,单相循环及单相冷包结构可满足工程需要。     

中国先进研究堆冷中子源核发热和冷中子增益研究

为准确计算和研究中国先进研究堆（CARR）冷中子源装置氢系统的核发热和冷中子增益，建立了一整套计算方法。对参考堆的验证计算证明了该方法的正确性和有效性。对影响CARR冷中子源核发热和冷中子增益的各种因素（如慢化剂、冷包材料、冷包形状等）进行了计算和优化选择。结果表明：在核发热量较小的条件下获得了较好的冷中子增益。     

研究堆冷中子源装置的研究现状

介绍了研究堆冷中子源(CNS)慢化中子的原理和研究现状，并对国外CNS装置的慢化剂、冷包材料及形状、冷却方式及主要组成系统的特性进行了比较和分析。     

CARR冷中子源系统可行性研究

建立冷中子源装置,开展中子散射实验研究是CARR堆的重点应用之一。由冷中子源装置获得的冷中子,其良好的波动特性,可为生物学、凝聚态物理学和生命科学等领域提供极为有用的研究工具,给出明显优于其他研究手段的研究结果。     

中国先进研究堆冷源尺寸对冷中子导管出口处中子注量率的影响

应用蒙特卡罗方法研究了中国先进研究堆冷中子源尺寸对58Ni和超镜冷中子导管出口处中子注量率的影响,使用2个不同软件获得了一致的模拟结果。对于58Ni导管,需要18cm×30cm的冷中子源尺寸才可使积分中子注量率和直到2nm波长的中子注量率达到饱和,对于m=2的超镜导管对应的尺寸为22cm×36cm。     

一种降低CARR堆冷中子源氢系统中子慢化室内含气率的方法

CARR核功率达60MW;其慢化室中液氢产气量大,含气率高,对于系统的慢化能力、反应堆的安全等都有重大影响。为了降低慢化室与内筒间环形通道中的截面含气率,本文采取在慢化室内筒顶端开孔的措施,以导出慢化室内筒下部金属及液氢核发热产生的氢气。通过对一系列小直径短管的流量与压力关系的测量,获得了小直径短管的流量与压力关联式,并以此关联式为依据,得到了最佳开孔数与最佳直径。论证了此方法在核功率变化时的自我调节性与稳定性。     

中国先进研究堆冷中子源冷包含气率及两相热虹吸循环模拟试验研究

以氟利昂R113为工质对中国先进研究堆(CARR)冷中子源(CNS)两相氢热虹吸循环回路进行了全尺寸模拟试验。以气液密度比、体积蒸发率相等为相似准则，试验研究了循环特性、冷包液位、截面含气率与热负荷的关系。实验观测到，各工况下的模拟回路均能建立稳定的循环，在冷包内形成了内筒含气、环形空间充满一定含气率的气液两相混合物的慢化剂结构。随热负荷变化，模拟系统冷包液位具有自调节性。     

中国先进研究堆事故源项分析

研究建立了中国先进研究堆（CARR）在事故工况下放射性核素从燃料芯块向环境释放的数学模型。根据CARR初步事故分析结果，对可能导致放射性向外界释放的5种事故工况（小破口失水事故、换热器传热板破裂事故、重水回路管道破裂事故、燃料操作事故、冷却剂流道堵塞事故）以及假想的3盒组件燃料板熔化超设计基准事故进行了源项分析，分别给出了不同事故和释放途径下释放到环境的放射性核素的量，以防止事故情况下公众和环境遭受过量放射性损伤。     

中国先进研究堆冷中子导管的模拟研究

应用蒙特卡罗方法对中国先进研究堆(CARR)上的两条冷中子导管CNG1和CNG2的设计方案进行了模拟研究。在假定的冷中子源谱分布下,两条导管出口处的中子注量率均达到1×109cm-2·s-1以上。CNG1和CNG2的中子传输效率分别为50%和42%,中子束最大发散角分别为2 2°和1 9°。中子束沿水平方向的分布均匀,其最大起伏不超过3%。重力显著影响中子束沿垂直方向的分布。     

CARR堆冷中子瞬发伽玛活化分析系统及实验研究

利用中国先进研究堆（CARR）在国内首次开展了冷中子瞬发伽玛活化分析（CNPGAA）实验,采用定制加长的电制冷高纯锗（HPGe）探测器和先进的数字多道谱仪DSPEC®-502进行测量,获得了NH₄Cl样品中元素冷中子瞬发伽玛谱和本底谱等数据,同时利用伽玛放射源¹⁵²Eu、¹³⁷Cs、⁶⁰Co以及NH₄Cl产生的瞬发伽玛射线对探测器在宽能区0.1~8 MeV进行能量刻度。为降低环境辐射本底,HPGe探测器外围采用环形锗酸铋（BGO）康普顿谱仪,10 cm铅以及含⁶Li和¹⁰B材料对中子束流准直屏蔽。此外,利用金片活化法测量了CARR堆运行功率为15 MW时有无冷源情况下冷中子导管B(CNGB)末端1 m处的中子注量率,结果显示有冷源时中子注量率可提高一个量级。