HFETR堆辐照孔道释热率测量装置研制

为解决HFETR堆中心孔道活性区相关材料释热率的测量问题,开展了释热率测量装置的研制。在研制过程中,基于量热法的基本原理,辐照孔道的结构限制和反应堆的要求,进行了测量装置结构设计、强度校核和热工分析。测量装置组装完成后,在HFETR堆G07孔道开展了测量试验,同时测得了321不锈钢、6061铝合金和Zr-4合金三种材料在HFETR堆活性区450mm和750mm处的释热率。试验结果显示:测量装置在测量过程中运行稳定可靠,满足HFETR堆安全运行要求;量热计结构小巧紧凑,可同时测量多种材料的释热率;量热计模块化设计,安装于测量装置的不同轴向位置,可同时测量辐照孔道不同轴向位置的释热率;测量结果较好地体现了释热率与堆功率、测量位置的相关性,测量结果可靠有效。     

模块式套管型随堆辐照考验装置的研制

为进行材料在高γ释热区的辐照考验,研制了模块式套管型随堆辐照考验装置(MTIR)。该随堆辐照考验装置具有辐照温度测量和调节功能,在高γ释热率条件下能够对试验段进行强化冷却。堆内验证试验表明,该装置能够实现材料样品的辐照考验指标,可使高通量工程试验堆(HFETR)内层辐照孔道得到有效利用,缩短材料堆内辐照试验周期,提高HFETR辐照能力。     

高通量工程试验堆高γ释热区管型冷却辐照装置的试验研究

高通量工程试验堆(HFETR)活性区内材料的γ释热量大,把盛放样品的试验装置放入充满氦气的辐射孔道(干孔道)中,当反应堆运行在三分之一额定功率时,电站结构材料和生产堆用石墨等样品的γ热引起的温升已超过试验温度。为了解决HFETR在材料辐照中出现的这一问题,依据管型元件的传热原理,我们研制的高γ释热区管型冷却辐照装置已应用在材料辐照试验中。本文综述了用于HFETR高γ释热区材料试验的管型冷却装置试验技术,包括装置的系统、结构、热工和水力设计,试验结果与分析等。     

反应堆中心孔道辐照材料的中子与γ释热研究

反应堆辐照材料上中子与γ的释热率是该材料在堆中热工计算的重要输入参数.本文基于蒙特卡罗粒子输运程序(MCNP),计算了某堆首炉高热中子堆芯布置下,L12中心孔道中不同材料(水、T6061铝、单晶硅、不锈钢、锆合金)轴向的中子、γ释热率分布.计算结果表明,活性区轴向高度为0～1000 mm,中子与γ在材料上的最大释热率点...     

γ量热计及HFETR中γ释热率的测量

本文介绍了适用于高 γ 释热率测定的量热计设计及在高通量工程试验反应堆(HFETR)的G_7,辐照孔道中的 γ 释热率测量,其测量误差在±4.5%以内.     

CFETR先进小样品辐照胶囊优化与热工安全分析

中国聚变工程试验堆（CFETR）先进材料辐照考验样品所在胶囊结构较为复杂,其内部填充氦气,胶囊肋条尺寸、位置以及胶囊内部填充材料对样品温度影响大。基于STAR-CCM+程序建立CFETR先进小样品辐照装置内胶囊全尺寸模型,针对样品的目标温度,对胶囊的肋条和填充材料进行了调整。对于胶囊内整体样品释热率较低的情况,采用释热率较大的钨材料作为填充材料,可以明显提高整体样品温度;对于局部样品释热率差别较大的情况,调整局部肋条的尺寸和位置,能够很好控制样品间的温度,使样品计算温度满足目标温度范围。结果表明：采用上述方法进行优化后,样品中心温度能够满足目标温度范围,且满足入高通量工程试验堆（HFETR）辐照的热工安全,保证整个辐照任务能够顺利开展。     

HFETR堆芯及φ63辐照孔道γ释热研究

采用蒙特卡罗方法对高通量工程试验堆堆芯内的γ释热分布进行了详细的计算分析和研究,并对堆芯内φ63辐照孔道在不同状态下的γ释热分布进行了详细准确的研究。计算结果表明：堆芯内γ释热功率为3．29MW,燃料元件功率62．8MW,分别占堆芯总功率（70MW）的4．7％和89．7％;3个φ63辐照孔道内单位质量介质γ释热率分别为：G7孔道为3．016W／g,P12孔道为3．733W／g,P15孔道为3．627W／g。本研究为HFETR堆芯及各组件的热工安全分析提供了必要的数据,保证了反应堆的安全运行,节约了反应堆的运行成本,提高了反应堆的经济性。     

蒙特卡罗方法用于HFETR堆芯γ释热的可行性研究

采用蒙特卡罗方法对高通量工程试验堆(HFETR)堆芯内的γ释热进行了计算,并将计算结果与实测值进行了比较.结果表明:用蒙特卡罗方法计算HFETR堆的γ释热率是可行的,具有满意的计算精度.因此,在实际工程中可采用蒙特卡罗方法来计算HFETR及堆芯内任意位置的γ释热.     

采用~3He回路的功率跃增辐照装置物理特性研究

功率跃增辐照装置用于研究堆内进行燃料元件功率跃增试验(PRT)。对置于高通量工程试验堆(HFETR)中的PRT辐照装置,采用MCNP程序计算装置的中子学特性、各结构的释热率及其轴向分布;采用物理-热工耦合计算方法,结合MCNP程序和CFX程序,得到3He回路压力范围内燃料棒的功率变化。结果表明:3He气体层能显著削弱进入氦屏以内结构的热中子流,并降低装置及其周围的中子注量率;改变3He气体密度能显著地改变装置及其周围的中子场,有效地调节试验燃料棒的功率。燃料芯块释热功率随3He气体压力的减小而单调递增,其计算值与采用自然对数函数拟合的曲线吻合良好。     

熔盐冷却球床实验堆堆内热源分布计算与分析

熔盐冷却球床堆采用球形燃料元件,冷却剂采用高温熔盐,其堆内热源分布与压水堆有着明显的区别,而与同样使用球形燃料元件的高温气冷堆相比,燃料球产生的中子和γ会在冷却剂中沉积更多的能量,因此准确计算堆内释热率分布对于这种新型反应堆的热工水力设计、瞬态分析、结构力学设计等都有重要意义。本文使用蒙特卡罗计算程序MCNP对中国科学院设计的10 MW固态燃料钍基熔盐实验堆(TMSR-SF1)堆内的释热率分布进行了详细计算研究,通过使用光子产生偏倚卡(pikmt),经过3次MCNP输运计算得到了TMSR-SF1寿期初(BOL)及寿期末(EOL)堆内各部件的总释热率、体积释热率分布和最大体积释热率。计算结果显示,燃料球释热率占堆内总释热率的94%以上,熔盐和反射层释热率占总释热率的1%以上,其他堆内部件释热率的比例都小于1%。寿期末燃料球、控制棒与石墨球的释热率均有所减少,而反射层等其他构件的释热率有所增加。     

基于HFETR的快堆燃料短棒辐照试验方案设计与分析

综合考虑辐照试验指标与燃料试验安全、高通量工程试验堆（HFETR）运行要求、试验段压差波动等因素,基于HFETR开展了快堆燃料短棒辐照试验方案设计与分析,确定了铅铋合金层厚度、冷却水流道结构、阻力塞结构、冷却水流量等关键参数,获得了热棒包壳最高温度为(490±60)℃的高线功率密度辐照试验方案。试验结果表明,热棒最大线功率密度为68~85 kW/m时,包壳与燃料芯体温度满足辐照试验要求且留有余量;在200~300 kPa堆芯压差范围内,相同压差下试验段流量的计算流体力学（CFX）计算值比试验值偏小9% ~11%;试验段外侧窄缝流道的流量份额为7.3%,显著低于该流道的流通面积份额,满足线功率密度为85 kW/m时燃料短棒的冷却要求。本文提出的辐照试验方案可为快堆燃料棒的高线功率密度辐照试验提供参考。      

核反应堆初次装料过程中堆芯中子计数率监测装置的研制

为实现核反应堆首次装料及换料过程中的安全控制,研制了核反应堆初次装料监测装置,完成了装置相关机械结构、电气结构设计和制造工作,装置主要包括3 He正比计数管探头组件、脉冲计数装置等.其中,探头组件采用新型结构,机械结构采用马笼头结构防水接头、防水屏蔽套筒和承重核测多芯屏蔽电缆组合的形式,探头组件电路结构采用快电荷灵敏前...     

Integrated Behavior of Carbon and Copper Alloy Heat Sink Under Different Heat Loads and Cooling Conditions

An actively water-cooled limiter has been designed for the long pulse operation of an HT-7 device, by adopting an integrated structure-doped graphite and a copper alloy heat sink with a super carbon sheet serving as a compliant layer between them. The behaviors of the integrated structure were evaluated in an electron beam facility under different heat loads and cooling conditions. The surface temperature and bulk temperature distribution were carefully measured by optical pyrometers and thermocouples under a steady state heat flux of 1 to 5 MW/m^2 and a water flow rate of 3 m^3/h, 4.5 m^3/h and 6 m^3/h, respectively. It was found that the surface temperature increased rapidly with the heat flux rising, but decreased only slightly with the water flow rate rising. The surface temperature reached approximately 1200℃ at 5 MW/m^2 of heat flux and 6 m^3/h of water flow. The primary experimental results indicate that the integrated design meets the requirements for the heat expelling capacity of the HT-7 device. A set of numerical simulations was also completed, whose outcome was in good accord with the experimental results.     

241Am-Be中子源紧凑型屏蔽装置及辐照器设计

²⁴¹Am-Be中子源被广泛用于实验研究,为保护实验人员免受中子及γ射线照射,需要设计适当的屏蔽。利用蒙特卡罗方法计算中子透射不同材料后的能谱分布与剂量,优选各层屏蔽材料种类与厚度,设计一套²⁴¹Am-Be中子源紧凑型屏蔽装置。装置由内而外采用钨+聚乙烯+含硼聚乙烯+不锈钢进行防护,外表面周围剂量当量率H^*(10)低于10μSv/h,满足辐射防护要求。同时对装置内部热中子、超热中子和快中子注量分布进行研究,确定装置快中子和热中子输出通道最佳位置。在辐照装置同时开放快中子和热中子通道进行实验测试时,需要设置距离大于130 cm的控制区,以保障操作人员安全。     

空间堆辐射散热器设计分析

本文针对空间堆热管辐射散热器进行了初步设计分析,建立了单块辐射板传热模型,包括冷却剂与蒸发段的对流换热、热管内部由蒸发段到冷凝段的传热、冷凝段和C-C包壳之间的传热、C-C包壳辐射散热量等。选取了5种不同热管数目的方案进行计算,得到每种方案下冷却剂支管冷却剂温度沿流动方向的变化规律。结果表明,当热管根数为7 436时,满足设计要求。在热管根数固定的情况下,辐射散热器的最佳翅片宽度为30 mm,单块辐射板合适的冷却剂流量为0.5 kg/s。     

数值反应堆堆芯通道级三维热工水力程序CorTAF开发及初步验证

堆芯是核动力系统的核心部件,其完整性是反应堆安全运行的重要前提。传统核反应堆堆芯热工水力分析方法无法满足未来先进核动力系统的高精度模拟需求。本文依托开源CFD平台OpenFOAM,针对压水堆堆芯棒束结构特点建立了冷却剂流动换热模型、燃料棒导热模型和耦合换热模型,开发了一套基于有限体积法的压水堆全堆芯通道级热工水力特性分析程序CorTAF。选取GE3×3、Weiss和PNL2×6燃料组件流动换热实验开展模型验证,计算结果与实验数据基本符合,表明该程序适用于棒束燃料组件内冷却剂流动换热特性预测。本工作对压水堆堆芯安全分析工具开发具有参考和借鉴意义。     

On monitoring the tritium breeder in a lead–lithium cooled ceramic breeder (LLCB) module of the ITER

The operation of a tritium breeder is a most process among engineering problems of DEMO. In this study, a design for monitoring tritium-breeding in the reactor is discussed. Additionally, a system for the experimental estimation of the tritium-breeding ratio (TBR) and the tritium-breeding dynamics in a lead–lithium cooled ceramic breeder (LLCB) test module used in the ITER is proposed. The systems are based on tritium and neutron-flux measurements under the ITER plasma D–T experiments and the use of lithium ortho-silicate and lithium carbonate samples and neutron detectors. Different lithum-6 and lithium-7 isotope contents in the samples are used to measure neutron spectrum. The samples and detectors are delivered in containers to the test breeder module (TBM) on a monitor channel connecting the TBM to an operating zone of the ITER. The tritium content in the samples is measured in a laboratory by the liquid scintillation method.Pneumatic control is used to deliver the samples to the TBM and to extract the samples using the channel during plasma-operational pauses. Neutron calculation is performed to estimate the tritium content in the samples and the heat distribution in the materials of the channel under reactor irradiation. A measurement accuracy of the tritium content in the carbonate and orthosilicate samples can attain a level of 7% and 10%, respectively. The results of the channel-cooling calculation performed under the nominal operating conditions of the TBM (a plasma pulse) are presented in the paper.     

热管堆中分段式温差发电器的仿真分析

温差发电器（TEG）是一种能够直接将热能转化为电能的器件设备,因此可在热管堆中将TEG作为能量转换系统。但当热管堆堆芯的平均或最高温度超过1 000 K后,TEG的缺陷就会暴露出来。分段式温差发电器（STEG）可解决这一问题。本文在COMSOL软件中搭建了STEG模型,确定了数值模拟方法,并对STEG的几何形状和热电性能进行了优化设计,将热管与STEG组合成单通道模型来进行仿真计算。对STEG进行了稳态的仿真计算,得到STEG的几何优化设计,并探究了热电和热力性能,热电转换效率最高可达15.75%,最大应力约为270 MPa。在单通道模型中,结合STEG的最优几何设计,热电转换效率最高可达15.63%。本文工作可为STEG与热管堆结合的数值模拟提供相应的基础。     

多层套管燃料元件工程热点因子敏感性分析

为保证反应堆的安全,并对燃料元件的制造加工提出合理可行的要求,从元件制造加工和反应堆运行测量两方面对多层套管燃料元件工程热点因子的敏感性进行了分析。结果表明：流道间隙偏差直接影响元件热源的导出,由此引起的工程热点因子造成的温升较大。