氟盐冷却高温堆半实物仿真及初步测试

基于半实物仿真理论,完善了氟盐冷却高温堆设计Mark-1的缩比模型CIET装置的功能,使该装置更能反映出反应堆运行的特点。借助MATLAB与LabVIEW的串口通信功能,在该装置的控制系统中增加中子动力学模型、反应性反馈模型以及温度控制和功率控制模型,使该装置能模拟Mark-1设计的一回路的运行。温度控制实验的测试结果显示,实验装置的加热器能迅速响应控制器的输出,达到设定的目标温度;通过对点堆功率控制模型的PID参数优化,获得较好的功率控制参数和调控结果,为后续优化控制逻辑、研究参数不确定性影响等奠定基础。     

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。     

小型模块化熔盐堆误提棒ATWS事故分析

误提棒未能紧急停堆（Anticipated Transient Without Scram,ATWS）事故是熔盐堆的超设计基准事故之一，以125 MW液态熔盐堆为研究对象，采用RELAP5-TMSR(Reactor Excursion and Leak Analysis ProgramThorium Salt Reactor)程序，针对误提棒ATWS事故，选取三种停堆策略分析反应堆功率和熔盐温度等关键参数的变化。此外对反应性引入价值、提棒速度和温度系数等若干重要因素也开展了相应的敏感性分析。分析结果表明：维持一回路主泵运行、关闭二回路主泵和三回路风机的停堆策略是三种策略中堆芯熔盐温度最低的；在仅维持一回路主泵运行的情况下，温度极值与反应性引入价值、引入速率及温度反应性系数密切相关，温度峰值随反应性引入价值和提棒速度的增加而增大。     

小型模块化氟盐冷却高温堆可燃毒物布置方案

小型模块化氟盐冷却高温堆(Small Modular Fluoride-cooled High temperature Reactor,SM-FHR)具有固有安全和高温输出等特点,适合因地制宜的核能综合利用,促进能源供给模式的多样化发展。简化反应性控制是SM-FHR的设计要点之一。本文针对特定的SM-FHR设计模型,采用MOBAT燃耗程序,分析研究可燃毒物碳化硼颗粒在不同装载量、不同颗粒大小以及不同空间布置等情况下,对SM-FHR剩余反应性的影响。计算结果表明:堆芯燃料可燃毒物体积比为52、可燃毒物颗粒大小为200μm及降低堆芯边缘组件可燃毒物装载量的方案效果较佳。该布置方案的最大剩余反应性从38 000×10~(-5)降到2 500×10~(-5),寿期内最大功率峰因子为1.26,其燃耗天数有所下降,但能满足两年以上换料周期预期。研究表明该可燃毒物布置方案展平了堆芯燃耗深度和功率分布,有利于提高堆芯安全性。     

基于TREND程序的石墨通道液态熔盐堆无保护反应性引入事故初步分析

采用自编系统分析程序TREND,基于液态点堆动力学模型,针对10 MW石墨通道液态熔盐堆的设计,研究分析不同反应性在阶跃引入和线性引入情况下10 MW石墨通道液态熔盐堆堆芯功率、石墨温度和堆芯出口熔盐温度的瞬态变化。结果表明,阶跃引入低于570pcm（1pcm=10?5）反应性,堆系统能在无保护的情况下安全运行;当单根控制棒失提引入约800pcm时,反应性引入速率不超过8pcm/s,反应堆能够利用自身的温度、功率负反馈特性有效地控制功率峰值和降低堆芯出口温度,保证反应堆在无保护情况下安全运行。因此,液态熔盐堆具有良好的固有安全性。      

熔盐堆超临界二氧化碳布雷顿循环系统与热力学分析

熔盐堆（MSR）能实现在线填料和后处理,出口温度较高,应配备一种与之出口温度相匹配的创新型循环方式,且可达到较高的循环效率。本文基于中国科学院上海应用物理研究所设计的小型模块化熔盐堆（smTMSR-400）设计超临界二氧化碳（SCO₂）布雷顿循环系统,使用控制变量法分析了分流比、压缩机/透平效率、主压缩机出口温度、低温换热器换热温差/阻力对SCO₂布雷顿循环系统的影响。分析结果表明:①存在最佳分流比使低温换热器两侧温差相等;②相较于压缩机效率,等幅度的透平效率提升可使系统循环效率和?效率更高;③主压缩机出口压力增大为系统带来正面影响,但循环效率/?效率与其斜率都逐渐降低;④换热器换热温差和流动阻力都为系统循环带来了可量化的负担: 换热温差每增加10 K,循环效率降低1.85%,?效率降低2.70%;流动阻力每增加1 MPa,循环效率降低6.58%,?效率降低10.22%。最后根据分析结果和系统?流变化设计了5种物理参考方案。      

球床结构对PB-FHR中子物理特性的影响研究

氟盐冷却高温球床堆（PB-FHR）中燃料球的装卸依靠浮力完成。球床结构受堆芯几何、装卸料速度、熔盐密度、熔盐流动等诸多因素的影响，其不确定性是反应堆物理设计和安全分析中重点考虑的内容。参考装卸料实验台架（PRED）的实验结果，采用蒙特卡罗程序（MCNP）完成了固态燃料钍基熔盐实验堆（TMSR-SF1）球床堆积密度、球床底部形状、冷却剂泄漏导致的液位下降等因素对中子物理关键参数的影响分析。结果表明，堆积密度的增加（50%~64%）导致燃料球装载量的增加、有效增殖因数的增加、温度系数的增加和控制棒价值的减小；相对于平坦型球床底部结构，外锥型结构会随着锥角的增加导致反应性先增加后减小，内锥型和斜面型结构则会引入负反应性；冷却剂泄漏事故引起的堆芯冷却剂液位大幅降低会导致堆积密实并引入负反应性。      

The effect of Nb additive on Te-induced stress corrosion cracking in Ni alloy: a first-principles calculation

Nb can improve the resistance of Ni-based Hastelloy N alloy to Te-induced intergranular embrittlement. First-principles calculations are performed to research this mechanism by simulating the Ni（111） surface and the ∑ 5（012） grain boundary. The calculated adsorption energy suggests that Te atoms prefer diffusing along the grain boundary to forming the surface-reaction layer with Nb on surface of the Ni alloy. First-principles ten- sile tests show that the Nb segregation can enhance the cohesion of grain boundary. The strong Nb-Ni bonding can prevent the Te migration into the inside of the alloy. According to the Rice-Wang model, the strengthen- ing/embrittling energies of Nb and Te are calculated, along with their mechanical and chemical components. The chemical bonds and electronic structures are analyzed to uncover the physical origin of the different effects of Te and Nb. Our work sheds lights on the effect of Nb additive on the Te-induced intergranular embrittlement in Hastelloy N alloy on the atomic and electronic level.