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中国原子能科学研究院先进核燃料研发领域研究进展与挑战
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作者 何晓军 姚钦文 +6 位作者 韩智杰 苏喜平 张爱民 程全 邹远方 张培升 李思远 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第9期2074-2083,共10页
本文回顾了中国原子能科学研究院(简称原子能院)75年来在核燃料领域取得的成果,结合新时代反应堆工程技术的发展需求,总结了新型核燃料研发面临的挑战。原子能院经过75年的艰苦奋斗,在研究堆燃料、快堆燃料、先进压水堆燃料以及特种动... 本文回顾了中国原子能科学研究院(简称原子能院)75年来在核燃料领域取得的成果,结合新时代反应堆工程技术的发展需求,总结了新型核燃料研发面临的挑战。原子能院经过75年的艰苦奋斗,在研究堆燃料、快堆燃料、先进压水堆燃料以及特种动力堆燃料领域取得突破性成果,建立了覆盖设计分析、制备工艺、试验验证和辐照考验及辐照后检验的完整核燃料研发体系。先进核燃料研发面临研发周期长、技术难度大等问题,新质新域反应堆技术的发展也给核燃料研发带来了新的挑战,未来需结合加速燃料辐照、人工智能、增材制造、数字孪生等新技术的应用,进一步突破新型核燃料研发瓶颈。 展开更多
关键词 核燃料研发 技术创新 加速燃料辐照 人工智能
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加热棒束通道丝网传感器两相流探测方法及影响因素研究
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作者 周洋 周文雄 +1 位作者 谭煦滨 潘良明 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第7期75-84,共10页
加热棒束通道内的气液两相特性分析对反应堆安全运行至关重要。通常采用实验的方法对棒束通道内的两相流特性展开研究。常温下棒束通道的实验中丝网传感器是一种常用的测量手段,但其在带电棒束通道中的应用较少。基于有限元仿真软件中... 加热棒束通道内的气液两相特性分析对反应堆安全运行至关重要。通常采用实验的方法对棒束通道内的两相流特性展开研究。常温下棒束通道的实验中丝网传感器是一种常用的测量手段,但其在带电棒束通道中的应用较少。基于有限元仿真软件中的静电场方法分析了带电棒束通道内电场的存在对丝网传感器的测量影响,并通过实验对仿真结果进行验证。结果表明,在带电棒束通道中,施加给发射电极的激励电压越大,测量区域对气液两相的敏感性越强,越有利于丝网传感器对气液两相的识别。通过20V激励电压下的成像实验验证了该条件下丝网传感器测量的可行性。 展开更多
关键词 棒束通道 两相流 丝网传感器 有限元法
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空间核动力燃料发展趋势与研究进展 被引量:1
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作者 吴学志 魏国良 +3 位作者 郭骁 屈哲昊 王轩 任劲如 《材料导报》 北大核心 2025年第5期109-114,共6页
空间核动力是未来实现深空探测和载物运输的关键技术之一,空间核动力具有工作寿命长、机动性能好和受太空环境影响小的特点,是空间环境中可提供能量的优质能源。核燃料是空间核动力反应堆的核心部件,处于长时、高温和强辐射的服役环境,... 空间核动力是未来实现深空探测和载物运输的关键技术之一,空间核动力具有工作寿命长、机动性能好和受太空环境影响小的特点,是空间环境中可提供能量的优质能源。核燃料是空间核动力反应堆的核心部件,处于长时、高温和强辐射的服役环境,是影响空间核反应堆能否高效稳定运行的关键材料,与传统压水堆UO_(2)燃料存在较大不同。本文综述了以空间核电源与核推进为代表的空间核动力反应堆燃料的发展趋势与研究进展,对比分析了不同空间核动力系统燃料体系的区别,从燃料设计、工艺制备、性能分析与服役评价等方面系统阐述了影响空间核动力燃料应用的关键问题,提出了未来我国空间核动力燃料的技术方向与研究重点,为我国先进空间核动力反应堆燃料的优化设计与性能提升提供支持。 展开更多
关键词 空间核动力 反应堆 燃料 核电源 核推进
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基于拓扑优化的燃料组件下管座过滤结构设计方法研究
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作者 段鑫 霍东 +4 位作者 任全耀 李权 张博 章静 孟亮 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第S2期410-417,共8页
下管座是支撑定位燃料组件的基本结构件,具备异物过滤及提供冷却剂通道的关键作用,对提高反应堆的安全性有重要意义。为提升下管座的异物过滤性能,基于拓扑优化理论提出了一种全新的下管座过滤结构设计方法。将异物过滤问题抽象为异物... 下管座是支撑定位燃料组件的基本结构件,具备异物过滤及提供冷却剂通道的关键作用,对提高反应堆的安全性有重要意义。为提升下管座的异物过滤性能,基于拓扑优化理论提出了一种全新的下管座过滤结构设计方法。将异物过滤问题抽象为异物与过滤结构的几何约束问题,从而耦合到流道拓扑优化的过程中,实现异物过滤性能和压降性能的综合优化。选取反应堆内的典型异物开展过滤结构优化设计,利用CFD方法分析压降性能,通过增材制造打印完成过滤结构试验件制备,并开展异物过滤试验验证异物过滤性能。研究结果表明,相较于原结构,在?1.8 mm×10 mm、φ1 mm×8 mm、φ8 mm×1.2 mm三种典型异物的过滤试验中,异物过滤性能分别提升60%、25%、20%。CFD数值模拟结果表明,拓扑优化过滤结构的压降相较于原结构降低了27%。基于拓扑优化的异物过滤结构实现了异物过滤性能和压降性能的综合显著提升。 展开更多
关键词 燃料组件 下管座 拓扑优化 异物过滤试验 增材制造
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粉末挤出打印制备异型UO_(2)-W燃料的脱脂-烧结工艺优化与致密化研究
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作者 邵宗义 赵雨梦 +4 位作者 荀雨轩 张争荣 曹军文 刘伟 刘文涛 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第S2期320-330,共11页
钨基二氧化铀(UO_(2)-W)金属陶瓷燃料因其高熔点、优异导热性及辐照稳定性,在空间核热推进系统中具有重要应用潜力。钨金属熔点高、硬度大,传统粉末冶金工艺难以实现异型钨基金属陶瓷燃料结构的精密成型,而粉末挤出打印(PEP)技术可通过... 钨基二氧化铀(UO_(2)-W)金属陶瓷燃料因其高熔点、优异导热性及辐照稳定性,在空间核热推进系统中具有重要应用潜力。钨金属熔点高、硬度大,传统粉末冶金工艺难以实现异型钨基金属陶瓷燃料结构的精密成型,而粉末挤出打印(PEP)技术可通过逐层堆积实现钨基燃料的高精度成型。针对核热推进系统对异型UO_(2)-W金属陶瓷燃料的研发需求,通过优化蜡基黏结剂配方,制备出UO_(2)体积分数≥55%的均匀喂料;采用PEP技术实现蜂窝状UO_(2)-W燃料芯块的成型;结合正庚烷脱脂与氢气烧结,成功制备出UO_(2)-W燃料芯块样品。性能检测结果表明,芯块样品中UO_(2)与W分布均匀,密度达理论密度的96%以上,硬度达520 HV。本研究验证了PEP技术在异型金属陶瓷燃料制备中的可行性,为复杂形状燃料的设计制造提供了工艺基础。 展开更多
关键词 UO_(2)-W金属陶瓷燃料 粉末挤出打印 核热推进 脱脂工艺 致密化烧结
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锆合金表面Al_(0.2)CrFeNiCu_(1.5)高熵合金涂层的组织与性能研究
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作者 陈志培 任晓娜 葛昌纯 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第2期429-435,共7页
采用超高速激光熔覆技术在锆合金棒上成功制备了Al_(0.2)CrFeNiCu_(1.5)高熵合金涂层,涂层与基体具有良好的冶金结合,没有裂纹和气孔等缺陷。采用扫描电子显微镜对涂层进行了形貌和能谱分析,用显微维氏硬度计和电化学工作站对涂层的硬... 采用超高速激光熔覆技术在锆合金棒上成功制备了Al_(0.2)CrFeNiCu_(1.5)高熵合金涂层,涂层与基体具有良好的冶金结合,没有裂纹和气孔等缺陷。采用扫描电子显微镜对涂层进行了形貌和能谱分析,用显微维氏硬度计和电化学工作站对涂层的硬度和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明:涂层底部与基体之间存在元素的相互扩散,热影响区宽约86μm,在其界面处可以观察到垂直生长的柱状晶。涂层组织主要由灰黑色的枝晶区和灰白色的枝晶间区组成。涂层成分均匀,硬度最高可达690 HV,高熵合金特有的固溶强化、晶格畸变和缓慢扩散效应是其具有高硬度的主要原因。涂层的自腐蚀电流密度为6.241×10^(-8) A/cm^(2),极化电阻为1.181×10^(6)Ω/cm^(2),阻抗为2.326×10^(6)Ω/cm^(2),Al_(0.2)CrFeNiCu_(1.5)高熵合金涂层提高了锆合金基体的耐腐蚀性能。 展开更多
关键词 激光熔覆 高熵合金涂层 耐腐蚀性能
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燃料组件破损棒自动超声检查系统关键技术研究
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作者 高三杰 肖湘 +2 位作者 秦梦淋 刘莉 邓志勇 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第S01期296-300,共5页
燃料组件长期服役过程中,会因为振动、材料老化、强辐照等原因发生破损,这为核电机组安全运行带来隐患,而燃料组件破损自动超声检测系统尚未达到完全国产化。为此,该文从检测理论、探头和采集系统方面讨论了自动超声检测系统中的关键技... 燃料组件长期服役过程中,会因为振动、材料老化、强辐照等原因发生破损,这为核电机组安全运行带来隐患,而燃料组件破损自动超声检测系统尚未达到完全国产化。为此,该文从检测理论、探头和采集系统方面讨论了自动超声检测系统中的关键技术,同时对声束传播过程和响应进行了仿真和试验验证。试验结果表明,实际测量结果与理论模型吻合,自主研制的自动超声检查系统可有效分辨燃料组件破损棒。 展开更多
关键词 超声波 燃料组件破损棒 超声检查系统
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弥散流工况下矩形窄缝通道鼓包对流动传热的影响
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作者 卢嘉鸣 王言 +2 位作者 姚嘉晔 洪钢 张尧立 《厦门大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期177-185,共9页
[目的]分析弥散流膜态沸腾工况下鼓包尺寸及间距对通道流动传热的影响.[方法]采用Ansys Fluent软件对带鼓包结构的矩形窄缝通道进行几何建模和网格划分,并针对弥散流传热机理构建弥散流传热数值计算模型,对不同鼓包高度、直径和间距的... [目的]分析弥散流膜态沸腾工况下鼓包尺寸及间距对通道流动传热的影响.[方法]采用Ansys Fluent软件对带鼓包结构的矩形窄缝通道进行几何建模和网格划分,并针对弥散流传热机理构建弥散流传热数值计算模型,对不同鼓包高度、直径和间距的矩形窄缝通道流动传热特性进行计算分析.[结果]鼓包对流体出口温度及鼓包区域局部温度产生明显影响.鼓包的出现导致流域横截面变小、鼓包顶部和壁面间的流体流速增大,使得局部传热能力增强,但由于多个鼓包排列导致阻力增大,使燃料板后段的整体传热能力下降,壁面温度波动接近15.0 K,容易导致传热恶化的提前发生.鼓包高度、直径和间距的增大,均使流体温度和壁面温度上升的趋势逐渐增强,温度最高值也呈上升趋势.[结论]弥散流工况下,鼓包的出现使得矩形窄缝通道后段的整体传热能力下降,壁面温度波动加剧,容易导致传热恶化的提前发生.在实际应用中需充分考虑该因素,以保证燃料元件在冷却剂丧失事故下的安全性和完整性. 展开更多
关键词 矩形窄缝通道 鼓包 弥散流膜态沸腾 数值模拟
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SiC_(f)/SiC复合材料包壳预制体缠绕成型工艺铺层方案的优化
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作者 程仁政 高建军 +3 位作者 董凯 邓建基 王梦千 芦武刚 《机械工程材料》 北大核心 2025年第9期71-76,共6页
采用缠绕成型工艺在1环向层+1螺旋层、环向层纱宽1.1 mm、螺旋层纱宽0.85 mm、螺旋层缠绕角度±45°、一切点、缠绕张力0~5 N铺层方案下制备SiC纤维(SiC_(f))/SiC复合材料包壳预制体,根据预制体的壁厚要求(0.45~0.56 mm)、纤维... 采用缠绕成型工艺在1环向层+1螺旋层、环向层纱宽1.1 mm、螺旋层纱宽0.85 mm、螺旋层缠绕角度±45°、一切点、缠绕张力0~5 N铺层方案下制备SiC纤维(SiC_(f))/SiC复合材料包壳预制体,根据预制体的壁厚要求(0.45~0.56 mm)、纤维体积分数要求(45%~55%)及表面质量要求确定最优缠绕张力;改变螺旋层纱宽与缠绕角度,计算预制体理论厚度,得到满足壁厚要求的铺层方案并制备预制体,研究了螺旋层缠绕角度和切点数对壁厚、纤维体积分数的影响;预制体进行热解碳、化学气相渗透(CVI)及化学气相沉积(CVD)致密后制成包壳,对比研究了不同铺层方案下所制备包壳的密度、孔隙率、环向和轴向强度,确定了较优的铺层方案。结果表明:最优缠绕张力为3 N,此时预制体表面平整,纱线排布均匀,壁厚为0.5 mm,纤维体积分数为50%;螺旋层缠绕角度越大,包壳表面凸起数量越多,表面质量越差;切点数的增加导致预制体纤维搭接架空增多,对其CVI致密过程有正向作用,所制备包壳的孔隙率降低。满足预制体壁厚要求的铺层方案为1环向层+1螺旋层、环向层纱宽1.1 mm、螺旋层纱宽0.85 mm、缠绕角度±40°、3切点(方案一)以及1环向层+2螺旋层、环向层纱宽1.1 mm、螺旋层纱宽1.35 mm、缠绕角度±35°、3切点(方案二)。铺层方案一下所制包壳的轴向强度及孔隙率未达到指标要求,而铺层方案二下所制包壳的性能满足指标要求,其环向强度为197 MPa,轴向强度为235.2 MPa,孔隙率为6.45%,密度为2.87 g·cm^(−3)。 展开更多
关键词 SiC_(f)/SiC复合材料 预制体 缠绕成型工艺 铺层设计
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UN-U_(3)Si_(2)复合芯块放电等离子体烧结制备工艺与性能表征研究
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作者 孙启明 姬鹏波 +3 位作者 王纪钧 曹军文 李昱 李宗书 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第S2期340-347,共8页
为进一步提升核燃料的安全性和可靠性,本文以UN-U_(3)Si_(2)复合芯块为研究对象,采用放电等离子体烧结技术,结合微观形貌观察、化学成分测试、热物理和力学性能测量等表征方法开展系统研究。通过正交试验研究了烧结温度、保温时间、烧... 为进一步提升核燃料的安全性和可靠性,本文以UN-U_(3)Si_(2)复合芯块为研究对象,采用放电等离子体烧结技术,结合微观形貌观察、化学成分测试、热物理和力学性能测量等表征方法开展系统研究。通过正交试验研究了烧结温度、保温时间、烧结压力对复合芯块致密度的影响,通过UN和U_(3)Si_(2)粉末不同粒径之间的组合,研究粉末粒径对复合芯块致密度的影响,通过调整混合比例,研究不同U_(3)Si_(2)含量对复合芯块的热导率、硬度和抗压强度等性能的影响。结果表明,UN-20%U_(3)Si_(2)复合芯块最佳烧结参数为:烧结温度1650℃、保温时间30 min、烧结压力50 MPa,制备得到的复合芯块密度为13.60 g/cm^(3),相对密度为98.30%,3种因素对复合芯块密度影响的显著程度为烧结温度>烧结压力>保温时间。细UN-粗U3Si2制备的UN-20%U_(3)Si_(2)复合芯块的密度最大,为13.60 g/cm^(3),相对密度为98.31%。UN-20%U_(3)Si_(2)的复合芯块综合性能最优,热导率达到29.0 W/(m·K)@900℃,热膨胀系数达到8.90×10^(-6)K^(-1)@600℃,硬度为637 HV1,抗压强度为331.0 MPa。本文的试验结果能够为后续UN-U_(3)Si_(2)复合芯块的研究和应用提供一定的基础。 展开更多
关键词 UN-U_(3)Si_(2)复合芯块 放电等离子体烧结 热物理性能 力学性能
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高温气冷堆事故工况下舱室冷却系统排热性能分析
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作者 秦亥琦 李晓伟 +3 位作者 张丽 柳雄斌 郑艳华 吴莘馨 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第4期838-845,共8页
舱室冷却系统(RCCS)是球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)的重要安全设施,预测事故工况下混凝土温度分布对于核安全具有重要意义。本文依托HTR-PM事故分析,采用计算流体动力学(CFD)方法,开展了RCCS全比例二维辐射传热及对流换热模拟。结果显... 舱室冷却系统(RCCS)是球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)的重要安全设施,预测事故工况下混凝土温度分布对于核安全具有重要意义。本文依托HTR-PM事故分析,采用计算流体动力学(CFD)方法,开展了RCCS全比例二维辐射传热及对流换热模拟。结果显示:RCCS具备充分的排热能力以实现反应堆舱室的有效冷却,在严重事故工况下,混凝土最高温度约为111℃,远低于设计限值;事故引起的舱室内热扰动穿透混凝土所需时间约为48 h,混凝土内部温度分布在约120 h后趋于稳定;给出了混凝土内、外壁面换热量分布。本文结果可为RCCS设计、高温气冷堆事故分析提供参考。 展开更多
关键词 球床模块式高温气冷堆 舱室冷却系统 混凝土 排热性能
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加速器驱动次临界系统用嬗变核燃料研究进展分析 被引量:2
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作者 于锐 顾龙 +6 位作者 姚存峰 张璐 王冠 郭亮 吴金德 姜韦 李金阳 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1-11,共11页
加速器驱动次临界系统(Accelerator driven subcritical system,ADS)是乏燃料安全处理处置关键瓶颈问题的优秀解决方案,而开发适用于该系统的嬗变核燃料正是ADS研发的关键任务之一。然而由于嬗变对象次锕系元素的固有特殊性质、嬗变燃... 加速器驱动次临界系统(Accelerator driven subcritical system,ADS)是乏燃料安全处理处置关键瓶颈问题的优秀解决方案,而开发适用于该系统的嬗变核燃料正是ADS研发的关键任务之一。然而由于嬗变对象次锕系元素的固有特殊性质、嬗变燃料体系相关机理尚不十分明确、制备技术难度大、嬗变核燃料相关试验数据和运行经验的欠缺等原因,ADS用嬗变核燃料的研发十分复杂且极具挑战。本文系统综述了作为ADS重要候选嬗变燃料的氧化物弥散型燃料CERCER/CERMET、氮化物燃料和金属燃料的研究进展,包括制备工艺、辐照实验和辐照后检验结果、物性参数、主要优缺点等内容,以期为我国ADS用嬗变核燃料的研发提供一定思路和参考。 展开更多
关键词 加速器驱动次临界系统 嬗变核燃料 次锕系元素 氧化物弥散型燃料 氮化物燃料 金属燃料
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多元(U,Zr, Nb)C燃料制备技术与性能机理研究 被引量:1
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作者 吴学志 魏国良 郭骁 《原子能科学技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期166-174,共9页
多元(U,Zr, Nb)C燃料因具有熔点高、热导率高、低裂变气体释放率及优异的高温力学性能等优点,是目前大功率空间核推进反应堆选用燃料之一。本文采用碳热还原和液相烧结相结合的粉末冶金工艺制备多元(U,Zr, Nb)C燃料芯块,研究了工艺参数... 多元(U,Zr, Nb)C燃料因具有熔点高、热导率高、低裂变气体释放率及优异的高温力学性能等优点,是目前大功率空间核推进反应堆选用燃料之一。本文采用碳热还原和液相烧结相结合的粉末冶金工艺制备多元(U,Zr, Nb)C燃料芯块,研究了工艺参数对烧结芯块反应动力学、相结构、导热性能和微观结构的作用机制和影响规律。结果表明:在1 800℃、50 MPa和1 h的烧结条件下,通过添加0.5%金属铀形成的液相烧结工艺制备得到芯块密度可达95.5%TD;当原料M/C(M为金属元素总量)摩尔比为1∶6.5时,可制备得到M/C比为1的正化学计量碳化物燃料;(U0.2,Zr, Nb)C的晶格常数比(U0.1,Zr, Nb)C的晶格常数略高;多元(U,Zr, Nb)C碳化物燃料芯块热导率与相成分、密度和温度均有关;芯块气孔分布较均匀,没有联通的开气孔存在,气孔尺寸在1~3μm。 展开更多
关键词 多元 核推进 燃料 碳热还原 液相烧结
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基于POD方法的EPR燃料棒流致振动特性分析 被引量:3
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作者 闵光云 冯琳娜 姜乃斌 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期659-669,共11页
EPR(European pressurized reactor)燃料棒相比M310燃料棒的棒长更长,导致其频率降低、幅值增大,在冷却剂的作用下,会加剧格架与棒束之间微动磨损(grid-to-rod fretting,GTRF),进而造成放射性物质的泄漏.将EPR燃料棒简化为3D梁模型,将... EPR(European pressurized reactor)燃料棒相比M310燃料棒的棒长更长,导致其频率降低、幅值增大,在冷却剂的作用下,会加剧格架与棒束之间微动磨损(grid-to-rod fretting,GTRF),进而造成放射性物质的泄漏.将EPR燃料棒简化为3D梁模型,将刚凸和弹簧对燃料棒的约束等效为弹性约束,将带格架的燃料棒简化为多跨连续简支梁模型,然后基于ANSYS-APDL建立了EPR燃料棒的有限元模型.阐述了湿模态分析和湍流激振响应分析的基本原理,整理了12个格架失效工况,系统地研究了格架失效对湿模态和湍流激振响应的影响.针对EPR燃料棒流致振动问题,提出了采用本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)原理分析EPR燃料棒流致振动特性的方法,通过对快照矩阵进行POD分解生成投影子空间,将湍流激振响应投影到子空间进行模型降阶,最后在物理空间快速地重构湍流激振响应.结果表明:格架失效会导致频率降低,且湍流激振响应的幅值会在格架失效处增大;当格架失效使得EPR燃料棒模型成为悬臂梁结构时,湍流激振响应最大;前2阶POD降阶模型基本能快速重构燃料棒的湍流激振响应,且误差非常小.文章的研究将有助于核反应堆工程的优化和设计. 展开更多
关键词 流致振动 POD方法 EPR燃料棒 模态分析 格架失效
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快堆MOX燃料中模浮动压制生坯性能与缺陷研究 被引量:2
15
作者 张寒 王军平 +3 位作者 朱桐宇 张顺孝 潘传龙 艾利君 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期421-430,共10页
生坯压制成型是MOX燃料制备的关键步骤,本文采用中模浮动压制技术进行MOX燃料原料氧化铝的生坯压制和芯块烧结,对比两种氧化铝粉末的中模浮动压制性能,并研究生坯外观缺陷产生的原因和解决措施。结果表明,科密欧氧化铝生坯和煅烧氧化铝... 生坯压制成型是MOX燃料制备的关键步骤,本文采用中模浮动压制技术进行MOX燃料原料氧化铝的生坯压制和芯块烧结,对比两种氧化铝粉末的中模浮动压制性能,并研究生坯外观缺陷产生的原因和解决措施。结果表明,科密欧氧化铝生坯和煅烧氧化铝生坯的成型性和压缩性相反;随着压制压力的增加,科密欧氧化铝生坯和煅烧氧化铝生坯密度和强度逐渐增加,但压制粉末性能对生坯密度和强度的影响程度大于压制参数。生坯密度和强度与粉末性能和压制压力有关,与加压时间、降压时间和脱模维持压力无关,两种氧化铝生坯压制曲线均较好地符合黄培云双对数方程;随着压制压力的增加和脱模维持压力的减小,生坯掉盖、爆头和破碎减少;随着硬脂酸锌添加量的增加,生坯侧面划痕消失,但芯块密度逐渐降低。 展开更多
关键词 物料性能 密度 强度 压制压力 脱模维持压力 硬脂酸锌添加量
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反应堆压力容器用金属C形密封环力学及密封特性研究 被引量:1
16
作者 段成红 刘玮琦 罗翔鹏 《压力容器》 北大核心 2024年第12期23-31,共9页
为研究反应堆压力容器用金属C形密封环的力学及密封特性,采用有限元分析法对其进行模拟仿真,并与试验结果对比验证了模型的准确性和可靠性。在此基础上,分析了C形密封环所处温度、材料等参数对其压缩回弹特性曲线、回弹率、接触压力、... 为研究反应堆压力容器用金属C形密封环的力学及密封特性,采用有限元分析法对其进行模拟仿真,并与试验结果对比验证了模型的准确性和可靠性。在此基础上,分析了C形密封环所处温度、材料等参数对其压缩回弹特性曲线、回弹率、接触压力、接触宽度等力学特性和密封特性的影响。结果表明,C形密封环在高温环境下的压缩回弹性能和密封性能均差于常温环境;C形密封环各部分材质对其压缩回弹性能和密封性能存在影响,并提出了一组性能较优的材料组合,可为C形密封环的实际工程应用提供参考。 展开更多
关键词 反应堆压力容器 金属C形密封环 密封特性 压缩回弹特性曲线 接触压力
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颗粒团聚行为对弥散型核燃料芯体失效的影响分析 被引量:1
17
作者 董颖璇 吕俊男 李群 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期868-877,共10页
针对燃料颗粒团聚行为对弥散型核燃料芯体失效的影响,开发了弥散型核燃料元件代表性体元模型的参数化建模及数值计算脚本,综合考虑燃料-基体界面损伤层、燃料颗粒辐照肿胀以及环境压力等关键特征进行了数值建模,系统分析了燃料颗粒团聚... 针对燃料颗粒团聚行为对弥散型核燃料芯体失效的影响,开发了弥散型核燃料元件代表性体元模型的参数化建模及数值计算脚本,综合考虑燃料-基体界面损伤层、燃料颗粒辐照肿胀以及环境压力等关键特征进行了数值建模,系统分析了燃料颗粒团聚体积分数、颗粒团聚位置、运行环境静水压力以及基体材料性质对弥散型核燃料芯体失效的影响规律,发现燃料颗粒团聚区域是弥散型核燃料芯体失效的起点,而运行环境静水压力对芯体应力集中有抑制作用,揭示了燃料颗粒团聚现象对弥散型核燃料元件力学性能的“短板效应”。团聚区域的燃料颗粒通过密集堆叠的方法进行几何建模,局部燃料颗粒团聚体积分数由最小颗粒间距定义。有限元计算结果表明,燃料颗粒团聚体积分数越大,弥散型核燃料芯体越容易失效。而包壳外的环境压力会降低芯体内燃料颗粒团聚区域的应力水平,但随着局部团聚程度的增加,环境压力对芯体中Mises应力的影响逐渐减小。此外,燃料颗粒团聚区域相对弥散型核燃料芯体厚度方向位置改变对芯体的最大Mises应力几乎没有影响;燃料颗粒团聚区域在弥散型核燃料芯体的面内分布位置和环境压力共同决定弥散型核燃料芯体的失效行为。本研究可为弥散型核燃料元件的失效条件预测、可靠性评估和结构优化设计提供分析方法和数值依据。 展开更多
关键词 弥散型核燃料元件 颗粒团聚 强度分析 短板效应 基体失效
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模拟核芯FCM燃料的振荡烧结行为研究 被引量:1
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作者 何宗倍 陈放 +2 位作者 刘佃光 李统业 曾强 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期501-508,共8页
全陶瓷微封装弥散(FCM)燃料以其较好的固有安全性而成为核能领域研究的重点。针对SiC基体难以烧结的问题,本研究利用振荡烧结具有加速传质和降低烧结温度的优势,开展了模拟核芯FCM燃料振荡烧结行为研究,重点考察了振荡烧结温度、振荡时... 全陶瓷微封装弥散(FCM)燃料以其较好的固有安全性而成为核能领域研究的重点。针对SiC基体难以烧结的问题,本研究利用振荡烧结具有加速传质和降低烧结温度的优势,开展了模拟核芯FCM燃料振荡烧结行为研究,重点考察了振荡烧结温度、振荡时间与振荡压力等参数对基体致密化行为的影响,并与热压烧结结果进行了对比。结果表明,振荡烧结温度、保温时间以及中值压力对基体致密化有重要影响,而振荡压力的振幅对基体致密化影响不大。相比于热压烧结,振荡烧结可以提高材料的致密度,振荡烧结试样的致密度更高,1850℃振荡烧结试样的致密度为99.99%;振荡烧结试样的晶粒尺寸更小,1850℃振荡烧结试样的晶粒尺寸为(284±4)nm,比同等温度下热压烧结试样的晶粒尺寸减小~27%;振荡烧结试样的硬度更高,1850℃振荡烧结试样的硬度为(26.7±0.4)GPa。借助改进的热压烧结本构方程,计算得到试样在致密度为90%时的应力指数n=1,活化能Q=430 kJ/mol,致密化的主导机制为晶界扩散协调的晶界滑移。 展开更多
关键词 FCM燃料 SiC基体 振荡烧结 致密化机理
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Cr_(2)O_(3)掺杂UO_(2)芯块晶粒生长动力学研究
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作者 郑新海 吴学志 尹邦跃 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期5-10,共6页
本工作采用恒速升温和等温烧结实验方法研究了不同Cr_(2)O_(3)掺杂量UO_(2)芯块的晶粒生长动力学。结果表明,掺杂少量Cr_(2)O_(3)可以提高UO_(2)烧结速度,降低烧结温度。1500~1750℃下烧结,添加0.1wt%、0.5wt%Cr_(2)O_(3)均可以加速芯... 本工作采用恒速升温和等温烧结实验方法研究了不同Cr_(2)O_(3)掺杂量UO_(2)芯块的晶粒生长动力学。结果表明,掺杂少量Cr_(2)O_(3)可以提高UO_(2)烧结速度,降低烧结温度。1500~1750℃下烧结,添加0.1wt%、0.5wt%Cr_(2)O_(3)均可以加速芯块致密化进程,添加Cr_(2)O_(3)后,烧结温度可以降低至1600℃,而标准UO_(2)烧结温度需在1700℃以上。掺杂Cr_(2)O_(3)可以明显促进UO_(2)晶粒生长,Cr_(2)O_(3)掺杂量越多,温度越高,UO_(2)晶粒生长速度越快。掺杂0.1wt%Cr_(2)O_(3)的UO_(2)芯块的晶粒生长动力学符合3次方模型,晶粒生长指数n=3,激活能Q=454.2 kJ/mol,掺杂0.5wt%Cr_(2)O_(3)的UO_(2)芯块的晶粒生长动力学符合2.2次方模型,晶粒生长指数n=2.2,激活能Q=371.3 kJ/mol。 展开更多
关键词 掺杂Cr_(2)O_(3) UO_(2)芯块 晶粒尺寸 晶粒生长动力学 晶粒生长指数 激活能
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碳热还原氮化法制备UN粉末机理研究
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作者 吴学志 郭骁 +2 位作者 李石泉 何晓军 贺新福 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期1-4,共4页
氮化铀(Uranium nitride)燃料具有金属铀密度高、热导率高、热膨胀系数低及与液态金属相容性好等优点,是未来先进反应堆设计选用燃料之一。高相纯度、高活性UN粉末是制备高密度UN芯块的前提。采用碳热还原氮化法制备UN粉末,研究了工艺... 氮化铀(Uranium nitride)燃料具有金属铀密度高、热导率高、热膨胀系数低及与液态金属相容性好等优点,是未来先进反应堆设计选用燃料之一。高相纯度、高活性UN粉末是制备高密度UN芯块的前提。采用碳热还原氮化法制备UN粉末,研究了工艺参数对UN粉末反应动力学、相结构、晶格常数及氮铀比的作用机制和影响规律。结果表明:UN粉末相结构与原料C/UO_(2)物质的量比及合成温度有关,当原料C/UO_(2)物质的量比为2.7、合成气氛为N_(2)-5%H_(2)(0.1~0.15 MPa)、合成温度为1700℃时,可制备得到高相纯度UN粉末;中间反应产物U_(2)N_(3)在1200℃以下、真空环境、大于2 h可分解为UN粉末;UN晶格常数与粉末中相成分有关,当N/U比接近1时,其晶格常数为0.48882 nm;合成的UN粉末经转速600 r/min、球磨时间4 h、球料比5∶1的工艺参数球磨,可制备得到粒度为0.96μm的UN细粉末。 展开更多
关键词 碳热还原 氮化铀 燃料 氮铀比 晶格常数
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