球床式高温气冷堆精细化堆芯核素积存量计算方法研究

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作者 曹成昊 陈海英 +3 位作者 王雯毅 梁金刚 佘顶 曹建主 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第5期1075-1084,共10页

球床式高温气冷堆多次通过的燃料管理方式和燃料球随机流动特性,为堆芯核素积存量计算带来挑战。传统基于集总参数的计算方法难以考虑源项计算中各因素的空间分布,也无法体现燃料球间核素积存量差异。本文基于堆芯功率分布和随机抽样技... 球床式高温气冷堆多次通过的燃料管理方式和燃料球随机流动特性,为堆芯核素积存量计算带来挑战。传统基于集总参数的计算方法难以考虑源项计算中各因素的空间分布,也无法体现燃料球间核素积存量差异。本文基于堆芯功率分布和随机抽样技术,提出一种精细到燃料球的堆芯核素积存量计算方法,即逐球抽样功率历史并进行燃耗计算,获得堆芯核素积存量及其空间分布。以高温气冷堆核电站示范工程为研究对象,本文比较了精细方法与传统方法的差异,并分析燃料球流速分布对堆芯燃耗分布的影响。结果表明,精细方法得到裂变产物总积存量略低于传统方法,堆芯平均燃耗略大,且不均匀流速模型与均匀流速模型相比,轴向燃耗梯度较平均,卸料燃耗分布更集中。本文方法为进一步提高堆芯积存量计算精度提供重要理论基础。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 堆芯核素积存量 堆芯燃耗分布 卸料燃耗

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球床式高温气冷堆旁流三维数值模拟

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作者 刘伟 史进 +4 位作者 邵继凯 於尚臻 郭劲松 李雪琳 李增耀 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期156-165,共10页

针对球床式高温气冷堆中散体布置的石墨砖等结构带来的旁流问题,数值模拟了高温气冷堆满功率稳态运行时卸料管、控制棒通道及窄缝中的旁流特征。通过结合华能集团自主研发的HN-750型球床式高温气冷堆的结构特点和流道特征,建立了包含窄... 针对球床式高温气冷堆中散体布置的石墨砖等结构带来的旁流问题,数值模拟了高温气冷堆满功率稳态运行时卸料管、控制棒通道及窄缝中的旁流特征。通过结合华能集团自主研发的HN-750型球床式高温气冷堆的结构特点和流道特征,建立了包含窄缝、顶反射层、堆芯球床、底反射层及底部球腔的反应堆三维几何模型和近真实物理数学模型,生成了网格数为2.6亿的混合网格。结果表明,总旁流占总流量比例为29.25%,窄缝旁流占总流量比例为24.43%,并且呈现出回流特性,卸料管旁流占比3.87%,控制棒通道旁流占比0.95%。该研究考虑了非轴对称的进出口结构,是对现有的球床式高温气冷堆二维轴对称模型的补充和提升;该研究针对球床式高温气冷堆的大规模三维数值计算,为球床式高温气冷堆的热工水力优化和安全分析提供了丰富的数据支撑。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 旁流 窄缝 多孔介质 三维数值模拟

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球床式高温气冷堆的余热不确定性分析

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作者 贠相羽 郑艳华 +1 位作者 经荥清 李富 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1121-1126,共6页

反应堆在停堆后相当长时间内仍具有较高的剩余发热是核电站的重要特性,也是核电站安全分析的关键。因此,对反应堆余热及其不确定性进行分析,对于合理设计余热排出系统、研究论证燃料元件在事故后的安全特性等均具有重要意义。本工作结... 反应堆在停堆后相当长时间内仍具有较高的剩余发热是核电站的重要特性,也是核电站安全分析的关键。因此,对反应堆余热及其不确定性进行分析,对于合理设计余热排出系统、研究论证燃料元件在事故后的安全特性等均具有重要意义。本工作结合德国针对球床式高温气冷堆制定的余热计算标准,介绍了球床式高温气冷堆剩余发热及其不确定性的计算方法,并结合200 MWe球床模块式高温气冷堆示范工程(HTR-PM)的初步物理设计,对长期运行在满功率平衡堆芯状态下的反应堆停堆后的余热及其不确定性进行了计算分析,为进一步的事故分析提供依据。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 剩余发热 不确定性

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基于γ测量的球床式高温气冷堆内乏燃料球探测方案的模拟分析

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作者 尹石鸣 张立国 王海涛 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2087-2093,共7页

在球床式高温气冷堆中,对排出堆芯的乏燃料球的探测和数量统计是燃料监测的重要内容。按国际原子能机构针对球床式高温气冷堆核安保的要求,对于燃料装卸系统管道内的燃料监测应开发一种独立于现有涡流检测原理的新监测方案。本文提出了... 在球床式高温气冷堆中,对排出堆芯的乏燃料球的探测和数量统计是燃料监测的重要内容。按国际原子能机构针对球床式高温气冷堆核安保的要求,对于燃料装卸系统管道内的燃料监测应开发一种独立于现有涡流检测原理的新监测方案。本文提出了一种基于γ测量原理的新探测方案,设计了探测器构型,对其在堆稳态运行时的探测功能进行验证。结合球床式高温气冷堆HTR-10的燃料球放射性核素数据,及对不同球速不同燃耗的燃料球经过探测区域过程的蒙特卡罗模拟分析,验证了此方案对单个燃料球鉴别和计数的可靠性,同时证明了该方案对于燃料球球流探测的可行性,为今后该探测方案的完善和实际装置的制作提供了设计基础。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 闪烁体 γ测量 蒙特卡罗模拟 燃料监测

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球床式高温气冷堆球流CT探测器辐照光输出稳定性研究

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作者 卢建超 刘锡明 +1 位作者 苗积臣 吴志芳 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1685-1690,共6页

针对长时间实验过程中CsI(Tl)闪烁体探测器的辐照光输出会不断变化的问题,在实现探测器输出暗场的稳定性控制后,对按实际堆芯5∶1比例缩小设计的球流检测系统进行了长达48h的空载γ射线辐照,并记录了暗场稳定性的控制结果及探测器的辐... 针对长时间实验过程中CsI(Tl)闪烁体探测器的辐照光输出会不断变化的问题,在实现探测器输出暗场的稳定性控制后,对按实际堆芯5∶1比例缩小设计的球流检测系统进行了长达48h的空载γ射线辐照,并记录了暗场稳定性的控制结果及探测器的辐照光输出。结果表明:各闪烁体探测单元受γ辐照后,辐照光输出先不断上升,达到最大值后再线性下降。分析探测器辐照光输出发现,几何尺寸和物理成分相同的各探测单元彼此间的辐照光输出上升幅度比与辐照损伤均存在差异,但辐照光输出达到最大时对应的累计剂量基本相同,且与初始辐照光输出大小无关。最后提出了对系统辐照光输出的上升和下降阶段分别采用指数校正和线性校正的思路,为球床式高温气冷堆球流检测系统图像重建过程中投影数据的校正提供解决方案。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆球流检测系统 CsI(Tl)闪烁体探测器 辐照光输出 辐照损伤

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球床模块式高温气冷堆在线燃耗测量系统准直器性能的Monte-Carlo分析 被引量：3

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作者 张立国 尚仁成 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期813-816,共4页

针对球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)燃耗测量系统的设计特点,利用Monte-Carlo模拟方法,分析球形体源测量中不同形式的限制束流的准直器的性能及其对燃耗测量的影响。结果表明,对HTR-PM在线燃耗测量,选择双锥孔准直器更为适宜。

关键词 燃耗测量 MONTE-CARLO法 燃料循环 球床模块式高温气冷堆 准直器

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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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球床模块式高温气冷堆中的炭材料(英文) 被引量：4

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作者 周湘文 杨杨 +4 位作者 宋晶 卢振明 张杰 刘兵 唐亚平 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期97-108,共12页

与人类使用炭材料的悠久历史相比,炭材料在核反应堆的首秀却只是发生在70多年前。凭借其优良的综合性能,炭材料在核反应堆特别是高温气冷堆(HTR)中发挥了重要作用。作为第四代核反应堆候选堆型中最有希望的代表,中国的球床模块式高温气... 与人类使用炭材料的悠久历史相比,炭材料在核反应堆的首秀却只是发生在70多年前。凭借其优良的综合性能,炭材料在核反应堆特别是高温气冷堆(HTR)中发挥了重要作用。作为第四代核反应堆候选堆型中最有希望的代表,中国的球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)目前正在建设中。在HTR-PM中,炭材料扮演着堆芯结构材料、反射层、燃料基体、慢化剂、热和中子屏蔽材料等多重角色。由于炭材料的尺寸和性能受高温和中子辐照的影响,因此对于在HTR-PM中使用的炭材料的各项性能都有着严格的要求。本文详细介绍了HTR-PM中各种炭材料的性能及其制造工艺的要求,并简要介绍了HTRPM当前的现状和未来的商业化发展。此外为满足未来高温气冷堆商用核电站的全面国产化需求,对生产核级石墨和石墨粉的主要原材料如焦炭和天然鳞片石墨未来的长期稳定供应进行了展望。最后简要介绍了目前正在美国橡树岭国家实验室入堆进行辐照试验的国产核级石墨的现状和未来的辐照试验计划。本文旨在为有志于研发用于未来商用高温气冷堆核电站中的炭材料的生产厂家提供参考,文中提及的大量信息对于炭材料的科研人员也很有借鉴意义。 展开更多

关键词 球床模块式高温气冷堆 炭材料 核石墨 基体石墨 石墨球 炭砖

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高温气冷堆控制棒硼燃耗特性分析 被引量：2

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作者 赵晶 李富 +1 位作者 刘志宏 石秀安 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期1484-1488,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 控制棒 控制棒价值 自屏效应

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杂质硼在高温气冷堆中的燃耗特性 被引量：1

10

作者 赵晶 李富 魏春琳 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期172-175,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 硼燃耗 微扰理论

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三维MOC的球床堆芯CMFD加速研究 被引量：2

11

作者 文宇晨 郝琛 +1 位作者 郭建 王毅箴 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1712-1718,共7页

为了解决稀疏长特征线方法在加速效果,特别是降低计算时间上仍存在的不足,本文使用基于广义等价理论的粗网有限差分方法作为三维特征线方法的加速算法,并开发粗网有限差分方法模块用于加速MOCP程序的精细化输运计算。MOCP程序开发三维... 为了解决稀疏长特征线方法在加速效果,特别是降低计算时间上仍存在的不足,本文使用基于广义等价理论的粗网有限差分方法作为三维特征线方法的加速算法,并开发粗网有限差分方法模块用于加速MOCP程序的精细化输运计算。MOCP程序开发三维特征线方法模块针对球床式反应堆进行精细化输运计算,并使用稀疏长特征线方法加速3D-MOC。根据MOCP中构造实体几何建模方法处理球床区域中燃料球细网与粗网的映射关系以保证粗网均匀化参数的准确计算。最后用不同堆型、不同几何模型对粗网有限差分方法加速模块与球床处理模块进行验证,保证粗网与细网严格对应的同时,使3D-MOC整体迭代次数与计算耗时减少约90%。计算结果表明该模块正确且拥有良好的加速效果。 展开更多

关键词 特征线方法 构造实体几何方法 精细化中子输运计算 粗网有限差分 广义极小残差算法 广义等价理论 迭代加速 球床式高温气冷堆

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高温气冷堆热工分析模型改进与堆芯温度场分析 被引量：1

12

作者 孙世妍 张佑杰 +1 位作者 郑艳华 夏冰 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1376-1385,共10页

更准确地模拟球床式高温气冷堆堆芯温度分布,是反应堆安全分析尤其是超高温运行研究中的关键问题之一。由于堆芯球流运动具有不确定性,石墨块和碳砖等结构材料采用散体布置,堆内冷却剂流道复杂,对热工水力准确模拟造成困难,可进一步优... 更准确地模拟球床式高温气冷堆堆芯温度分布,是反应堆安全分析尤其是超高温运行研究中的关键问题之一。由于堆芯球流运动具有不确定性,石墨块和碳砖等结构材料采用散体布置,堆内冷却剂流道复杂,对热工水力准确模拟造成困难,可进一步优化。本文结合HTR-10的结构特点和流道特征,简要分析了堆芯传热过程,说明了在热工模拟中准确划分结构和流道对获取更精确的堆芯温度分布的重要意义。详细梳理了冷却剂流动路径,改进了在THERMIX程序下建立的HTR-10原有热工分析模型,更合理地模拟了堆芯冷却剂漏流行为,使得模型对堆芯冷却剂流动和传热过程的描述更准确。与试验数据对比,改进后的模型对堆芯外围系统的温度分布模拟准确性显著提升。计算结果表明,反应堆在额定设计工况下满功率稳态运行时,燃料和反射层最高温度均未超过材料的耐热限值。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 HTR-10 热工水力模拟 模型改进 堆芯温度场 安全分析

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高温气冷堆非能动舱室冷却系统排热功率计算分析 被引量：1

13

作者 秦亥琦 李晓伟 +3 位作者 柳雄斌 张丽 吴莘馨 郑艳华 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期225-233,共9页

非能动舱室冷却系统(RCCS)是模块式球床高温气冷堆(HTR-PM)的重要安全设施,准确预测事故工况下其与反应堆压力容器间的传热量对于RCCS设计具有重要意义。本文依托HTR-PM热态调试阶段反应堆压力容器壁面温度分布,采用计算流体动力学(CFD... 非能动舱室冷却系统(RCCS)是模块式球床高温气冷堆(HTR-PM)的重要安全设施,准确预测事故工况下其与反应堆压力容器间的传热量对于RCCS设计具有重要意义。本文依托HTR-PM热态调试阶段反应堆压力容器壁面温度分布,采用计算流体动力学(CFD)方法,开展了RCCS全比例三维辐射传热及对流换热模拟。结果显示,Realizable k-ε湍流模型与Discrete Ordinates辐射传热模型可准确预测RCCS的排热功率,数值结果与测量结果相对误差在10%左右。基于THERMIX程序计算得到的事故工况后反应堆压力容器壁面温度分布,计算分析了投入不同列数RCCS及不同冷却水温度下的排热功率,并给出了不同工况时水冷壁与混凝土温度分布计算结果。 展开更多

关键词 模块式球床高温气冷堆 非能动舱室冷却系统 水冷壁 排热功率

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二维双区球流运动唯象方法的数值模拟 被引量：3

14

作者 王文俊 姜胜耀 +2 位作者 杨星团 汤振伟 刘志勇 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1713-1717,共5页

为研究燃料球和慢化球呈双区分布的球床式高温气冷堆球流运动的规律,以二维双区球流运动实验台架为参照,采用离散单元法(DEM)进行数值模拟。从唯象的角度对模拟结果进行分析,研究了双区分布的形成过程、中心区、交混区与滞留区以及速度... 为研究燃料球和慢化球呈双区分布的球床式高温气冷堆球流运动的规律,以二维双区球流运动实验台架为参照,采用离散单元法(DEM)进行数值模拟。从唯象的角度对模拟结果进行分析,研究了双区分布的形成过程、中心区、交混区与滞留区以及速度分布等问题。模拟结果表明:在当前模拟条件下,可形成稳定的中心区,中心区与环形区之间存在交混区,且存在滞留区。本体内越靠近底部卸料口,竖直方向速度分布越不均匀,水平方向的扩散越来越大。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 双区 球流运动 离散单元法 唯象方法

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二维球流运动摩擦系数影响的数值模拟

15

作者 王文俊 杨星团 +2 位作者 姜胜耀 汤振伟 刘志勇 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1141-1145,共5页

为研究摩擦系数对球流运动的影响,参照二维堆芯球流运动实验台架,采用离散单元法对球流运动进行了数值模拟,并对从标记点产生的球流区域的均值流线、标准方差和平均停留时间等进行了比较和分析。结果表明:球的摩擦系数对球流流场影响不... 为研究摩擦系数对球流运动的影响,参照二维堆芯球流运动实验台架,采用离散单元法对球流运动进行了数值模拟,并对从标记点产生的球流区域的均值流线、标准方差和平均停留时间等进行了比较和分析。结果表明:球的摩擦系数对球流流场影响不大;球的摩擦系数越大,水平方向扩散越小,流动越均匀;壁面摩擦系数对水平方向扩散影响不大;壁面摩擦系数越大,流动越不均匀。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 球流运动 离散单元法 摩擦系数

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基于蒙特卡罗方法对VSOP模型的k_(eff)验证 被引量：2

16

作者 张竞宇 李富 +1 位作者 魏春琳 孙玉良 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期350-354,共5页

VSOP程序广泛用于球床式高温气冷堆的工程设计,需对VSOP程序进行验证与确认。针对相同的高温气冷堆堆芯定义,比较了VSOP程序和蒙特卡罗程序采用特殊形状的重复结构来模拟随机分布的球床堆芯的建模结果。对VSOP模型中的侧反射层孔道进行... VSOP程序广泛用于球床式高温气冷堆的工程设计,需对VSOP程序进行验证与确认。针对相同的高温气冷堆堆芯定义,比较了VSOP程序和蒙特卡罗程序采用特殊形状的重复结构来模拟随机分布的球床堆芯的建模结果。对VSOP模型中的侧反射层孔道进行均匀化处理,对球床顶锥和底锥的几何进行等效处理,用蒙特卡罗模型详细比较了近似处理为有效增殖因数keff带来的偏差。结果表明,VSOP模型中不同的近似处理方法会带来不同的偏差。但最终VSOP模型与最精细的蒙特卡罗模型在有效增殖因数方面差别不大,进一步说明VSOP模型的可用性和合理性。当然,VSOP程序和模型的验证还需要进一步深入研究。 展开更多

关键词 球床式高温气冷堆 VSOP程序 验证与确认 蒙特卡罗模型

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HTR-10燃耗测量系统误差分析与实验研究

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作者 王军令 陈晓明 +2 位作者 马涛 夏冰 黄鹏 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期614-618,共5页

燃耗测量系统是高温气冷堆的一重要子系统,测量结果的准确性直接影响反应堆的安全性和经济性。利用提升器的偏转实验验证了测量结果存在的系统误差,通过实验数据与理论计算结果的对比分析,确定了燃料球球心偏离准直器轴线的实际距离。

关键词 球床式高温气冷堆 燃耗测量 准直器

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