超高温高功率密度的小型气冷堆堆芯方案研究

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作者 俞荣君 杨睿 +2 位作者 李维汉 孙征 赵守智 《节能技术》 CAS 2024年第5期425-429,共5页

高温气冷堆作为小型反应堆的技术路线之一,具有模块化设计、固有安全性、热转换效率高等优势,但其功率密度较小、堆芯尺寸较大,不利于系统部署。为此,本文基于改进包覆燃料颗粒的棱柱式弥散燃料元件,并采用控制鼓作为反应性控制方式,提... 高温气冷堆作为小型反应堆的技术路线之一,具有模块化设计、固有安全性、热转换效率高等优势,但其功率密度较小、堆芯尺寸较大,不利于系统部署。为此,本文基于改进包覆燃料颗粒的棱柱式弥散燃料元件,并采用控制鼓作为反应性控制方式,提出了一种超高温、高功率密度的小型气冷堆堆芯方案。该堆芯方案体积小于0.8 m 3、体积功率密度可达39 MW/m 3,出口温度高于1200 K。通过RMC程序、Fluent软件分别进行中子学分析和热工分析,数值结果表明该方案合理可行,且具有固有安全性、具备正常停运的功能,同时拥有在15 MW热功率基础上进一步提高运行功率的能力。 展开更多

关键词 核能 小堆 气冷堆 超高温 包覆燃料颗粒 棱柱式燃料元件

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高温气冷堆包覆燃料颗粒破损机制及失效模型 被引量：7

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作者 杨林 刘兵 +2 位作者 邵友林 梁彤祥 唐春和 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2010年第3期210-215,222,共7页

高温气冷堆的燃料元件的基本构成单元是全陶瓷型的包覆燃料颗粒,其性能决定了高温气冷堆的安全性。除了传统的辐照实验检测外,建立理论模型对其研究具有重要的意义。本文主要介绍了TRI-SO型包覆燃料颗粒的结构及破损机制,以及国外现有... 高温气冷堆的燃料元件的基本构成单元是全陶瓷型的包覆燃料颗粒,其性能决定了高温气冷堆的安全性。除了传统的辐照实验检测外,建立理论模型对其研究具有重要的意义。本文主要介绍了TRI-SO型包覆燃料颗粒的结构及破损机制,以及国外现有的几个主要模型的基本假设,计算原理和特点,通过对比几个模型的优缺点,提出今后研究的方向。 展开更多

关键词 高温气冷堆 包覆燃料颗粒 破损机制

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ZrCl_4蒸汽沉积法制备高温气冷堆包覆燃料颗粒ZrC涂层 被引量：6

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作者 陈磊 刘超 +2 位作者 刘兵 赵宏生 唐春和 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1017-1020,共4页

采用ZrCl4蒸汽、H2和C3H6作为化学反应体系,以Ar为载气,在流化床沉积炉中制备高温气冷堆包覆燃料颗粒ZrC涂层。对所制备涂层进行了分析表征,结果显示:ZrC涂层剖面均匀光滑,无明显孔洞;与内致密热解炭层的界面清晰,厚度约为35μm;涂层主... 采用ZrCl4蒸汽、H2和C3H6作为化学反应体系,以Ar为载气,在流化床沉积炉中制备高温气冷堆包覆燃料颗粒ZrC涂层。对所制备涂层进行了分析表征,结果显示:ZrC涂层剖面均匀光滑,无明显孔洞;与内致密热解炭层的界面清晰,厚度约为35μm;涂层主要成分为Zr和C,Zr/C摩尔比接近化学计量比1∶1,其主要相组成为面心立方的ZrC;晶粒生长无明显的择优取向。 展开更多

关键词 ZrCl4蒸汽 化学气相沉积 包覆燃料颗粒 ZrC涂层

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硼颗粒的包覆机理及工艺研究进展 被引量：7

4

作者 陈冰虹 刘建忠 +2 位作者 梁导伦 周禹男 周俊虎 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期13-21,共9页

阐述了不同包覆材料对硼颗粒的包覆机理,从5个方面总结了硼颗粒包覆材料的选取原则,包括:去除硼颗粒表面氧化膜、提高燃烧温度、降低硼的点火温度、提高表面相容性、催化硼颗粒的氧化反应。总结了沉淀法、表面反应包覆法、高分子吸附聚... 阐述了不同包覆材料对硼颗粒的包覆机理,从5个方面总结了硼颗粒包覆材料的选取原则,包括:去除硼颗粒表面氧化膜、提高燃烧温度、降低硼的点火温度、提高表面相容性、催化硼颗粒的氧化反应。总结了沉淀法、表面反应包覆法、高分子吸附聚合法、气相包覆法和机械球磨法等多种硼颗粒包覆工艺的研究状况,分析并比较了不同工艺的作用机理和实际应用效果。介绍了现代硼颗粒表面包覆效果测试技术的特点和应用范围。评述了目前硼颗粒包覆技术的研究现状和不足,并对未来的研究方向进行了展望。 展开更多

关键词 物理化学 硼颗粒 包覆机理 富燃料推进剂 金属燃料

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固体颗粒表面改性及其在推进剂领域中的应用研究 被引量：5

5

作者 张杰 贺俊 邹彦文 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第9期1147-1152,共6页

对推进剂组分中的氧化剂、燃料等固体颗粒进行表面改性处理,不仅能提高单组分的使用性能,也是提高推进剂力学性能、改善燃烧性能和推进剂工艺条件的重要途径.本文综述了固体颗粒表面改性的方法及表面改性后的表征,分析了包覆颗粒性能变... 对推进剂组分中的氧化剂、燃料等固体颗粒进行表面改性处理,不仅能提高单组分的使用性能,也是提高推进剂力学性能、改善燃烧性能和推进剂工艺条件的重要途径.本文综述了固体颗粒表面改性的方法及表面改性后的表征,分析了包覆颗粒性能变化及其对推进剂性能的影响. 展开更多

关键词 表面改性 包覆 推进剂 感度

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碳化硅基新型包覆燃料颗粒的设计及制备 被引量：3

6

作者 刘荣正 刘马林 +1 位作者 刘兵 邵友林 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1264-1269,共6页

TRISO型包覆燃料颗粒可将核裂变产生的气体、固体裂变产物束缚在燃料颗粒内部,是高温气冷堆安全性的重要保障。为满足未来超高温气冷堆在更高温度及更高燃耗条件下对燃料元件的要求,需对传统TRISO颗粒进行优化和改进。基于包覆颗粒的破... TRISO型包覆燃料颗粒可将核裂变产生的气体、固体裂变产物束缚在燃料颗粒内部,是高温气冷堆安全性的重要保障。为满足未来超高温气冷堆在更高温度及更高燃耗条件下对燃料元件的要求,需对传统TRISO颗粒进行优化和改进。基于包覆颗粒的破损机制,设计了两种SiC基新型包覆颗粒,一种采用疏松SiC层替代疏松热解炭层,包覆层由内而外依次为疏松SiC层、内致密热解炭层、致密SiC层、外致密热解炭层;另一种为全SiC包覆结构,包覆层由内而外依次为内层疏松SiC层、SiC过渡层、外层致密SiC层。根据结构设计,采用流化床化学气相沉积法实验探索了疏松SiC的形成机制及包覆工艺条件,并利用SEM、XRD等进行材料分析,最终成功实现了两种新型包覆颗粒的大规模制备。更进一步,提出了全SiC基燃料元件的概念,并制备了球形和柱形全SiC基模拟燃料元件。 展开更多

关键词 包覆燃料颗粒 碳化硅 燃料元件 高温气冷堆 元件设计

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包覆燃料颗粒制备的自动化控制系统设计与研制 被引量：5

7

作者 刘马林 邵友林 刘兵 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1013-1018,共6页

针对高温气冷堆包覆燃料颗粒生产逐渐规模化大批量发展的趋势,原制备工艺的手动控制体系已不能适应,需发展现代化工业级别的包覆燃料颗粒制备自动化控制系统。针对TRISO型包覆燃料颗粒4层连续包覆工艺进行分析,将包覆炉系统划分为5个子... 针对高温气冷堆包覆燃料颗粒生产逐渐规模化大批量发展的趋势,原制备工艺的手动控制体系已不能适应,需发展现代化工业级别的包覆燃料颗粒制备自动化控制系统。针对TRISO型包覆燃料颗粒4层连续包覆工艺进行分析,将包覆炉系统划分为5个子系统,将整个包覆过程分解为9个操作状态,提出建立分布式控制系统(DCS)自动化控制系统的思路。根据对包覆颗粒制备工艺的严格要求提出了控制系统设计原则,包括连锁控制、安全可靠、集成规范、实用易用、开放和易更新原则,并在具体建设过程中实现了这些原则要求,建立起一套完整的包覆燃料颗粒制备工艺自动化控制系统。该系统在我国高温气冷堆示范工程项目辐照样品的生产中投入运行,经实践检验,证明该系统可较好地实现包覆燃料颗粒制备工艺控制,满足工厂规模的生产要求。 展开更多

关键词 包覆燃料颗粒 分布式控制系统 自动化控制

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高温气冷堆燃料颗粒SiC包覆层性质研究 被引量：3

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作者 刘马林 刘兵 +1 位作者 邵友林 房超 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1118-1122,共5页

高温气冷堆(HTGR)燃料颗粒中的SiC包覆层是阻挡裂变产物释放最为关键的一层。本文采用XRD、Raman光谱以及SEM等方法对不同温度下在大内径喷射流化床内通过化学气相沉积法制备的燃料颗粒SiC包覆层进行微观结构分析,研究SiC包覆层在不同... 高温气冷堆(HTGR)燃料颗粒中的SiC包覆层是阻挡裂变产物释放最为关键的一层。本文采用XRD、Raman光谱以及SEM等方法对不同温度下在大内径喷射流化床内通过化学气相沉积法制备的燃料颗粒SiC包覆层进行微观结构分析,研究SiC包覆层在不同制备条件下的微观结构、成分以及密度变化的影响因素。结果发现,在实验设定的MTS(三氯硅烷)浓度范围内,在1 520～1 600℃之间均可制备出C、Si等杂质不明显的β-SiC包覆层,密度略有差异。通过微观结构分析发现,SiC包覆层密度的变小主要是由包覆层内微孔引起,且此微孔在包覆层内呈线性分布,同时基本位于某一相同的沉积表面,因此,微孔的生成与颗粒流化状态密切相关。可见,改善流化质量应是下一步工艺改进的主要方向。 展开更多

关键词 高温气冷堆 核燃料颗粒 SiC包覆层 微观结构分析

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HTGR包覆燃料颗粒碳化硅层细晶化研究 被引量：4

9

作者 刘荣正 刘马林 +1 位作者 刘兵 邵友林 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期126-131,共6页

高温气冷堆(HTGR)是能适应未来能源市场的第四代先进核反应堆堆型之一,其固有安全性的第一道保障是使用的TRISO型包覆燃料颗粒。在TRISO型燃料颗粒4层包覆结构中,SiC包覆层是承受包覆燃料颗粒内压和阻挡裂变产物释放的关键层,制备高质量... 高温气冷堆(HTGR)是能适应未来能源市场的第四代先进核反应堆堆型之一,其固有安全性的第一道保障是使用的TRISO型包覆燃料颗粒。在TRISO型燃料颗粒4层包覆结构中,SiC包覆层是承受包覆燃料颗粒内压和阻挡裂变产物释放的关键层,制备高质量SiC包覆层是核燃料领域中的重大问题和关键技术之一。本文介绍高温气冷堆燃料颗粒的基本结构,详述制备SiC包覆层的流化床-化学气相沉积过程,提出SiC层细晶化这一研究方向,并系统阐述包覆燃料颗粒SiC包覆层细晶化的优势。在细晶化SiC材料制备方法方面,系统分析SiC粉体、陶瓷、薄膜和厚膜材料的研究现状,并结合本实验室前期研究成果提出制备细晶SiC包覆层的可行制备策略。 展开更多

关键词 高温气冷堆 包覆燃料颗粒 碳化硅 细晶化

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HTGR燃料元件包覆颗粒的穿衣主要工艺研究 被引量：2

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作者 卢振明 张杰 +2 位作者 王义民 唐亚平 邹彦文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期665-668,共4页

高温气冷堆的商业化发展对燃料元件穿衣颗粒的规模化生产提出了更高要求。本文采用自主研发的穿衣系统,研究了穿衣鼓转速对动态表面倾角、安息角、粒径分布等参数的影响。确定了穿衣鼓转速的分段设置和最佳状态,并分析了不合格颗粒产生... 高温气冷堆的商业化发展对燃料元件穿衣颗粒的规模化生产提出了更高要求。本文采用自主研发的穿衣系统,研究了穿衣鼓转速对动态表面倾角、安息角、粒径分布等参数的影响。确定了穿衣鼓转速的分段设置和最佳状态,并分析了不合格颗粒产生的原因。批量实验结果显示,穿衣颗粒成品率高且稳定,平均成品率达到93.94%,且设备易于操作控制,完全能满足规模生产的需要。 展开更多

关键词 高温气冷堆 球形燃料元件 穿衣 包覆颗粒

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颗粒尺寸分析仪法测量包覆颗粒疏松层密度的研究 被引量：2

11

作者 李自强 刘小雪 +1 位作者 赵宏生 唐春和 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2300-2303,共4页

包覆燃料颗粒的质量对于高温气冷堆安全运行起着重要作用。低密度热解炭层作为包覆的第一层非常关键,关系到包覆燃料颗粒和燃料元件的性能质量。本文介绍一种用颗粒尺寸分析仪测量疏松热解炭层密度的方法,该方法采用颗粒尺寸分析仪测量... 包覆燃料颗粒的质量对于高温气冷堆安全运行起着重要作用。低密度热解炭层作为包覆的第一层非常关键,关系到包覆燃料颗粒和燃料元件的性能质量。本文介绍一种用颗粒尺寸分析仪测量疏松热解炭层密度的方法,该方法采用颗粒尺寸分析仪测量包覆前后颗粒的直径,再结合天平称得包覆前后颗粒的质量,经过计算得到包覆燃料颗粒疏松热解炭层的密度。对该方法测量包覆燃料颗粒疏松层密度的测量精度进行了验证。结果表明,该方法的测量精度满足测试要求,且该方法快速、便捷,适于工程应用。 展开更多

关键词 高温气冷堆 包覆燃料颗粒 疏松层密度 颗粒尺寸分析仪法

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10MW高温气冷堆首次装料的包覆燃料颗粒研制 被引量：2

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作者 朱钧国 杨冰 +4 位作者 张秉忠 邵友林 梁彤翔 孙利峰 吕庆军 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 2003年第z1期45-49,共5页

10MW高温气冷堆采用全陶瓷TRISO型包覆颗粒燃料元件。TRISO型包覆燃料颗粒由燃料核芯、疏松热解炭层、内致密热解炭层、碳化硅层和外致密热解炭层组成。本工作研究用于生产包覆燃料颗料的具有多气体入口的新型喷动流化床和4层连续包覆... 10MW高温气冷堆采用全陶瓷TRISO型包覆颗粒燃料元件。TRISO型包覆燃料颗粒由燃料核芯、疏松热解炭层、内致密热解炭层、碳化硅层和外致密热解炭层组成。本工作研究用于生产包覆燃料颗料的具有多气体入口的新型喷动流化床和4层连续包覆工艺。采用化学气相沉积方法在150mm直径流化床沉积炉中生产出10MW高温气冷堆的包覆燃料颗粒。用扫描电镜观察研究了包覆燃料颗粒的微观结构。包覆燃料颗粒的制造破损率为3.4×10^(-6)。包覆燃料颗粒的辐照考验结果(包覆燃料颗粒的裂变产物^(85)Kr^m释放率为10^(-6))表明,包覆燃料颗粒的性能可以满足我国10MW高温气冷堆的设计要求。 展开更多

关键词 高温气冷堆 包覆燃料颗粒 流化床 化学气相沉积

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核热推进包覆燃料颗粒耐高温性能研究 被引量：3

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作者 张良 曾强 +1 位作者 潘小强 李圆圆 《载人航天》 CSCD 北大核心 2019年第2期202-207,共6页

为确定TRISO包覆燃料颗粒作为核热推进系统燃料的适用性,采用ZrO_2模拟TRISO核燃料中UO_2核芯,对包覆颗粒的耐高温性能进行了研究。在氩气环境中分别进行1800 K～2300 K耐高温性能研究,统计了颗粒在不同温度下的破损情况及压碎强度,并... 为确定TRISO包覆燃料颗粒作为核热推进系统燃料的适用性,采用ZrO_2模拟TRISO核燃料中UO_2核芯,对包覆颗粒的耐高温性能进行了研究。在氩气环境中分别进行1800 K～2300 K耐高温性能研究,统计了颗粒在不同温度下的破损情况及压碎强度,并利用体视显微镜、SEM等手段观察颗粒形貌。研究发现,2000 K时包覆颗粒出现破损,2200 K时颗粒破损率已高达70%;当温度不超过2000 K时,包覆颗粒压碎强度变化不明显,而2000 K以上时,SiC层断裂形式由以"穿晶断裂"为主逐渐转变为以"沿晶断裂"为主,颗粒压碎强度随温度的升高显著降低。 展开更多

关键词 核热推进 TRISO包覆燃料颗粒 耐高温性能 压碎强度 破损率

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包覆燃料颗粒及应用 被引量：4

14

作者 邵友林 朱钧国 +1 位作者 杨冰 张秉忠 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第B07期117-121,共5页

介绍了包覆燃料颗粒技术及包覆燃料颗粒的结构和制备过程,探讨了包覆燃料颗粒及其技术的潜在应用方向。

关键词 包覆燃料颗粒 流化床化学气相沉积 高温气冷堆 轻水堆 流化床反应堆

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10MW高温气冷堆燃料元件辐照后检验 被引量：1

15

作者 唐春和 符晓铭 +1 位作者 朱钧国 张纯 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第B07期109-112,140,共5页

为了评价10MW高温气冷堆(HTR10)用燃料元件的性能,从第1和第2生产批次中分别随机抽取两个球形燃料元件进行辐照考验。辐照考验在俄罗斯的IVV2M堆内进行,采用动态辐照试验的方法,可分别控制每个辐照盒中燃料元件的温度和测量气态裂变产... 为了评价10MW高温气冷堆(HTR10)用燃料元件的性能,从第1和第2生产批次中分别随机抽取两个球形燃料元件进行辐照考验。辐照考验在俄罗斯的IVV2M堆内进行,采用动态辐照试验的方法,可分别控制每个辐照盒中燃料元件的温度和测量气态裂变产物的释放。辐照后检验包括外观检查、尺寸测量、固体裂变产物在基体石墨内的分布测量、包覆燃料颗粒破损率测量和金相观察。辐照后检验结果表明:辐照没有引起燃料元件中包覆燃料颗粒的破损,生产的燃料元件满足10MW高温气冷堆的设计要求。 展开更多

关键词 高温气冷堆 球形燃料元件 包覆燃料颗粒 辐照考验 辐照后检验

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X射线照相法测量包覆燃料颗粒包覆层的厚度和 UO_2 核芯的直径 被引量：1

16

作者 唐春和 张纯 张冬梅 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 1998年第4期371-375,共5页

１引言图１１０ＭＷ高温气冷实验堆球形燃料元件Ｆｉｇ．１１０ＭＷＨＴＲｓｐｈｅｒｉｃａｌｆｕｅｌｅｌｅｍｅｎｔ１０ＭＷ高温气冷实验堆的堆芯中装有２７０００多个直径为６ｃｍ的球形燃料元件，每个燃料元件是由８０００多个包覆... １引言图１１０ＭＷ高温气冷实验堆球形燃料元件Ｆｉｇ．１１０ＭＷＨＴＲｓｐｈｅｒｉｃａｌｆｕｅｌｅｌｅｍｅｎｔ１０ＭＷ高温气冷实验堆的堆芯中装有２７０００多个直径为６ｃｍ的球形燃料元件，每个燃料元件是由８０００多个包覆燃料颗粒弥散在石墨粉末里压制成的（... 展开更多

关键词 核芯 包覆燃料颗粒 X射线照相法 厚度 二氧化铀

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包覆燃料颗粒包覆层性能测试方法

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作者 李恩德 唐春和 +2 位作者 张纯 迟伟忠 张冬梅 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 1996年第4期360-366,共7页

高温气冷堆包覆燃料颗粒，是由ＵＯ２燃料核芯和在它上包覆热解碳和ＳｉＣ层材料构成。为测量这些微小颗粒包覆层材料的性能，专门研究了一些测试方法和专用仪器。

关键词 包覆燃料颗粒 燃料元件 高温气冷堆 包覆层 性能测试

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包覆燃料颗粒的形状分选

18

作者 杨冰 邵友林 +4 位作者 朱钧国 张秉忠 孙利峰 吕庆军 张锴瑜 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 2003年第z1期53-55,共3页

畸形燃料核芯及包覆燃料颗粒是燃料元件制造过程中破损率的主要来源之一。本文涉及采用倾斜振动板式分选机对畸形燃料核芯和包覆燃料颗粒进行分选。该机对畸形颗粒的分选效率约为95％。

关键词 包覆燃料颗粒 形状分选 倾斜振动板式分选机

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三结构各向同性包覆燃料颗粒相衬CT图像的噪声和伪像抑制方法初探

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作者 彭亚辉 曹旭阳 +3 位作者 陈后金 李艳凤 李居朋 王贤刚 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期448-453,共6页

对三结构各向同性包覆燃料颗粒相衬CT图像的噪声和伪像抑制进行了初步探索,提出了三种方法分别抑制由探测器随机噪声、非线性漂移以及灵敏度非均匀性所导致的图像噪声或伪像.对抑制噪声或伪像前后的图像质量进行了主观评价以及定量分析... 对三结构各向同性包覆燃料颗粒相衬CT图像的噪声和伪像抑制进行了初步探索,提出了三种方法分别抑制由探测器随机噪声、非线性漂移以及灵敏度非均匀性所导致的图像噪声或伪像.对抑制噪声或伪像前后的图像质量进行了主观评价以及定量分析,结果表明,本文提出的三种方法在有效抑制上述三种类型噪声或伪像的同时仍然能够保证重建图像中不同结构间边缘的清晰度. 展开更多

关键词 相衬计算机断层成像 三结构各向同性包覆燃料颗粒 噪声 伪像 抑制

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包覆燃料颗粒生产线压力平衡分析及系统优化

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作者 刘荣正 刘马林 +2 位作者 邵友林 刘兵 宋飞飞 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1653-1657,共5页

高温气冷堆使用的TRISO型包覆燃料颗粒采用流化床化学气相沉积法制备。实验研究发现,在包覆燃料颗粒的生产过程中,化学气相沉积过程的压力显著影响包覆燃料颗粒的性能指标。研究了包覆过程中反应压力的变化对包覆层的显微形貌及密度的... 高温气冷堆使用的TRISO型包覆燃料颗粒采用流化床化学气相沉积法制备。实验研究发现,在包覆燃料颗粒的生产过程中,化学气相沉积过程的压力显著影响包覆燃料颗粒的性能指标。研究了包覆过程中反应压力的变化对包覆层的显微形貌及密度的影响规律。基于对化学气相沉积反应压力的控制需求,进行生产线全系统压力监测及分析,获得整个生产线压力平衡及稳定操作的值。对生产线进行了系统优化,提出从后端调节压力的方法,通过系统的压力平衡,实现了对反应压力的有效控制,保证了生产过程稳定性。研究结果指出,全系统压力平衡分析是一种有效的生产线评估手段,可用于故障分析排除、分级连锁设计以及系统优化等。 展开更多

关键词 包覆燃料颗粒 高温气冷堆 生产线 压力平衡分析

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