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原子能科学技术
原子能科学技术

万钢

月刊

1000-6931

yzk@ciae.ac.cn

010-69358024

102413

北京市275-65信箱

原子能科学技术/Journal Atomic Energy Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊由中国原子能科学研究院主办，1959年创刊，国内外公开发行，全国性学术与技术兼顾的原子能类核心期刊，先后被美国工程信息公司《EI Compendex》数据库、美国化学文摘《CA》、日本《科学技术文献速报》、《中国科学引文数据库》、《中国学术期刊（光盘版）》、《方正Apabi电子期刊》、《中国科技期刊数据库》、《CEPS中文电子期刊服务》等收录，并已入网“万方数据——数字化期刊群”。主要刊登核科学技术方面具有创造性的科技成果，旨在促进核科学与技术方面的交流、核技术与其它科学技术间的交叉渗透，推动核科技在国民经济方面的应用。
正式出版
收录年代

    运行温度对钠热管内工质蒸发调节系数影响的实验研究

    马在勇周政马誉高吴奇...
    2106-2112页
    查看更多>>摘要：钠热管在相关小型化、无人化核反应堆平台上有着良好的应用前景，其工质蒸发调节系数的准确性对于钠热管分析具有重要的意义。而蒸发调节系数受温度的影响显著，为此，通过实验方法研究了不同温度对钠热管内钠蒸发调节系数的影响。通过改变加热功率、倾角、加钠量、丝网等参数，测量了稳态工况下的轴向外壁面温度及气相温度。采用不同蒸气温度取值方法，结合外壁面温度测量值，基于Hertz-Knudsen-Schrage 方程获得了蒸发调节系数的实验值。分析表明，使用蒸发段局部气相温度作为蒸气温度获得的蒸发调节系数受管内工况及丝网参数影响较小，蒸发调节系数的对数值与对数饱和压力满足良好的线性关系;使用绝热段壁面温度或绝热段气相温度作为蒸气温度获得的蒸发调节系数，在550 ℃以下时受轴向导热热阻及液钠润湿不佳的影响，数值偏小但依然满足对数线性关系，而在高于550℃时液钠良好润湿性带来的轴向铺展可显著增大蒸发调节系数，此时丝网的作用较为明显。通过拟合实验数据，建立了不同温度下的蒸发调节系数的经验关系式。

    钠热管蒸发调节系数实验研究模型开发

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    铅铋快堆堆芯包壳多场耦合腐蚀行为的数值模拟研究

    贾政刘莉包睿祺罗皓天...
    2113-2123页
    查看更多>>摘要：铅铋快堆中液态铅铋(LBE)腐蚀结构材料是制约铅铋快堆发展的关键难题之一，液态铅铋流动过程中对结构材料的侵蚀作用不可忽视。为开展高温液态铅铋环境下堆芯燃料包壳动态腐蚀特性研究，本文针对包壳管候选材料T91钢建立氧化、还原、侵蚀耦合腐蚀模型，结合计算流体力学(CFD)方法，对燃料包壳表面腐蚀现象进行模拟研究，并对影响腐蚀的关键因素进行分析。研究结果表明:一定铅铋流速下，燃料组件内沿液态铅铋流动方向，包壳表面温度越高，尖晶石层平衡厚度越厚，包壳厚度损失速率越高，运行800 h后，燃料组件仅剩出口处残留磁铁矿层;随着燃料组件入口液态铅铋流速的增加，包壳厚度损失速率越高;当入口流速为2 m/s，氧化层稳定情况下，中心棒的包壳厚度损失速率为0。044 98 mm/a;当燃料组件包壳表面氧浓度大于发生氧化反应的最低值时，包壳厚度损失速率随包壳表面温度升高而增加;当包壳表面氧浓度小于发生氧化反应的最低值时，包壳会直接被液态铅铋溶解，溶解速率高达上千mm/a。

    铅铋快堆氧化侵蚀计算流体力学

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    摇摆条件下旋叶式分离器流场及效率的数值模拟研究

    李亚民应秉斌刘莉顾汉洋...
    2124-2138页
    查看更多>>摘要：海洋核动力堆的紧凑式结构设计导致主设备蒸汽发生器的空间尺寸大幅缩减，作为蒸汽发生器中核心部件的汽水分离装置首当其冲。旋叶式分离器是汽水分离装置中的初级分离器，承担着80％以上的汽水分离任务，其性能优劣直接影响到海洋核动力系统的安全性和经济性。本文以旋叶式分离器为研究对象，结合欧拉-欧拉两相流模型和RNG k-ε湍流模型，利用用户自定义函数(UDF)将海洋摇摆产生的附加惯性力以源项的方式添加到动量方程中，同时考虑重力分量的变化，建立了分离器内汽水两相流动与分离的三维数值计算模型，并系统研究了摇摆幅值和摇摆周期对分离器内流场特性和工作性能的影响。结果表明:周期性的摇摆运动会增强分离器内汽水两相流体的湍流交混，进而导致压力场、速度场和液相体积份额分布混乱，特别地，当摇摆幅值为40°、摇摆周期为2s时达到临界工况，此时分离器内部多个区域出现流体回流现象，严重影响汽水两相分离效果;由摇摆运动产生的附加惯性力会使分离器内压力和速度分布的周期性波动滞后于分离器自身运动1/4周期;在分离筒近壁面区域，液相体积份额的峰值出现在分离器运动到最大倾角时刻;分离效率的周期性波动近似于正弦函数，在未达到临界工况之前，分离效率的波动与分离器的摇摆运动同步。总体上，摇摆幅值越大、摇摆周期越短，对分离器分离性能影响越大。本文结果可为开发先进的海洋核动力堆汽液分离技术提供理论依据和分析模型。

    旋叶式分离器摇摆运动流场分离性能附加惯性力数值模拟

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    基于氧化腐蚀行为的铅铋堆燃料组件多物理耦合特性研究

    季旭柴翔张乐福刘晓晶...
    2139-2152页
    查看更多>>摘要：氧是铅铋堆中最具应用潜力的非金属缓蚀剂，在冷却剂中添加一定浓度的氧，可在结构材料表面生成保护性氧化膜，可以极大程度上缓解液态铅铋对结构材料的腐蚀。在铅铋堆中，氧化层的生长-去除行为受温度、氧浓度、冷却剂流速、时间等多种因素影响，同时氧化层的生长也改变了堆芯的热工水力特性和中子物理参数，因此，研究铅铋堆的氧化腐蚀场、热工水力场和中子物理场的耦合作用对铅铋堆应用有重要意义。本文基于MOOSE(面向对象的多物理场仿真环境)平台搭建了核-热-材多物理场耦合框架，开展了铅铋堆在基准工况下的核-热-材耦合分析，并研究了氧浓度和冷却剂入口温度对关键耦合参数时序变化规律和氧化层分布的影响。结果表明，基准工况下氧化腐蚀10 000 h后，燃料组件包壳表面的氧化层平均厚度约为9。86 μm，燃料最大温升为13。36 K，keff下降7 pcm;氧浓度升高可以极有效地抑制磁铁矿溶解，但达到一定浓度后氧浓度的升高对Fe-Cr尖晶石的生长促进作用较小;冷却剂入口温度的升高会导致组件中心处包壳壁面的磁铁矿去除速率增大，并且可以大幅促进Fe-Cr尖晶石的生长。

    核-热-材耦合氧化腐蚀铅铋堆燃料组件面向对象的多物理场仿真环境

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    小型棱柱式高温气冷堆keff不确定度分析

    袁媛刘国明张鹏张成龙...
    2153-2161页
    查看更多>>摘要：在新型反应堆设计中，堆芯重要参数的不确定度分析对设计的可靠性和安全性至关重要。基于小型棱柱式高温气冷堆堆芯设计方案，采用了随机抽样法、敏感性分析法、多项式混沌展开法，分析核数据的不确定度和模型参数的制造公差对keff不确定度的影响。分析结果显示，核数据引入的keff不确定度约为511 pcm，除常规的235U和238U核素截面外，石墨和28Si核素的截面对keff不确定度贡献高达311 pcm。模型参数方面，控制芯块铀装量是工艺参数控制要求的关键，将其他工艺参数与铀装量参数解耦后，25个模型参数引入的keff不确定度从约1 950 pcm下降到约420pcm。计算方法方面，敏感性分析法、多项式混沌展开法较随机抽样法的计算效率更高，通过多参数联合分析可同时得到所有输入参数的总不确定度和单独不确定度，PCE方法产生代理模型还可用于不同模型参数下的keff预测。

    核数据制造公差随机抽样敏感性分析多项式混沌展开

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    POD和DMD方法对燃料棒流致振动特性的分析

    闵光云姜乃斌
    2162-2172页
    查看更多>>摘要：燃料棒的流致振动是造成燃料失效和反应堆停堆的重要因素之一，研究其流致振动机理非常必要。本文建立了燃料棒的高保真有限元模型，基于ANSYS Batch和随机振动理论批量计算了不同支撑刚度下燃料棒的流致振动响应，并搭建了 1个流致振动响应数据库。该数据库采用不同支撑刚度值来模拟和检查燃料棒可能遇到的情况。基于数据库组装快照矩阵，采用两种数据驱动方法(POD方法和DMD方法)搭建了 1个高保真降阶模型(ROM)，该ROM能够实现流致振动响应的快速重构。对比了 POD方法和DMD方法重构燃料棒流致振动响应的效果以及各自的优点和缺点。研究发现:使用相同数量的模态重构燃料棒的流致振动响应时，POD方法的重构效果优于DMD方法;基于相同数量的模态重构时，刚度为1 N/mm的重构效果最差，这主要是因为刚度越小，频率越小，系统的振幅越大，需要更多数量的模态才能捕捉大幅振动带来的影响;DMD方法不仅能够高效地重构燃料棒的振动响应，还能够判断每个DMD模态的稳定性。

    PODDMD流致振动模态燃料棒

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    新型热管堆装料及外推临界实验技术研究

    张鹏展杨历军肖启冬刘凯凯...
    2173-2179页
    查看更多>>摘要：热管堆为当前先进核动力的研究热点。由于新型热管堆采用少量大块燃料，传统的外推临界实验技术适应性差，使其在装料及外推临界过程中面临安全挑战。本文结合该反应堆的特点，确定了先装配块状燃料，再逐步提升侧反射层达临界的方案。基于蒙特卡罗程序，计算分析了堆芯装配过程中的临界安全，确定了安全可控的初始堆芯装配方案;确定了中子源和探测器的布置;开展外推临界实验技术研究，针对直接外推侧反射层体积造成外推曲线上凸的问题，提出了以侧反射层的反应性价值为权重因子对体积进行加权处理的修正方法。利用此技术模拟了外推过程，结果表明本文确定的外推临界实验方案是可行的。本文结果可为新型热管堆装料及外推临界提供指导。

    热管堆块状燃料侧反射层装料外推临界

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    超低温热疲劳对Z2CND18.12奥氏体不锈钢显微组织与力学性能的影响

    张昀浩马雁张涛李世江...
    2180-2188页
    查看更多>>摘要：核电厂低低水位阀门维修中经常采用冰塞封堵实现一段管道的封闭隔离，为研究冰堵作业中冷冻→解冻→加热过程对一回路管材Z2CND18。12奥氏体不锈钢的显微组织与力学性能的影响，采用实验模拟方法开展了 20个循环周次的超低温热疲劳(-196 ℃→0 ℃→350℃→室温)实验。通过金相、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等方法设备表征材料经过不同循环周次的显微组织变化;通过室温、高温拉伸、室温冲击等测试方法获得试样宏观力学性能变化。研究结果表明:Z2CND18。12奥氏体不锈钢管材在20个循环周次的超低温热疲劳后，仍然保持了 0周次试样(原始样品)的强度、塑性和韧性;显微组织中未发生相变和沉淀相析出，仅位错密度增加，晶粒尺寸略微减小。综上可知超低温热疲劳后Z2CND18。12奥氏体不锈钢管材显微结构稳定、力学性能良好，能够抵抗深冷热循环的反复作用。

    Z2CND18.12奥氏体不锈钢显微组织力学性能深冷热疲劳

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    新型钍基类MOX燃料的制备和第一性原理研究

    赵石魏强林刘义保刘豪杰...
    2189-2197页
    查看更多>>摘要：为研究钍基类MOX(Th-MOX)燃料Th1-xPuxO2的结构及性质，以性质相近的Ce原子替代Pu原子，采用溶胶-凝胶法在不同烧结温度下制备了 Th1-xCexO2(x=0，0。25，0。50，0。75，1)，利用XRD、SEM和拉曼光谱仪对其形貌和结构进行了表征，同时采用基于密度泛函理论的第一性原理计算软件VASP计算了 Thi-xCexO2的晶格常数和电子态密度。实验结果表明:制备得到的Th1-xCexO2在致密性和颗粒均匀性方面表现出良好的性能。随烧结温度的升高，密度先增大后减小(最高达到理论密度的98。4％)，晶界迁移使晶粒尺寸增大。混合氧化物在形成的过程中晶格中产生了氧缺位，随着体系中Th含量的增加，晶粒尺寸减小、能量带隙增大、导带宽度减小，Th原子的局域态密度增大，Ce原子的局域态密度减小，原子半径的差异导致晶格常数、Th-O键和Ce-O键的平均键长增大，Th1-xCexO2晶格常数的计算值与实验值吻合良好。

    钍基类MOX燃料溶胶-凝胶法第一性原理态密度

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    中子成像的氢散射校正方法

    游绍初贺林峰武梅梅李正耀...
    2198-2204页
    查看更多>>摘要：中子成像可无损地探测样品内部的成份和结构等信息，已应用于诸多领域中材料的定量分析。中子成像对样品中的含氢物质进行定量分析时，由于氢的总散射截面大于吸收截面，散射中子会降低图像质量，严重干扰定量分析。已有的散射校正方法各自存在一定的局限性，或不适用所有样品、或增加曝光时间或数据处理复杂等。因此，本文提出了一种新的散射校正方法——双探测器法，并对水层样品进行实验验证。结果表明，校正后的水层厚度与实际厚度基本一致，验证了双探测器法是一种可行的散射校正方法。

    中子照相定量分析散射校正能谱硬化

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