摘要：刚度是压水堆燃料组件压紧板弹簧的重要设计参数,通常由试验获取。开展刚度模型研究,合理预测板弹簧的服役性能,是反应堆燃料组件设计验证及安全评价的重点内容之一。本文基于悬臂梁小挠度变形理论,建立了变厚度板弹簧刚度计算的简化模型,并研究了主要参数对板弹簧刚度的影响。结果表明:板弹簧的刚度与宽度及杨氏模量呈线性关系变化,与根部厚度呈三次方关系变化;板弹簧刚度随长度减小而增加,随高度增加而增加,随端部厚度与根部厚度之比近似线性增加。本文建立的分析模型对压水堆燃料组件板弹簧性能评估和优化设计具有参考意义。

摘要：事故容错燃料(ATF)系统旨在当反应堆失去冷却后,提高核燃料及包壳的安全特性,在正常工况下相比现在的UO_2-Zr系统更好。通过凭借先进材料的特性,ATF系统会明显延缓事故进程,为采取缓解措施提供更大的时间裕度。本文通过分析采用ATF的典型压水堆系统大破口事故(LBLOCA)设计基准事故以及叠加安注系统失效的极限严重事故,初步评估ATF在事故下的性能。分析结果表明,相比UO_2-Zr,ATF能降低大破口设计基准事故下的包壳峰值,延长严重事故下堆芯发生熔化的时间,具有更好的事故容错性。

摘要：二氧化铀芯块的性能关系着核电厂的安全经济运行,其性能改进与提升受到了核燃料行业的持续关注。除工艺优化、掺杂改良之外,芯块的结构设计改进也是提升性能的重要方向。通过对二氧化铀芯块结构设计改进研究的综述,简要评述各改进方向的设计特点和性能提升情况,并在此基础上展望二氧化铀芯块结构设计改进的未来发展趋势。

摘要：在压水反应堆中,锆合金包壳与水发生腐蚀化学反应,会对包壳的机械性能产生不利影响,从而限制燃料元件的使用寿期。为了减缓包壳氧化速率,防止氢气燃爆风险的发生,人们提出了事故容错燃料的概念设计。金属铬具有优异的抗腐蚀氧化性能,作为包壳涂层已备受核电领域的广泛关注。目前,铬涂层耐高温腐蚀氧化行为微观机理研究尚不清楚,亟须开展相关研究。本文采用第一性原理方法从电子尺度探索了铬晶体中氧和氢的扩散机理。研究表明,氧的最稳定占位是八面体间隙,氢更倾向于占据四面体间隙。氢的溶解度远低于氧的溶解度。氧在间隙的溶解能为负值,表明氧与近邻铬之间存在较强的相互吸引。进一步采用弹性带方法计算氧和氢的反应扩散路径和迁移能垒。氧沿着四面体间隙至八面体间隙的反应路径扩散,迁移能垒为0.18 eV,而氢更容易沿着四面体间隙至第一近邻的四面体间隙的反应路径扩散,迁移能垒为0.79 eV。同时,氧沿着四面体间隙至第一近邻八面体间隙的反应路径扩散,迁移能垒为0.65 eV。这表明氧倾向于沿着四面体间隙至八面体间隙的反应路径扩散。氢在铬中的迁移能垒为0.17 eV。进一步结合阿伦尼乌斯扩散方程,拟合出温度与扩散系数的变化关系,为涂层高温腐蚀性能实验研究提供理论支持。

摘要：在众多事故容错燃料(ATF)概念中,Cr涂层ATF是近期主流的方案之一。在确定了涂层材料和涂覆工艺之后,需要根据Cr涂层ATF的研发指标来设计涂层的厚度,然而目前未有针对Cr涂层厚度研究的公开报道。本文针对Cr涂层开展厚度设计研究,其基本原则是在满足性能指标的前提下,Cr涂层越薄越好,结合国内外相关试验数据,通过计算分析,重点研究Cr涂层厚度在磨损、腐蚀和高温氧化三个方面对包壳的性能影响。当Cr涂层厚度在10μm左右时,其可基本满足ATF设计要求,其中,磨损对涂层损耗最大,其次是大破口失水事故下的高温氧化。此外,还需要考虑涂层厚度不均匀性、涂覆工艺等其它因素对涂层厚度设计的影响。