摘要：自给能中子探测器(Self-Powered Neutron Detectors,SPNDs)是核反应堆监测和保护系统的核心设备,其测量到的电流直接反映堆芯功率的大小和分布。探测器绝缘体是影响信号电流计算精度的主要因素,在SPND的研发设计中占有重要地位。为进一步提升SPND信号电流计算方法的精度,本文根据SPND电流产生机理以及绝缘体中固有的空间电场效应,提出了三种不同的中子、光子电流计算方法,并进行了详细的对比验证。结果表明:三种方法计算结果的差异小于1%,显示了相当的精度。此外,以反应堆工程中应用广泛的铑SPND为例,计算结果表明其信号电流主要由中子产生,光子引起的电流一般不超过5%。本文所提出的电流计算方法在反应堆上经过了大量的实验验证,理论和实验结果的差异均小于3%,证明了其有效性和精度。该方法已经应用于中国第三代先进大型压水反应堆——“华龙一号”,并具有通用性。它可用于不同类型自给能探测器的电流分析,也可为其他反应堆(如第四代快中子堆和后续的聚变堆)的堆芯监测系统提供有益的参考。

摘要：近年来,高温热电材料SiGe合金的制备工艺不断优化,其热电优值得到不断提升,作为温差发电器件材料在未来深空探测装备发电应用中展现出巨大的应用价值。基于目前研究发展的SiGe合金,在考虑接触电阻与热阻的基础上,利用ANSYS软件构建了平面型SiGe热电器件的仿真模型,分析电极厚度、电偶臂间距、电偶臂结构、热损和热端温度变化对器件输出性能影响。结果表明,器件开路电压和最大输出功率分别为0.315 V和0.56 W,与器件实验结果的误差均小于5%,模型具有较好的计算精度。减小热端SiMo电极厚度和电偶臂间距有效提高了器件输出性能,当器件电极厚度为1 mm,电偶臂间距为3 mm时,输出功率和热电效率达0.85 W和6.80%。结构设计发现,当n型和p型电偶臂横截面积比为0.90时,输出功率获得最大值;面积比为1.10时,转换效率获得最大值。器件与环境之间换热系数的增大有利于输出功率的提高,但转换效率大幅降低。器件输出性能变化相对热端温度变化具有滞后性,温度阶跃变化之后重新达到稳态所需要的时间为0.048 s,大于温度线性变化重新达到稳态所需要的时间0.022 s。研究结果可为后续器件的加工制备提供理论指导。

摘要：先进核能系统的发展对核材料在多场耦合极端环境中的服役稳定性提出了更高要求。连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料具有低密度、高温力学性能优异、抗腐蚀、耐辐照等优点,且在外力作用下呈现“假塑性”断裂行为,被视为先进核能系统中极具应用前景的新型结构材料。本文首先从材料级、构件级、服役性能三个层面系统总结了核用SiCf/SiC复合材料的基础研究体系,分析了美国、法国、日本等传统核电强国,其他新兴核电国家和我国在核用SiCf/SiC复合材料领域的发展趋势,梳理了我国核用SiCf/SiC复合材料在原材料、数据积累和专利标准等方面存在的问题与发展面临的挑战,针对性地提出了相关措施与建议,包括加强材料制备技术研发、发展研发新范式、强化“产学研用”合作关系、在坚持以我为主的基础上加强国际交流等,以期为我国核用SiCf/SiC复合材料领域的研究方向及决策制定提供参考。

摘要：石墨烯辐伏同位素电池是石墨烯在半导体和微电子领域中的一种应用,其中对石墨烯进行修饰改性是改善石墨烯在这些领域中应用的一项重要研究内容。本研究对比硝酸掺杂和电子束辐照两种不同石墨烯改性方法对石墨烯辐伏同位素电池输出性能的影响。同时,结合光镜、X射线光电子能谱仪(XPS)和拉曼光谱等分析测试手段,研究了两种不同方法对石墨烯材料改性的作用机理。结果表明,硝酸掺杂是一种表面电荷转移的过程,并不能使石墨烯中sp^(2)杂化碳原子转变为sp^(3)杂化,但能提高石墨烯辐伏同位素电池的短路电流;而电子束辐照石墨烯会在石墨烯中引入缺陷,使石墨烯中sp^(2)杂化碳原子转变为sp^(3)杂化,从而打开石墨烯的带隙,改善石墨烯辐伏同位素电池的开路电压和填充因子。以上结果可为石墨烯辐伏同位素电池的设计和制备提供实验理论依据,并为进一步提高石墨烯辐伏同位素电池的性能提供参考。

摘要：超高温锂热管冷却的核反应堆因其静默性、体积小等优势,在深海核动力和深空探测方面具有广泛的应用前景。为掌握超高温锂热管的传热特性,开展了超高温锂热管设计,并基于热阻网格法开发了超高温锂热管的Python程序,在此基础上对锂热管进行热输运性能分析。通过与其他现有模型和实验数据对比,验证了本文开发的模型精度,且应用该程序校核了本文设计的超高温锂热管,并分析了超高温锂热管在变功率工况下热管结构对热管达到新的稳定状态所需转变时间的影响。结果表明,本文设计的超高温锂热管符合设计要求;增加管壁厚度和吸液芯厚度会增加转变时间;增加冷凝段长度有利于减少转变时间。本文研究为热管堆的优化设计和安全分析提供了依据。

摘要：参考一种简化的、解析近似的计算模型,以地球到火星的对接任务和往返任务为例,对核聚变等离子体推进器性能关键参数如推进系统质量、比冲、任务时间、有效载荷份额及比功率等进行分析,得出了任务时间和有效载荷质量份额与聚变堆芯输出功率、推进器结构质量和比冲的依赖关系。在此基础上,结合核聚变地面商业堆的相关进展,对现有的技术做合理适当外推,理论计算表明:飞行任务能够在1~2个月内达到目的星球同时可携带超过10%的有效载荷份额,并提出了未来核聚变空间推进器的初步参数方案和设计构想,总体上能够为未来核聚变空间推进技术的发展提供一定的参考。

摘要：为了提高深空探测任务的范围和能力,亟需发展高性能的聚变空间推进器,而其中最为关键的子系统是磁喷嘴。首先介绍了聚变空间推进器的主要工作原理,并分析了核聚变地面发电应用中的偏滤器和空间推进应用中磁喷嘴系统的差异与联系。在此基础上,通过参考一种简化的磁喷嘴性能计算模型,初步评估了推力为1~1000N,比冲为10^(4)~10^(5)s,聚变传输功率为100MW~10GW研究范围内,不同推进性能需求与磁喷嘴系统磁喉处磁场大小、库区等离子体密度及推进剂质量流量的依赖关系。相关定性及定量分析结果能够为未来核聚变空间推进器磁喷嘴系统的物理和工程设计提供一定的参考。

摘要：针对压水堆堆内构件控制棒驱动机构合金600贯穿喷嘴故障,基于概率断裂力学理论,进行应力腐蚀和辐照环境下的两种失效模式(泄漏失效和断裂失效)可靠性分析。首先构建寿命预测模型,然后采用有限元仿真分析实际工况下的载荷响应,最后利用广义应力-强度干涉模型计算可靠度。选取西屋控制棒驱动机构合金600贯穿喷嘴进行案例分析,在95%置信度水平下,运用蒙特卡洛仿真法预测两种失效模式下的寿命区间,并开展敏感性分析,以确定影响喷嘴寿命的重要参数。所提方法对堆内构件优化设计有一定的理论指导意义。

摘要：基于玻璃陶瓷具有良好的高温稳定性、抗腐蚀性和耐磨性等特点,设计了Li_(2)O-ZnO-SiO_(2)/CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)玻璃陶瓷梯度材料涂层以提高铅基反应堆泵叶轮用316L钢抗铅铋冲刷腐蚀的能力,并延长其服役时间。采用有限元软件ANSYS,分析了梯度涂层层数N、厚度H和层间Li_(2)O-ZnO-SiO_(2)/CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)成分分布指数p对涂层与基体界应力的影响及规律,并与单层涂层的残余热应力进行了对比分析。结果表明:梯度涂层对缓和残余热应力效果较为明显;当取梯度层层数N=3、涂层厚度H=0.6 mm、成分分布指数p=0.6时,残余热应力缓和效果较优。此模拟分析结果可为该涂层的优化设计提供理论指导。

摘要：利用MC方法结合自给能探测器空间电场效应,计算了典型的铑探测器信号电流和灵敏度并与公开文献中的实验测量值做对比验证。结果表明:使用该方法的理论计算值与实验测量值吻合良好,证明该计算方法正确可靠,而且具备相当的精度,可为大型先进压水堆堆芯测量和自给能探测器的设计研发提供参考和借鉴。