摘要：热管冷却反应堆采用固态堆芯设计、高温热管传热,具有结构简单、非能动、高可靠性等优点。为研究温差热电转换型空间热管冷却反应堆电源系统的瞬态特性,本文针对该型电源系统中最主要的系统(包括堆本体、高温热管、温差热电转换系统)建立了详细的数学物理模型,并开发了系统瞬态分析程序,其中堆本体模型基于OpenFOAM进行模块开发,耦合了点堆动力学模型和反应性反馈模型。通过文献和试验数据分别验证了高温热管及温差热电转换模型,结果与参考值符合较好,其中温差热电转换模块发电功率与试验值的相对偏差小于2.75%。采用该程序对KRUSTY进行了建模分析,开展了反应性引入、热电转换模块失效、负荷跟踪、主动冷却丧失工况下的瞬态分析,并与试验值进行了对比。结果表明,在上述瞬态工况下堆芯燃料表面温度与试验值的偏差小于4.1 K,程序计算结果与试验值符合较好。

摘要：为了评估钠冷快堆氧化物燃料元件稳态、瞬态和事故条件下的性能和行为演化,开发了钠冷快堆燃料元件性能分析程序FIBER。程序采用有限体积法实现燃料元件温度的计算,用有限元方法实现力学、裂变气体释放的计算,并通过时间步长控制模块控制程序的稳定运行。为验证程序的准确性,通过调研得到俄罗斯BN600反应堆辐照数据,与FIBER程序的裂变气体释放、柱状晶粒等计算结果进行对比分析。结果表明,FIBER程序对最大燃耗11.8at%、最大辐照损伤78 dpa的快堆燃料元件的辐照变形、柱状晶区、裂变气体释放性能评价是有效的。

摘要：本文使用C++语言开发了面向先进核反应堆的通用反应堆系统分析程序RESYS,在该程序的基础上建立了热离子核反应堆电源TOPAZ-Ⅱ的模型,并对其启动瞬态和稳态工况进行了模拟。建立的TOPAZ-Ⅱ反应堆系统模型包括反应堆堆芯热工模型、热离子静态热电转换系统模型、热排放辐射散热器模型。铯热离子转换器电流密度使用Rasor模型,并使用6组缓发中子点堆动力学模型计算反应堆堆芯裂变功率随时间的变化,考虑各结构部件对反应性的影响。计算得到的稳态电功率输出与TITAM程序的计算结果较为一致,反应堆系统热电转换效率为5.04%。计算结果验证了所开发的RESYS程序以及建立的TOPAZ-Ⅱ系统模型的正确性。

摘要：ASME规范第Ⅲ卷第5册(简称ASME-Ⅲ-5)提供了核1级部件在高温下使用的设计分析方法和评定准则。本文对高温的定义进行简介,对ASME规范核1级部件在高温下考虑的设计载荷、失效机制、设计分析方法以及评定准则的特点进行总体介绍。通过对ASME规范与其他高温规范R5、RCC-MRx、MONJU在基于损伤模式下的载荷控制应力限制和变形控制限制的分析方法及准则进行对比,探究ASME规范在分析方法准则中的优势与局限性,得出ASME规范传统采用的基于应力分类的弹性分析法表现优异,但由于本身固有特性并不能完美解决规范所含括的各个失效机制的结论,提出若干项改进ASME-Ⅲ-5高温1级部件设计规范的方法。本文指出的ASME-Ⅲ-5可改进方向可进一步提高规范发展使用的先进性、经济性和安全性,同时对开发构建我国自主化的核承压高温使用1级部件设计规范具有指导作用。

摘要：为保证钠冷快堆入堆组件的正确性,本文设计将组件编号转换为二维码并标记在组件上,在新组件转运设备上安装读码设备,通过读码设备对入堆新组件编码进行自动识别,将组件编码转换为组件编号并通过通讯传递至燃料操作监控系统。监控系统将其与换料计划中的组件编号进行比较,可判断转运的入堆新组件是否正确,提高组件操作的可靠性和安全性。为确定组件编码的各项技术参数,通过枚举法分析并总结了影响组件编码识别的各种因素,确定出单一因素试验方案,最终通过各种参数与功能试验,获得了适用于大型快堆电站组件编码自动识别装置的组件编码各项参数,试验结果证明研发目标完全实现。

摘要：基于RELAP/GSE联合MATLAB/Simulink平台,针对小型钠冷快堆耦合斯特林热电转换模块的方案开展仿真建模,以研究某小型钠冷快堆核电源系统的负荷跟踪运行能力及运行模式。针对负荷阶跃且无控制系统介入的极端情况,分层次考验核电源各回路系统的负荷跟踪能力,同时提出适应负荷跟踪模式下的控制方案并进行验证。仿真结果表明,该电源系统可承受±10%的负荷阶跃变化,具有较强的配合电网调峰的负荷跟踪能力。同时,本研究提出了该电源系统负荷跟踪运行模式的两套协调控制方案,通过仿真分析和比选给出了适用于小型钠冷快堆电源负荷跟踪运行模式的协调控制方案。

摘要：未来月球科研站建设及月面探测等任务需解决长期稳定能源及电力供给问题,受月面复杂环境影响,月面能源供给挑战极大。核反应堆电源具有长寿命、全天候、环境耐受力强等优势,是解决月面任务长期能源需求的理想选择,热管冷却型反应堆作为一种新型反应堆电源具有系统简单、结构紧凑、可靠性高等特点,且易于实现长寿命设计。针对目前月面能源问题,提出了采用500 W电功率月面微型热管堆电源供电的初步设想,并重点对其屏蔽设计及辐射防护问题进行了研究,提出了相关屏蔽设计方案及辐射防护措施。经过初步屏蔽设计研究,该电源可采用移动式、月面固定点位布置及浅坑式布置多种方式为月面用电设备供电,质量可约束在500 kg左右,轻质且微型,为科研站月面核反应堆电源屏蔽设计提供了思路。

摘要：针对未来月球科研站所面临的能源需求问题,提出一种采用低浓化U-Mo合金燃料和热管冷却的月球表面反应堆电源系统的新型概念设计。低浓化U-Mo合金燃料技术成熟,在RERTR项目中被作为主要燃料而得到广泛使用。采用低浓化U-Mo合金燃料,能够有效降低核扩散的风险和简化相关部门的监管流程。反应堆的额定热功率为180 kW,输出电功率≥10 kW,设计寿命为10年。反应堆为Na热管冷却的快中子反应堆,采用控制鼓对堆芯反应性进行控制,堆芯热量通过Na热管传递到半Heusler型温差发电模块,废热由Hg热管辐射器翅片辐射到太空。基于蒙特卡洛程序RMC和CFD软件对反应堆堆芯物理及热工进行了初步计算和分析,针对温差发电器件的热电转换性能进行了优化设计,对热管失效等假想事故进行了分析评价。结果表明,该反应堆设计能够满足中子物理设计和临界安全的要求,在稳态工况下温差发电器件的热电转换效率能够达到7.60%,系统能够有效输出≥10 kW电功率,热管级联失效时能够满足热工安全要求。

摘要：安全棒系统是Topaz型空间堆中反应性控制与核安全保护的执行机构。Topaz型空间堆在外太空轨道运行时由于堆芯温度场分布不均,反应堆内安全棒导向管因热膨胀会产生一定的径向变形。在需要紧急停堆时,安全棒紧急复位过程中受到与弯曲导向管碰撞而产生的摩擦阻力影响。本文针对导向管的径向变形量超过其与安全棒的最小间隙时,落棒时间与摩擦阻力的变化情况进行研究。基于三维多体动力学模拟软件建立了安全棒系统的动力学模型,通过精确模拟摩擦碰撞过程并合理处理刚柔耦合问题,计算分析了导向管径向变形量对安全棒紧急复位的影响。模拟结果表明,导向管径向变形量与安全棒复位时间及所受摩擦阻力均呈正相关关系。

摘要：钠-水直流蒸汽发生器作为分隔钠冷快堆二、三回路的重要屏障,有着非常重要的地位。为分析蒸汽发生器的流动换热特性,西安交通大学搭建了快堆钠-水蒸汽发生器综合性能试验台架,开展了一系列稳态实验,并自主开发了一维两相热工水力设计程序。从稳态实验中选取低功率、中等功率以及满功率5个典型工况开展DeCOSS程序稳态计算。在对实验数据以及计算结果进行归一化处理后,对钠侧轴向温度分布以及蒸发器出口钠侧、水侧出口温度进行对比验证。可发现不同功率工况下,DeCOSS程序计算结果均与实验数据符合良好,验证了蒸汽发生器自主化设计和分析程序的正确性。此外,获取的实验数据也可反之修正DeCOSS程序计算方法,为今后钠-水蒸汽发生器开展相关课题的研究奠定基础。