小型模块化熔盐堆棱柱石墨组件的辐照形变研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王勇 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 郭威 |
| 关键词 | 小型模块化熔盐堆 石墨组件寿命 热工水力 中子物理 |
| 英文摘要 | 液态燃料熔盐堆作为第四代先进反应堆中唯一使用液态燃料的堆型,可实现在线处理并回收利用乏燃料,易于实现钍铀燃料循环,在提高资源利用效率、减少核废料量、防核扩散及加强国家能源安全等方面具有重大潜在优势。小型模块化熔盐堆具有结构紧凑、体积小和选址灵活等特点,是目前熔盐堆迈向商业化发展的主要方向。目前,小型模块化熔盐堆以石墨慢化热堆为主,石墨在熔盐堆中既慢化中子,又构成熔盐流道,同时承担冷却剂流道和堆芯结构材料的功能。石墨组件辐照寿命过短是限制小型模块化熔盐堆发展的主要短板之一。石墨组件寿命通常被定义为石墨体积随辐照中子注量增加先减少至最小值后膨胀回初始体积所历经的时间,不同温度下石墨组件达到石墨组件寿命所需的中子注量不同。为保持竞争力,设计期望液态燃料熔盐堆商业化的燃料功率密度在100MW/m~3以上,而此功率密度下石墨组件寿命通常不足7年。目前熔盐堆概念设计中大部分使用了传统的中心圆通道石墨组件(简称RCA)。为了延长石墨组件寿命,本文提出了一种新的延长石墨组件寿命方法——通过设计新结构石墨组件来延长石墨组件的服役寿命。本文为小型模块化熔盐堆设计了一种新型实心六棱柱石墨组件(简称HPA)。HPA具有更加平坦的快中子通量分布和更低且更均匀的温度分布,将石墨组件寿命从RCA的7.5年提升至8.4年,有效地延长了组件寿命,膨胀到组件相互接触则需14.9年。同时本文也改进了石墨辐照形变计算方法,考虑了石墨热导率随辐照中子注量增加快速下降的影响,用MCNP5和Fluent分别计算了石墨内精细的三维快中子通量分布和三维温度分布,最终获得了HPA和RCA的三维形变率分布。熔盐堆石墨组件(如RCA)在轴向两端一般由金属支撑板固定,由于金属热膨胀系数远大于石墨,石墨组件从组装时的室温(约20℃)上升至正常运行时的高温(约700℃)时,紧密排列的RCA之间会出现有熔盐流动的窄缝(HPA不存在该现象)。本文分析了熔盐窄缝对RCA传热特性和石墨辐照形变的影响,发现由于流道狭窄,RCA窄缝中熔盐流速仅约为主通道的1/17,窄缝熔盐无法通过流动直接将全部热量带出组件,而是经石墨向主通道熔盐传递一部分热量,降低了主通道熔盐对石墨的冷却效果。熔盐窄缝没有对RCA石墨内的快中子通量分布产生明显影响,但显著地提高石墨温度、加剧了石墨辐照形变,使石墨组件寿命缩短了1.25年。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33915]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王勇. 小型模块化熔盐堆棱柱石墨组件的辐照形变研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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