铀氢锆脉冲堆堆芯核安全参数的计算

应用自己扩充的含氢化锆中氢，铒－１６６和铒－１６７核素数据的ＷＩＭＳ－Ｎ１／Ｎ２数据库以及国际通用的栅元计算程序ＷＩＭＳ－Ｄ／４和六角形节块程序ＳＩＸＴＵＳ，分析了铀氢锆脉冲堆堆芯重要的核安全参数：功能峰因子和燃料负温度系数。     

超高燃耗常规快堆堆芯物理概念设计

为了比较常规快堆与行波堆的堆芯特性,以最大卸料燃耗300 000 MWd/tHM为目标,设计了高燃耗快堆 (HBFR),给出了堆芯的物理学设计方案。采用六批换料方式补偿燃耗反应性损失。选择NAS程序计算了冷停堆状态、热停堆状态和满功率状态三种不同堆芯状态,分析了临界参数、功率分布、DPA特性、温度和功率反应性特性、控制棒价值等堆芯参数。设计结果表明,HBFR的燃料组件最大卸料燃耗接近300 000 MWd/tHM,平均卸料燃耗219 000 MWd/tHM,单循环燃耗反应性损失3.7%(k是有效增殖因子,k是有效增殖因子的变化量),可以通过补偿棒实现反应性控制,HBFR的各参数满足设计目标与设计限值,可以为下一步与行波堆的比较研究提供参考堆芯。     

超高燃耗常规快堆堆芯物理概念设计

为了比较常规快堆与行波堆的堆芯特性,以最大卸料燃耗300 000 MWd/tHM为目标,设计了高燃耗快堆 (HBFR),给出了堆芯的物理学设计方案。采用六批换料方式补偿燃耗反应性损失。选择NAS程序计算了冷停堆状态、热停堆状态和满功率状态三种不同堆芯状态,分析了临界参数、功率分布、DPA特性、温度和功率反应性特性、控制棒价值等堆芯参数。设计结果表明,HBFR的燃料组件最大卸料燃耗接近300 000 MWd/tHM,平均卸料燃耗219 000 MWd/tHM,单循环燃耗反应性损失3.7%(k是有效增殖因子,k是有效增殖因子的变化量),可以通过补偿棒实现反应性控制,HBFR的各参数满足设计目标与设计限值,可以为下一步与行波堆的比较研究提供参考堆芯。     

Dragon程序在金属燃料铅铋快堆堆芯计算中的应用与偏差分析

铅铋合金或铅冷却快堆（LFR）是具有良好应用前景的第四代先进核能系统之一。针对环形芯体金属燃料（UZr,UPuZr）LFR的燃料组件与堆芯,利用Dragon/Donjon程序开展中子学计算,获得了基于ENDF/B 8.0库的172群和295群多群中子数据库、输运方法（SP3）和扩散方法（MCFD）的结果及其与蒙卡程序RMC的偏差。采用SP3算法针对UZr燃料得到的k_eff偏差小于550×10?5;对于UPuZr燃料采用MCFD算法得到的k_eff偏差小于?700×10?5。控制棒组件价值的偏差小于7.6%;172群和295群库的结果基本无差异。应用SP3算法的燃料组件功率偏差小于±6.0%;SP3算法的偏差小于MCFD的。结果证明,Dragon/Donjon程序在金属燃料铅铋快堆物理分析中具有可行性。     

HPR1000堆芯装载50%MOX组件的燃料管理方案

针对HPR1000压水堆堆芯,开展了应用MOX (混合氧化物燃料)组件的燃料管理方案初步研究。对MOX燃料组件进行设计,研究了MOX燃料成分及燃料棒在组件内的布置。在此基础上,开展了1/4堆芯年换料、18个月长周期换料,并装载50%MOX组件这两种燃料管理方案研究。通过与UO2堆芯的对比,分析了装载50%MOX组件堆芯的核特性。分析结果表明,两种50%堆芯装载MOX组件的燃料管理方案,其堆芯主要物理参数均满足核设计准则要求。     

高产额脉冲堆爆发脉冲过程力学特性数值模拟

脉冲堆的性能主要受机械冲击引起的物理损伤的限制。高产额脉冲堆比CFBR-Ⅱ等金属铀脉冲堆追求更窄的脉冲宽度和更高的裂变产额,脉冲过程应力变化更加剧烈。为了获得高产额脉冲堆爆发脉冲过程中应力应变的分布,为新型脉冲堆设计和安全分析提供技术支持,基于圆柱型的铀钼合金快中子脉冲堆Godiva Ⅳ,以点堆方程以及MC(蒙特卡罗)方法对其中子产额以及功率分布进行了计算。并建立了快中子脉冲堆Godiva Ⅳ的三维模型,基于已知功率分布条件,利用有限元计算软件ANSYS Mechanical对其脉冲动态过程进行了瞬态的有限元计算,得到了Godiva Ⅳ圆柱型金属燃料在超临界脉冲爆发条件下的应力响应特性。     

金属型脉冲堆惯性效应计算

金属型脉冲堆的反应性负反馈主要来自燃料的热膨胀。当脉冲堆爆发短周期脉冲时,由于燃料的热膨胀不能及时响应温度的变化,致使负反馈滞后,产生惯性效应。采用ANSYS程序计算了在突然热加载条件下的振荡特性,同时采用随机中子输运程序计算了平均关闭系数,然后把带有振荡特性的热反馈带入点堆动力学方程,采用数值方法求解得到了考虑惯性效应的裂变脉冲波形。计算结果与Godiva实验测量结果一致。采用的数值方法中,脉冲周期与振荡效应存在定量关系。由计算结果可知,脉冲周期短,惯性效应明显;脉冲周期越长,惯性效应的影响越小,金属型脉冲堆爆发脉冲时应尽量避免短周期脉冲。     

金属型脉冲堆惯性效应计算

金属型脉冲堆的反应性负反馈主要来自燃料的热膨胀。当脉冲堆爆发短周期脉冲时,由于燃料的热膨胀不能及时响应温度的变化,致使负反馈滞后,产生惯性效应。采用ANSYS程序计算了在突然热加载条件下的振荡特性,同时采用随机中子输运程序计算了平均关闭系数,然后把带有振荡特性的热反馈带入点堆动力学方程,采用数值方法求解得到了考虑惯性效应的裂变脉冲波形。计算结果与Godiva实验测量结果一致。采用的数值方法中,脉冲周期与振荡效应存在定量关系。由计算结果可知,脉冲周期短,惯性效应明显;脉冲周期越长,惯性效应的影响越小,金属型脉冲堆爆发脉冲时应尽量避免短周期脉冲。     

正交偏振双色激光场作用下生成的孤立阿秒脉冲

我们理论研究了正交偏振双色激光场作用下的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生.当y方向加一束中红外激光脉冲(12.5 fs/2000 nm),x方向加一束强度较弱的激光脉冲(12 fs/800 nm)时,我们得到从250 eV到350 eV的超连续谐波平台,在平台范围内叠加50 eV的谐波,可以得到一个脉宽约为97as的孤立阿秒脉冲. 通过时频分析,我们解释了高次谐波发射的物理机制.     

补偿脉冲发电机放电波形优化方法

基于一台两相四极空心补偿脉冲发电机,研究了多相脉冲电机放电波形调节的最优化问题。对补偿脉冲发电机的三种典型负载：电磁轨道炮、脉冲激光器和电热化学炮的基本特性进行了阐述,针对这三种负载分别提出了相应的优化指标,分析了量化脉冲波形对负载的适用程度,并将波形优化问题转化为函数优化问题。在建立了脉冲电机放电数学模型的基础上,使用差分进化算法对优化问题进行求解,找到最优点火角组合。对电磁轨道炮,优化指标为弹丸加速度比。将加速度比的概念进行拓展,可得到适用于脉冲激光器的尖顶脉冲。对电热化学炮,提出了“形状方差”的概念,消除了电流幅值的影响,能够较好地衡量脉冲形状的适用性。仿真结果表明,提出的脉冲波形优化指标是有效的,在智能优化算法的帮助下,能够通过控制量的组合得到不同类型负载的最优波形。     

燃油分级多点喷射低污染燃烧室的化学反应网络模型分析

本文采用基于详细化学反应机理的化学反应网络模型分析了航空发动机燃油径向分级多点喷射低污染燃烧室的NO_x排放特性。该分级燃烧室不同于传统燃烧室,头部由值班区和主燃区两个不同的燃烧区域,根据CFD得到的流场特性和当量比的分布特性对燃烧室进行分区构建化学反应器网络模型,研究了值班级当量比以及值班级和主燃级两级供油比例对排放的影响。同时,还分析了空气进口温度对NO_x排放的影响。得到了较为合理的变化趋势,为低污染燃烧室的初步设计提供了有益的指导。     

反应堆235U裂变源辐射防护材料的优化设计

以热中子反应堆²³⁵U裂变源为辐射源,利用MCNP程序对其能谱进行模拟并研究其辐射防护,结果表明对²³⁵U裂变源所发射的能量高于3MeV的瞬发中子,重金属具有良好的屏蔽效果,而对于能量低于1MeV的中子,轻氢材料的防护效果更好;W/LiH,W/B₄C,TiH₂/W三种复合材料当质量比满足：W：LiH=19：1,W：B₄C=9：1,W：TiH₂=3：1时材料的屏蔽效果最佳;通过遗传算法结合MCNP模拟,得到W/TiH₂/B₄C,TiH₂/Cu/Gd,TiH₂/B₄C/Gd三种复合材料的最优组分配比,源每次裂变产生的粒子穿过这三种材料后在等效组织中造成的剂量当量率（10^-11Sv·h^-1）与材料厚度呈指数下降关系,三种材料分别可近似为1.071exp（-0.187 8x）,1.077exp（-0.166 2x）和1.608exp（-0.171 9x）,x为材料厚度（cm）.     

正交试验法优化金刚石复合片合成工艺

 通过正交试验法,以磨耗比、电阻、完整性、硬度为指标,设计了金刚石复合片的合成工艺。正交试验可以减少合成工艺试验次数,优化合成工艺。试验结果表明,较合理的烧结工艺为：合成压力5.5 GPa,升温速度为200 ℃/min,保温时间16 min,冷却时间14 min,烧结温度1 350 ℃。从压力、温度和时间等因素的影响方面讨论了金刚石复合片的性能。认为：适当地提高温度有利于提高磨耗比及硬度;延长加热时间有利于性能均匀性的提高;延长冷却时间可减少残余热应力。     

超临界水冷堆燃料包壳材料的辐照损伤研究进展

超临界水冷堆（SCWR）是第四代核电站的主力堆型之一,高温、高压、超临界水环境下的辐照损伤问题是其燃料包壳材料面临的最大挑战。SCWR燃料包壳候选材料主要包括锆合金、奥氏体不锈钢、铁素体/马氏体不锈钢、镍基合金、ODS合金五大类,奥氏体不锈钢是最有希望的候选材料。介绍了近年来在这个领域国际上的主要研究进展。作者所在团队也对多种SCWR的候选材料进行了辐照损伤研究,包括:镍基合金C-276和718、铁素体/马氏体钢P92、奥氏体不锈钢AL-6XN和HR3C。对AL-6XN的氢离子辐照实验发现,辐照产生的缺陷主要是间隙型位错环,伯格斯矢量为1/3<111>,在较高剂量（5～7 dpa）辐照下,出现空洞肿胀。在氢滞留的影响下,位错环有着独特的演化规律,总结提出了位错环的四阶段演化过程。The Supercritical Water-cooled Reactor (SCWR) is one of the prior Generation IV advanced reactors. Irradiation damage is one of the key issues of fuel cladding materials which will suffer serious environment, such as high temperature, high pressure, high irradiation and supercritical water. The candidate materials contain zirconium alloys, austenitic stainless steels, ferritic/martensitic stainless steels, Ni-base alloys and ODS alloys. Austenitic stainless steels are the most promising materials. This paper summarized the international researches on irradiation effects in fuel cladding materials for SCWR. The group of authors also has done many researches in this field, including nickel-base alloy C-276 and 718, ferritic/martensitic steel P92 and austenitic stainless steel AL-6XN and HR3C. In AL-6XN austenitic stainless steels irradiated by hydrogen ions, dislocation loops were the dominant irradiation defects. At higher irradiation dose (5～7 dpa), the voids were found. All the dislocation loops were confirmed to be 1/3<111> interstitial type dislocation loops, and four evolution stages of dislocation loops with hydrogen retention were suggested.     

冷铁轭超导螺线管磁场的优化设计

文章介绍了冷铁轭超导螺线管磁场的优化设计. 运用各种优化方法结合有限元磁场计算软件opera, 依次对主线圈、冷铁轭、端部垫补线圈进行优化设计, 最终达到设计要求.     

质子交换膜燃料电池阴极气场设计优化

通过建立质子交换膜燃料电池阴极气场的三维简化模型,研究了不同进气方式、不同进出气总管尺寸对电池堆流量分布的影响,并提出从单电池流道深度的角度优化气场分布的改进方案。结果表明,与单入口进气方式相比,双入口进气方式效果更优;采用2-2型进气方案时流量分布最为均匀,进气功耗最小;增大进气总管的宽度可以使电堆流量分布更加均匀;各单电池合理采用非均匀深度流道可以有效提高电池堆流量分布均匀性。     

Multi-Objective Optimization of Braun-Type Exothermic Reactor for Ammonia Synthesis

The exothermic reactor for ammonia synthesis is a primary device determining the performance of the energy storage system. The Braun-type ammonia synthesis reactor is used as the exothermic reactor to improve the heat release rate. Due to the entirely different usage scenarios and design objectives, its parameters need to be redesigned and optimized. Based on finite-time thermodynamics, a one-dimensional model is established to analyze the effects of inlet gas molar flow rate, hydrogen–nitrogen ratio, reactor length and inlet temperature on the total entropy generation rate and the total exothermic rate of the reactor. It’s found that the total exothermic rate mainly depends on the inlet molar flow rate. Furthermore, considering the minimum total entropy generation rate and maximum total exothermic rate, the NSGA-II algorithm is applied to optimize seven reactor parameters including the inlet molar flow rate, lengths and temperatures of the three reactors. Lastly, the optimized reactor is obtained from the Pareto front using three fuzzy decision methods and deviation index. Compared with the reference reactor, the total exothermic rate of the optimized reactor is improved by 12.6% while the total entropy generation rate is reduced by 3.4%. The results in this paper can provide some guidance for the optimal design and application of exothermic reactors in practical engineering.     

带铁磁屏蔽的高场磁体系统磁场计算与优化设计

In this paper, an optimization design method for high field superconducting magnet with ferromagnetic shield is discussed. Firstly, the analytical formula for calculating the magnetic field at any space point is derived based on the equivalent magnetic charge model. Then the validity and accuracy of the formula are discussed by comparing the results with that of the finite element method (FEM)for the same model. Finally, a joint optimization of MRI magnet system with ferromagnetic shielding is carried out in order to improve the homogeneity of magnetic field in the DSV(diameter of spherical volume)region and enhance the field intensity in the center.     

Finite-Time Thermodynamic Modeling and Optimization of Short-Chain Hydrocarbon Polymerization-Catalyzed Synthetic Fuel Process

The short-chain hydrocarbon polymerization-catalyzed synthetic fuel technology has great development potential in the fields of energy storage and renewable energy. Modeling and optimization of a short-chain hydrocarbon polymerization-catalyzed synthetic fuel process involving mixers, compressors, heat exchangers, reactors, and separators are performed through finite-time thermodynamics. Under the given conditions of the heat source temperature of the heat exchanger and the reactor, the optimal performance of the process is solved by taking the mole fraction of components, pressure, and molar flow as the optimization variables, and taking the minimum entropy generation rate (MEGR) of the process as the optimization objective. The results show that the entropy generation rate of the optimized reaction process is reduced by 48.81% compared to the reference process; among them, the component mole fraction is the most obvious optimization variable. The research results have certain theoretical guiding significance for the selection of the operation parameters of the short-chain hydrocarbon polymerization-catalyzed synthetic fuel process.     

脉冲动态核极化增强的NMR 和MRI 系统研究

该文介绍了一种自行设计和构建的可扩展脉冲动态核极化谱仪,可以实现核磁共振波谱与磁共振成像的功能．该仪器的新颖设计主要有：1) 采用基于PCIe 的分布式总线结构,能够极大地提高数据传输效率和通信可靠性,实现精确控制脉冲序列;2) 采用外部高速的DDR 芯片存储脉冲序列元素和FID 数据,可以极大的提高脉冲序列的执行速度,减少快速成像序列的TR 时间间隔;3) 采用时钟移相技术,可以精确产生分辨率为纳秒级别的数字脉冲．最后对该仪器的动态核极化-磁共振波谱与核磁共振成像功能进行了实验验证．