熔鹽堆是第四代反應堆候選堆型之一。固態(tài)燃料熔鹽堆采用包覆顆粒燃料元件,燃料元件由包覆顆粒和基體石墨組成,基體石墨承擔著慢化中子、傳導裂變熱、保護包覆顆粒的功能。在熔鹽堆中,基體石墨將面臨高溫氟鹽的浸泡、沖刷和腐蝕、循環(huán)輸送中的摩擦碰撞和堆積自重的載荷等機械相互作用,以及高通量的中子輻照等不利的環(huán)境。如何在保證抗輻照的基礎上,有效提高基體石墨的密度,降低其平均孔徑,從而達到熔鹽堆入堆要求的基體石墨,是現在急需解決的問題之一。固相增密技術具有操作簡單、高效和成本低等優(yōu)勢,因此有望用于燃料元件的增密處理。本論文在準等靜壓工藝流程下,采用固相增密劑中間相炭微球對燃料元件基體石墨進行致密化調控期以提高基體石墨的密度,通過壓汞實驗和高溫熔鹽浸滲實驗,考查了增密前后基體石墨的孔結構特征和抗熔鹽浸滲能力的變化;利用上海應用物理研究所的4MV靜電加速器平臺的氬離子束流完成了基體石墨的輻照實驗,對輻照前后的樣品進行拉曼光譜和納米壓痕測試等手段進行表征測試,分析研究了固相增密基體石墨的抗輻照性能。研究發(fā)現,中間相炭微球的加入對基體石墨的增密效果顯著:熱處理溫度為2800℃的基體石墨密度從增密前的1.73 g/cm~3增至1.80 g/cm~3以上,平均孔徑從570 nm降至300-100 nm;1950℃熱處理的基體石墨密度從1.68 g/cm~3增至1.73 g/cm~3左右,平均孔徑從924nm降至600-500nm,相比顆粒粒徑10μm和16μm的中間相炭微球,2μm的進汞臨界壓力更大,同時2μm粒徑的中間相炭微球大小與石墨孔徑更接近,表面活性區(qū)域更大,降低石墨孔徑大小和孔隙率最有效,增密效果更顯著;700℃的高溫FLiBe熔鹽浸滲增重顯示,加入一定比例的中間相炭微球粉末可提高基體石墨的抗熔鹽浸滲能力。2μm和10μm的中間相炭微球,相比大粒徑的粉體,能更有效的填充石墨的孔隙,且表面燒結活性面積更大從而能夠更有效防止熔鹽浸滲;樣品納米壓痕的測試表明,未輻照的MDG2-15石墨樣品硬度較大,同時在1MeV氬離子的輻照(劑量為0.37-3.67 dpa)下,MDG2-15石墨的硬化增長穩(wěn)定在333%-373%之間,離子輻照硬化速率慢,說明其更耐離子輻照。拉曼光譜結果表明,離子輻照會造成基體石墨中間隙原子和空位的累積以及石墨內無序度的增加。相比較而言,MDG2-15石墨對離子輻照的敏感性更低,更耐離子輻照。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TL352
【部分圖文】：

終ＯＮＲＬ采用熱中子能譜的ＭＳＢＲ系統(tǒng)，設計采用的熔鹽包含７１邋ｍｏｌ邋％邋７ＬｉＦ，逡逑１６ｍｏｌ％ＢｅＦ２，１２ｍｏｌ％ＴｈＦ４，和０．３ｍｏｌ％邋２３３ＵＦ４。該設計能夠使得熔鹽堆的逡逑運行變得更經濟［９］。其熔鹽堆的結構簡圖如圖１．１所示。逡逑？邋．逡逑Ｐｒｉｍａｒｙ邐Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ逡逑Ｓａｌｔ邋Ｐｕｍｐ邐Ｓａｉｔ邋Ｐｕｍｐ逡逑ＮａＢＦ４－ＮａＦ逡逑ｉ邐１邐Ｃｏｏｌａｎｔ邋Ｓａｌｔ邐＿邋＿逡逑ｉ＿｜咖＇Ｉ丨＾＾＾，邋６２１＂Ｖ邐．逡逑洲邋Ｍｏｄｅｒａｔｏｒ逡逑Ｒｅａｃｔｏｒ邐４邐＊逡逑Ｕ逡逑Ｓｒ邋ｔ逡逑７ＬｉＦ邋－ＢｅＦ２邋－邋ＴｈＦ４邋－邋ＵＦ４逡逑）邐Ｆｕｅｌ邋Ｓａｌｔ逡逑／邐Ｓｔｅａｍ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ逡逑Ｃｈｅｍｉｃａｌ邐／邐，邋－逡逑Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋／邐ｆｌ邋６３８00邋＾邐＾逡逑Ｐ７逡逑Ｉ邐／邐Ｔｕｒｂｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ邋１＾１邋—？？逡逑圖１．１熔鹽堆的結構簡圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍｏｌｔｅｎ邋ｓａｌｔ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑２逡逑

顆粒燃料元件。燃料元件由彌散在基體石墨中的三結構同向性型逡逑（Ｔｒｉｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ－ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ，ＴＲＩＳＯ）包覆燃料顆粒形成的燃料區(qū)（約５０邋ｍｍ直徑）逡逑和在燃料區(qū)外的一層約５邋ｍｍ厚的基體石墨非燃料區(qū)組成，如圖１．３所示。Ａ３－３逡逑基體石墨的是由６４％的天然鱗片石墨、１６％的人造石墨和２０％的酚醛樹脂經準等逡逑靜壓工藝生產得到［１２］�；w石墨在固態(tài)堆中有著慢化快中子、傳遞和導出裂變熱、逡逑保護包覆顆粒的功能［１３］。清華大學的高溫氣冷堆（Ｈｉｇｈ邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋Ｇａｓ－ｃｏｏｌｅｄ逡逑Ｒｅａｃｔｏｒ，邋ＨＴＧＲ）和中科院的固態(tài)熔鹽實驗堆都將采用該球形燃料元件，所不同逡逑的是，ＨＴＧＲ采用具有化學惰性和良好熱工性能的氦氣作為冷卻劑，ＴＭＳＲ則采逡逑用氋溫液態(tài)熔鹽作冷卻劑，而ＦＬｉＢｅ因具有低的中子吸收截面、低的粘性和高的逡逑熱容量而成為ＴＭＳＲ邋—回路中非常有吸引力的冷卻劑［１４］，固態(tài)熔鹽堆中的燃料逡逑４逡逑

Ｌ邐１邋ＭＳＦｕｅｌ邋Ｊ邐Ｇｅ0ｌｏ９ｉ？ｌ逡逑Ｄｉｓｐｏｓａｌ逡逑圖１．２固態(tài)熔鹽堆和液態(tài)熔鹽堆燃料循環(huán)系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｆｕｅｌ邋ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｏｆ邋ＴＭＳＲ－ＳＦ邋ａｎｄ邋ＴＭＳＲ－ＬＦ逡逑本世紀初，美國橡樹嶺國家實驗室的研究團隊首先提出了使用固態(tài)燃料的熔逡逑鹽堆——熔鹽冷卻球床式先進氋溫堆，由于它繼承了眾多優(yōu)點，如液態(tài)熔鹽冷卻、逡逑非能動安全系統(tǒng)、包覆顆粒燃料和布雷頓循環(huán)能量轉換等［６］，相關的評估認為該逡逑先進高溫堆具有良好的經濟性、安全性、防核擴散性以及可持續(xù)性，其走向商業(yè)逡逑應用具有極高的可行性。在該設計路線下又進一步發(fā)展出了環(huán)形堆芯球床先進高逡逑溫堆、模塊式球床先進高溫堆、板式燃料氟鹽冷卻高溫堆等概念堆型，目前該項逡逑目由加州大學伯克利分校作為領頭單位進行球床氟鹽冷卻高溫堆（Ｆｌｕｏｒｉｄｅ邋Ｓａｌｔ逡逑Ｃｏｏｌｅｄ邋Ｈｉｇｈ邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋Ｒｅａｃｔｏｒ，邋ＦＨＲ）邋ＦＨＲ－１６邋的研宄設計及建造工作。逡逑中科院先進核能創(chuàng)新研宄院設計的１０邋ＭＷ固態(tài)燃料釷基熔鹽堆將采用包覆逡逑顆粒燃料元件。燃料元件由彌散在基體石墨中的三結構同向性型逡逑（Ｔｒｉｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ－ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ，ＴＲＩＳＯ）包覆燃料顆粒形成的燃料區(qū)（約５０邋ｍｍ直徑）逡逑和在燃料區(qū)外的一層約５邋ｍｍ厚的基體石墨非燃料區(qū)組成

【參考文獻】

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本文編號：2818882