一种定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法技术

本发明专利技术提出一种定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，包括：计算初始未辐照时半径为R0、长度为L的控制棒芯体包含的原子总数N0；计算经辐照时间x后半径变为R

【技术实现步骤摘要】
一种定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法


[0001]本专利技术涉及核反应堆
，尤其涉及一种定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法。

技术介绍

[0002]控制棒是核反应堆的重要部件，其对堆内反应性具有抑制、释放和调节作用，是核反应堆安全运行的重要保障。Ag
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In
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Cd合金具有优异的中子吸收性和较好的结构稳定性，其作为控制棒芯体材料在压水反应堆中应用最广泛。但在核电站的实际运营中，Ag
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In
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Cd控制棒芯体运行一定年限后会出现实际肿胀量超过预测值而导致控制棒卡涩的现象。由辐照肿胀引起的控制棒卡涩将影响核反应堆的正常运行，不仅对核电站造成巨大的经济损失，而且给核反应堆安全带来严重隐患。因此，建立Ag
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In
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Cd控制棒辐照肿胀的计算方法，对于认识Ag
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In
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Cd控制棒的失稳肿胀规律和寿命预测具有重要意义。国外对Ag
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In
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Cd控制棒芯体的辐照肿胀量有一个粗略的线性估计，肿胀速率约为4μm/1000h，但其相对于Ag
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In
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Cd控制棒芯体的实测肿胀数据过于偏大。关于Ag
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In
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Cd控制棒芯体的堆内辐照肿胀量，目前国际上还没有一个普遍接受的计算方法和预测模型。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提出一种定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，以解决现有技术中存在的Ag
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In
‑
Cd控制棒芯体的辐照肿胀量的预测值与实测值之间偏差过大的问题。
[0004]本专利技术具体的技术方案如下：一种定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，包括：步骤1，计算初始未辐照时半径为R0、长度为L的控制棒芯体包含的原子总数N0；步骤2，计算经辐照时间x后半径变为R
x
、长度不变的控制棒芯体包含的原子总数N
x
；步骤3，根据嬗变过程中原子总数不变：N
x
=N0，得出R
x
关于R0的表达式；步骤4，计算辐照过程中由化学成分变化引起的控制棒芯体的半径肿胀量；步骤5，通过压缩蠕变试验估算控制棒芯体的热蠕变速率；步骤6，计算辐照过程中由高温蠕变引起的控制棒芯体的半径肿胀量；步骤7，计算控制棒芯体的辐照肿胀量。
[0005]具体地，控制棒芯体采用Ag
‑
In
‑
Cd合金材料制成。
[0006]具体地，步骤1中，计算得到
，其中， 为控制棒芯体中面心立方相的晶格参数， 为初始未辐照时控制棒芯体中面心立方相的晶格参数。
[0007]具体地，步骤2中，计算得到，其中，、分别为控制棒芯体中面心立方相的体积分数、密排六方相的体积分数， 为控制棒芯体中面心立方相的晶格参数，、均为控制棒芯体中密排六方相的晶格参数。
[0008]具体地，步骤7中，控制棒芯体的辐照肿胀量为。
[0009]具体地，控制棒芯体中面心立方相的体积分数的计算为：。
[0010]进一步地，控制棒芯体中密排六方相的体积分数的计算包括：步骤a，用一阶常微分方程描述控制棒芯体的化学成分含量随辐照时间x的变化率，其中，N
i
(r,t)和N
k
(r,t)是在位置r处的核素i和k的数量，σ
i
和σ
k
分别是核素i和k的中子反应截面，Φ(r,t)是在位置r处的的中子通量，f
ik
是核素k吸收中子后形成核素i的概率；步骤b，给定边界条件，计算并绘制出控制棒芯体的化学成分含量随辐照时间x的变化规律图；步骤c，通过线性拟合，得到控制棒芯体的化学成分含量随辐照时间x变化的关系式：；步骤d，对应不同辐照时间控制棒芯体的化学成分含量，制备一系列的合金；步骤e，检测合金的显微组织，并通过金相分析法，计算并绘制出合金中密排六方
相的体积分数随辐照时间x的变化规律图；步骤f，通过Logistic回归分析，得到密排六方相的体积分数随辐照时间x变化的关系式。
[0011]具体地，密排六方相的体积分数随辐照时间x变化的关系式为：。
[0012]进一步地，控制棒芯体中面心立方相的晶格参数或者密排六方相的晶格参数、的计算包括：通过X射线衍射方法，计算并绘制出合金中面心立方相的晶格参数或者密排六方相的晶格参数、随辐照时间x的变化规律图；通过线性拟合，得到面心立方相的晶格参数或者密排六方相的晶格参数、随辐照时间x变化的关系式。
[0013]具体地，面心立方相的晶格参数随辐照时间x变化的关系式为：；密排六方相的晶格参数、随辐照时间x变化的关系式为：。
[0014]本专利技术的有益效果在于：本专利技术从控制棒芯体材料发生肿胀的物理机制出发，同时考虑了辐照过程中由化学成分变化引起的半径肿胀和由高温蠕变引起的半径肿胀。通过本专利技术的计算方法，可以获得控制棒芯体的辐照肿胀随辐照时间的变化规律，计算结果与反应堆控制棒肿胀的实测结果符合性较好，验证了辐照肿胀计算方法的准确性；可以定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量，较准确地预测控制棒芯体材料的服役寿命，为控制棒芯体材料堆内性能的评价提供了参考方法。
附图说明
[0015]图1为本专利技术Ag
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In
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Cd控制棒芯体的化学成分含量随辐照时间递增的变化规律图；图2为本专利技术Ag
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In
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Cd
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Sn合金中密排六方相的体积分数随辐照时间递增的变化规律图；图3为本专利技术Ag
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In
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Cd
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Sn合金中面心立方相的晶格参数随辐照时间递增的变化规律图；
图4为本专利技术Ag
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In
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Cd
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Sn合金中密排六方相的晶格参数随辐照时间递增的变化规律图；图5为本专利技术Ag
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In
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Cd
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Sn合金中密排六方相的晶格参数随辐照时间递增的变化规律图；图6为本专利技术Ag
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In
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Cd控制棒芯体的辐照肿胀率
ϕ
随辐照时间递增的变化规律图。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0017]本专利技术提出一种定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，尤其涉及Ag
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In
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Cd合金材料制成的控制棒芯体的辐照肿胀量的计算。Ag
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In
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Cd控制棒芯体的辐照肿胀主要由两方面贡献：化学成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，其特征在于，包括：步骤1，计算初始未辐照时半径为R0、长度为L的所述控制棒芯体包含的原子总数N0；步骤2，计算经辐照时间x后半径变为R
x
、长度不变的所述控制棒芯体包含的原子总数N
x
；步骤3，根据嬗变过程中原子总数不变：N
x
=N0，得出R
x
关于R0的表达式；步骤4，计算辐照过程中由化学成分变化引起的所述控制棒芯体的半径肿胀量；步骤5，通过压缩蠕变试验估算所述控制棒芯体的热蠕变速率；步骤6，计算辐照过程中由高温蠕变引起的所述控制棒芯体的半径肿胀量；步骤7，计算所述控制棒芯体的辐照肿胀量。2.如权利要求1所述的定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，其特征在于，所述控制棒芯体采用Ag
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In
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Cd合金材料制成。3.如权利要求1所述的定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，其特征在于，所述步骤1中，计算得到，其中， 为所述控制棒芯体中面心立方相的晶格参数， 为初始未辐照时所述控制棒芯体中面心立方相的晶格参数。4.如权利要求3所述的定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，其特征在于，所述步骤2中，计算得到，其中，、分别为所述控制棒芯体中面心立方相的体积分数、密排六方相的体积分数，为所述控制棒芯体中面心立方相的晶格参数，、均为所述控制棒芯体中密排六方相的晶格参数。5.如权利要求4所述的定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，其特征在于，所述步骤7中，所述控制棒芯体的辐照肿胀量为。
6.如权利要求5所述的定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，其特征在于，所述控制棒芯体中面心立方相的体积分数的计算为：。7.如权利要求6所述的定量计算控制棒芯体的辐照肿胀量的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪生，肖红星，龙冲生，冷雪松，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：