分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-05-08
摘要： Accurate and efficient online parameter identification and state estimation are crucial for leveraging Digital Twin simulations to optimize the operation of near-carbon-free nuclear energy systems. In previous studies, we developed a reactor operation digital twin (RODT). However, non-differentiabilities and discontinuities arise when employing machine-learning-based surrogate forward models, challenging traditional gradient-based in verse methods and their variants. This study investigated deterministic and metaheuristic algorithms and developed hybrid algorithms to address these issues. An efficient modular RODT software framework that incorpo rates these methods into its post-evaluation module is presented for comprehensive comparison. The methods were rigorously assessed based on convergence profiles, stability with respect to noise, and computational performance. The numerical results show that the hybrid KNNLHS algorithm excels in real-time online applications, balancing accuracy and efficiency with a prediction error rate of only 1% and processing times of less than 0.1 s. Contrastingly, algorithms such as FSA, DE, and ADE, although slightly slower (approximately 1 s), demonstrated higher accuracy with a 0.3% relative L2 error, which advances RODT methodologies to harness machine learning and system modeling for improved reactor monitoring, systematic diagnosis of off-normal events, and lifetime management strategies. The developed modular software and novel optimization methods presented offer pathways to realize the full potential of RODT for transforming energy engineering practices.
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-08
摘要： 高放废液贮存厂房是乏燃料后处理厂中必不可少的重要设施，其稳定运行关系到整个厂区的生产安全。文章依据设计标准并结合工程实践，阐述了高放废液贮存厂房的工艺系统设计，包括高放废液贮存及输送系统、循环冷却水系统、高放废液搅拌系统、工艺尾气处理及贮槽稀释空气系统等等。以实际工程项目为例，介绍了高放废液贮存厂房的整体布置形式、工艺设备及管道的布置特点，可为后续高放废液贮存厂房的设计及其他核化工项目的设计工作提供借鉴和参考。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-08
摘要： In this study, to efficiently remove Pb(II) from aqueous environments, a novel L-serine-modified polyethylene/polypropylene nonwoven fabric sorbent (NWF-serine) was fabricated through the radiation grafting of glycidyl methacrylate and subsequent L-serine modification. The effect of the absorbed dose was investigated in the range of 5–50 kGy. NWF-serine was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and scanning electron microscopy. Batch adsorption tests were conducted to investigate the influences of pH, adsorption time, temperature, initial concentration, and sorbent dosage on the Pb(II) adsorption performance of NWF-serine. The results indicated that Pb(II) adsorption onto NWF-serine was an endothermic process, following the pseudo-second-order kinetic model and Langmuir isotherm model. The saturated adsorption capacity was 198.1 mg/g. NWF-serine exhibited Pb(II) removal rates of 99.8% for aqueous solutions with initial concentrations of 100 mg/L and 82.1% for landfill leachate containing competitive metal ions such as Cd, Cu, Ni, Mn, and Zn. Furthermore, NWF-serine maintained 86% of its Pb(II) uptake after five use cycles. The coordination of the carboxyl and amino groups with Pb(II) was confirmed using X-ray photoelectron spectroscopy and extended X-ray absorption fine structure analysis.
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-08
摘要： Fe-Cr合金作为聚变反应堆候选材料中低活化铁素体钢（马氏体钢）的主体成分，在实际工况下，聚变反应产生的氦会进入材料中，产生微观缺陷，从而引起辐照损伤，影响材料的抗辐照能力及其他物理化学性能。本文通过第一性原理计算，模拟得出反应堆主体材料Fe-Cr合金的界面，并在不同的间隙位置和替代位置掺杂He原子，结构优化后计算形成能，得出He原子在不同位置的稳定性。与此同时，通过对体积的计算得出He在靠近界面的Fe八面体间隙位时会引起较大的晶格畸变，这是He、Fe、Cr三种原子在特定位置相互杂化影响的结果。
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-05-07
摘要： 随着油气开采的深入，作为新一代可控源，X射线密度测井仪器设计和测量方法的研究受到广泛关注。以超细伽马仪器为原型，将伽马源更改为X射线源，具体内容包括：1）X射线源能谱模拟匹配；2）通过探测效率、地层灵敏度、探测深度等指标综合指导仪器关键参数正向设计；3）基于多变量正反演方法开展X射线密度测量，并与伽马测井进行对比。结果显示：X射线仪器的近、远探测器源距设置为110mm和290mm时可达到比伽马仪器更高的探测指标。相较于伽马测井，X射线测井具有更佳的地层灵敏度、垂直分辨率和地层测量准度。地层密度和Pe分别满足0.015g/cm3和0.2b/e以内，尤其在重泥饼场景中，Pe测量准度提升了47%。这些研究为仪器正向设计以及X射线密度测量提供了参考。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-07
摘要： 蒸汽发生器传热管是压水堆核电站一回路的关键压力边界，正常运行及事故条件下的系统运行参数，直接影响着传热管结构的完整性。为进一步对传热管的结构响应特性进行研究，建立了两种主流排列方式的传热管局部模型，并分别进行了正常运行和典型事故参数下的流固耦合计算和对比分析，获得了一、二次侧流体共同作用下的传热管关键部位的载荷变化规律。结果表明，在相同的流动条件下，传热管叉排模型的应力和变形均大于顺排模型；传热管根部横截面的等效应力沿壁厚方向先减小再增大，中部横截面的等效应力沿壁厚方向呈现近似线性降低；在传热管根部区域，内、外壁面的等效应力沿轴向高度先迅速降低而后快速升高，并形成应力平台。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-07
摘要： 高空核爆炸碎片云释放出的缓发γ射线在高空非均匀大气的输运过程中电离大气，使得电离层中电子数密度剧增，进而影响途径电离层的无线电通信链路。为了准确描述随时空演化的缓发γ射线源电离大气过程，首先建立高空核爆炸碎片运动演化的流体力学模型，然后根据碎片云运动参数建立缓发γ射线分层等效体源模型，最后采用蒙特卡罗方法模拟缓发γ射线在高空大气中输运并电离大气的过程。针对碎片云形状随时间不断演化特性，采用辐射源分层抽样的方法得到缓发γ射线的初始位置。针对大气密度随高度指数衰减的特性，采用质量厚度抽样方法简化计算模型。结果表明：碎片云形状对缓发γ射线电离大气范围和强度存在明显影响。兆吨级高空核爆炸缓发γ射线电离大气范围可达千公里以上。当爆高不变当量增加时，碎片云高度和水平半径增大，缓发γ射线电离大气范围和强度有所增大。当当量不变爆高增加时，碎片云高度和水平半径增大，缓发γ射线电离大气范围增大，但强度有所降低。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-07
摘要： 智能剥离技术(Smart-Cut)是一种利用离子注入和晶片键合来转移超薄单晶层的技术。在先进微电子系统中，智能剥离技术作为半导体材料异质异构集成的重要技术手段之一，受到了学界和行业的广泛关注。智能剥离技术是在半导体材料表面单一注入或共注入氢、氦离子，并调控注入工艺参数（能量、温度、注量、注量率、注入顺序等），将半导体材料和衬底材料在低温下键合后，再进行退火（温度、时间、速率），使注入层内产生平行表面的微裂纹，从而实现层转移。本论文总结了近二十年第一、二、三、四代半导体智能剥离技术研究进展，分析了微观缺陷和微裂纹生长机制，探究了不同材料的剥离阈值差异原因，为理解和掌握智能剥离技术提供了参考，对利用智能剥离技术制备半导体器件有重要意义。
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-05-06
摘要： 随着油气开采的深入，作为新一代可控源，X射线密度测井仪器设计和测量方法的研究受到广泛关注。以超细伽马仪器为原型，将伽马源更改为X射线源，具体内容包括：1）X射线源能谱模拟匹配；2）通过探测效率、地层灵敏度、探测深度等指标综合指导仪器关键参数正向设计；3）基于多变量正反演方法开展X射线密度测量，并与伽马测井进行对比。结果显示：X射线仪器的近、远探测器源距设置为110mm和290mm时可达到比伽马仪器更高的探测指标。相较于伽马测井，X射线测井具有更佳的地层灵敏度、垂直分辨率和地层测量准度。地层密度和Pe分别满足0.015g/cm3和0.2b/e以内，尤其在重泥饼场景中，Pe测量准度提升了47%。这些研究为仪器正向设计以及X射线密度测量提供了参考。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-06
摘要： 步进电机驱动器是高温汽冷堆核电站吸收球停堆驱动机构机柜的主要设备，采用PWM脉冲宽度调制技术，脉宽调制过程产生的高次谐波分量又反向影响驱动器的工作稳定性和精度，严重时可能引发吸收球误落而影响核电站正常运行，或引发吸收球拒落而影响核安全。通过深入研究PWM脉宽调制产生的干扰的作用机理、传输路径和影响程度，量身定制合适的电抗器和滤波器布置于干扰源传输路径上，可有效阻断干扰传播，抑制干扰的影响程度，同时通过优化机柜布线，采用合适的信号通讯电缆及可靠接地等综合手段，可有效解决驱动器PWM脉宽调制机制对长距离传输的弱电信号的影响，使步进电机稳定运行，提升系统运行可靠性和安全性。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-06
摘要： 安全壳作为核电站的最后一道屏障，在极端情况下能够承受事故产生的内部压力，防止放射性物质泄漏。非能动安全壳冷却系统能够将安全壳内部的热量及时导出至外部循环水箱，降低事故发生时安全壳内部的温度和压力，对于保证安全壳的完整性具有重大作用。为有效评估非能动安全壳闭式冷却系统的安全性和可靠性，减少核事故的发生概率，利用数值模拟的方法对 HPR1000 中非能动安全壳闭式冷却系统进行模化分析，并对比已有实验结果进行模型验证。获得了安全壳内换热器管外传热系数、PCS 水箱温度、换热器相对高度等参数对非能动闭式冷却系统性能及启动时流动传热特性的影响规律，并以此来估算安全壳的临界值用以优化非能动安全壳闭式冷却系统，增强安全壳的安全性和可靠性。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-06
摘要： 无源孔隙度测井的实现已成为行业发展的必然要求，基于可控中子源的中子孔隙度测井选用D-T源由于工作寿命较短影响工程作业，D-D源的应用替代确定为仪器研制新思路。为探究D-D源中子孔隙度测量响应特征，利用蒙特卡罗方法，基于三探头测井仪器的基本构成研究了探测器源距设计并且提出测量近远、中远热中子计数比值分别表征地层孔隙度，同时对D-D源中子孔隙度测井的地层探测能力与地层测量响应进行了综合分析。研究表明：三探头D-D源中子孔隙度测井仪器探测深度稍浅、纵向分辨率较高，近远热中子计数比值响应表现出良好地层孔隙度灵敏度，中远热中子计数比值响应在常规岩性地层与传统放射性测量兼容性良好。以上研究为D-D源中子孔隙度测井仪器的设计及测量应用奠定了基础。
分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-05-02
摘要： 随着核工业的发展，核电站产生的乏燃料因其高放射性而引起人们的关注，如何保证核设施的可靠运行和工作人员的安全占据着至关重要的地位。为了避免致命的辐射，已经开发了许多功能性中子/γ射线屏蔽材料。本文回顾了用于乏燃料储存用的不同中子/γ射线屏蔽材料的研究进展，包括硼化不锈钢、含Gd复合材料、B4C/Al复合材料、含铅、钨的复合材料。分别介绍了中子/γ射线屏蔽材料的优缺点，并提出后续乏燃料储存用的中子/γ射线屏蔽材料的研发思路。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-02
摘要： 摘要：[目的] 为解决核聚变发电热功率输出不稳定性和汽轮发电机组平稳运行之间的矛盾，CFETR核聚变发电厂可运用储热技术可对核聚变堆的功率输出进行削峰平谷。储热技术有多种类型，各类储热技术对于核聚变发电厂的适用性亟需进行对比。[方法] 文章选取核聚变反应堆氦冷陶瓷增殖包层的参数作为储热技术边界条件，通过对储热技术适用温度范围进行评估，初步分析出有潜力运用于CFETR核聚变发电厂的三种储热技术，并对其进行成本进行初步预测。[结果]三大类储热技术均可选出适用CFETR核聚变发电厂氦冷增殖包层温度参数的储热介质。但化学储热由于其吸热和放热存在温差，造成能量的损耗的同时不利于系统的稳定性，显热储热技术和相变储热技术吸热温度和放热温度温差较小，具有应用于CFETR核聚变发电厂的潜力。初步经济性分析结果显示，相变储热成本最低，其次为熔融盐储热，再次为固相显热储热技术中利用硅砖作为储热介质，固相显热储热技术中利用铸钢作为储热介质成本最高。 [结论]储热技术中，熔融盐储热技术、相变储热技术、固相显热储热具有应用于CFETR核聚变发电厂氦冷增殖包层的先决条件。熔融盐储热技术成熟度较高，有大量工程应用，造价在相变储热和固相显热储热之间，运用潜力较大。相变储热的成本最低，参数同样适用于核聚变发电，但其技术成熟度较低，有望成为未来研究的重点。
分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-05-01
摘要： 贝塔奥斯陆实验方法为研究高激发态下的放射性核素性质以及探究从铁到铀的元素核合成过程提供了一种重要的研究工具。本文提出了一种新型数据处理技术，旨在消除贝塔衰变电子对贝塔奥斯陆实验中了子核伽马退激衰变探测的影响，从而准确地展开观测到的伽马射线光谱。通过运用伽马射线与衰变电子的综合探测器响应函数矩阵，将列主元消去法与逐步迭代反解法相结合，确定真实的入射伽马光谱。通过模拟和反演计算，证实了所提出方法的可靠性与有效性。
分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-05-01
摘要： 为探究电脉冲处理（Electropulsing treatment，简称EPT）对金属材料缺陷的修复作用，设计了一套电脉冲处理设备和与其配套的处理方法，并对电子辐照样品与拉伸样品等含有缺陷的金属材料进行电脉冲处理。利用正电子谱学对原子尺度缺陷的十分灵敏的特点，对电脉冲处理后样品进行正电子寿命谱等表征，获得纯铁及RPV钢辐照或形变产生缺陷可通过电脉冲处理部分“修复”，缺陷“修复”的效果既与样品初始状态有关，又与电脉冲处理参数有关，正电子湮没作为新的无损检测方法有望给出脉冲电流作用下材料损伤或缺陷“修复”的判据，可方便、快速及高灵敏探测实际工况部件的缺陷状态。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-01
摘要： 本文针对核燃料棒焊缝质量检测的高效率和高精度需求，设计并实现了一套在线自动化评价系统。该系统采用B/S架构，结合先进的AI技术，实现了燃料棒焊缝的实时图像采集、管理和智能分析。系统前端使用Electron.js、React和Ant Design框架，后端基于Spring Cloud和Docker技术，确保了操作的便捷性和系统的稳定性。通过集成的AI模型，系统能够有效识别焊缝缺陷，提高了检测的准确性和生产效率。系统的成功实施，为核电站的安全运行和核能行业的质量控制提供了有力支持，并为未来自动化检测技术的发展奠定了基础。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-01
摘要： 天环一号（CAT-1: China Astro-Torus 1）是国内首个采用磁悬浮偶极场磁体设计的磁约束等离子体装置。本文根据CAT-1装置总体目标和参数设计要求，采用线电流简化模型，基于矢量磁场、力学平衡及动力学等方法，对悬浮磁体稳定性进行了分析计算，给出了装置悬浮磁体、托举线圈和TSR线圈的总体尺寸、空间位置与布局、电流、重量、特征稳定性能及作用关系等设计参数。结果表明：对于CAT-1装置的悬浮磁体1200kg、电流5MA、悬浮距离2.0 m设计目标，托举线圈半径最优值为1.7 m，相应的电流为 3.49 kA，为实现对悬浮磁体偏移运动的有效阻减及控制，平衡点附近工作区域应限制在Δz < 100 mm、er < 50 mm、α< π/24。
分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-04-30
摘要： Transverse mode-coupling instability (TMCI) is a dangerous transverse single-bunch instability that can leadto severe particle loss. The mechanism of TMCI can be explained by the coupling of transverse coherentoscillation modes owing to the transverse short-range wakefield (i.e., the transverse broadband impedance).Recent studies on future circular colliders, e.g., FCC-ee, showed that the threshold of TMCI decreased significantlywhen longitudinal and transverse impedances were included. We performed computations for a circularelectron-positron collider (CEPC) and observed a similar phenomenon. Systematic studies on the influence oflongitudinal impedance on the TMCI threshold were conducted. We concluded that the imaginary part of thelongitudinal impedance, which caused a reduction in the incoherent synchrotron tune, was the primary reasonfor the reduction in the TMCI threshold. Additionally, the real part of the longitudinal impedance assists inincreasing the TMCI threshold.
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-04-29
摘要： 随钻中子孔隙度测量通过测量热中子计数，评价地层减速长度从而获得地层孔隙度，是一种地层储集性评价的重要方法，被广泛应用在复杂油气田的勘探开发中。随钻D-T源中子孔隙度测井仪器由脉冲中子源和多探测器组成，随钻可控源中子孔隙度响应规律受仪器钻铤结构及仪器测量方式的影响，同时井眼参数、流体类型和地层等因素影响仪器周围的中子场分布及测井响应规律。本文利用蒙特卡罗模拟方法，研究不同钻铤结构及仪器设计、仪器测量环境因素和地层参数对随钻D-T源中子孔隙度测量过程中子通量分布与孔隙度响应规律的影响。仪器钻铤结构与测量环境影响分析结果表明，仪器采用侧开槽设计时探测器计数变大，但地层孔隙灵敏度仅为导流通道环绕设计的0.36倍，并明确钻铤尺寸是测量环境影响的主控因素。地层岩性、泥质含量和地层水矿化度的地层环境因素影响分析结果显示，岩性作为地层属性在不同孔隙度下的影响几乎为常量，泥质含量的影响程度在低孔条件下是地层水矿化度影响程度的2.9倍，高孔隙度下为1.48倍，因此地层泥质含量为地层环境影响的主控因素。
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