压水堆堆芯氧化腐蚀产物沉积在线表征的数字样机
“优秀设计”三等奖资助企业:
中国工程物理研究院
企业导师: 杨 鑫

指导教师: 刘晓晶

项目成员: 李奕宣,孙 洋,周遨翔,高正阳

项目概述
本项目聚焦于当前核电出口“卡脖子问题”氧化腐蚀产物现象评估,针对现有研究依赖离线分析、无法在线获得沉积层演化行为的不足,提出构建“压水堆堆芯氧化腐蚀产物沉积在线表征数字样机”。该样机模拟一回路冷却剂物质分布、腐蚀产物沉积生长过程,通过瞬发伽马中子活化进行硼浓度测量,填补当前在线测量手段的空白,为后续开发实体测量仪器提供设计基础和理论支撑,有助于核电出口,打造国家新名片,具有重要的科研意义与工程应用价值。
项目目标
项目分为冷却剂部件、包壳部件、沉积层部件、中子束流部件四个部件。冷却剂部件建立Fe-Ni-B-Li多组分水化学热力学模型;包壳部件构建基于第一性原理的自由能计算模型,识别CRUD生成路径;沉积层部件开发耦合对流扩散与化学反应的沉积行为模拟模型;中子束流部件构建真实堆芯物理模型,利用瞬发伽马中子活化测量硼浓度,四部件相耦合,获得氧化腐蚀产物分布、沉积和生长规律,构建中子汇聚和表征方法,实现氧化腐蚀产物生长过程的在线表征,为仪器开发奠定基础。
项目成果
项目完成了多个子系统的建模与集成:基于HKF模型修正并实现Fe-Ni-B-Li体系在高温高压下的水化学建模;通过第一性原理计算获得NiFe₂O₄稳定构型及反应自由能,明确氢氧化物路径为主导沉积反应;开发并验证多物理耦合沉积模型,成功模拟腐蚀产物沉积生长过程;利用OpenMC与冷中子聚焦透镜构建在线中子活化分析系统,提出具备硼含量识别能力的瞬发伽马中子活化测量模型。
项目进行期间投稿会议论文1篇、申请国家发明专利1项。