科学研究

科研项目

反应堆结构研究室主要围绕核研院所研发的高温气冷堆和低温供热堆开展科研活动,为这两种新型反应堆的研发奠定了坚实的基础。其中,上世纪建成的5MW低温供热堆(NHR-5)和10MW高温气冷实验堆(HTR-10)就凝聚着研究室多年科研攻关的成果,这两个项目分别获得多次国家级的奖励,获奖人员中即有研究室的多位成员。进入新世纪后,核研院开展了多个反应堆工程项目的设计和建造工作,包括NP工程、高温气冷堆氦气透平循环实验装置(HTR-10-GT)项目、高温气冷堆示范电站(HTR-PM)项目、一体化先进压水堆项目等,研究室除了承担关键设备和系统的设计和分析任务外,还承担了高温气冷堆核电站重大专项中两个课题的科研项目。

国家重大专项课题“螺旋管式直流蒸汽发生器关键技术研究及工程验证”目标是通过对大功率组件式螺旋管直流蒸汽发生器关键技术进行全面的研究与性能实验验证,解决大功率组件式螺旋管直流蒸汽发生器在设计、制造、运行等不同环节的难题,掌握其关键核心技术,发展出一套切实可行的螺旋管蒸汽发生器设计、制造的标准方法,为示范电站蒸汽发生器的设计、制造和运行提供技术支撑,实现蒸汽发生器的安全可靠设计,降低整个反应堆的造价,提高反应堆的经济性,为将来的大规模商业应用奠定基础。该课题包括六个子课题:1)直流蒸汽发生器热工水力学问题与直流蒸汽发生器工程试验验证;2)直流蒸汽发生器设计中的关键技术问题与软件开发及其应用;3)壳侧氦气流量均匀性分配的实验验证;4)热绝缘结构的可靠性与绝热性能要求实验验证;5)螺旋管蒸汽发生器制造与组装过程中的关键技术;6)蒸汽发生器管束在役检查与完整性研究。

图片4 HTR-PM 螺旋管式直流蒸汽发生器

图片5 HTR-PM 一回路压力边界(三壳及其支撑)

重大专项课题“石墨堆内构件的动力学响应和结构完整性研究”的研究目的是要通过理论与实验研究,解决高温气冷堆中石墨堆内构件在运行中承受各种载荷(特别是地震)条件下的失稳和失效问题。该课题分为三部分进行研究:石墨和碳堆内构件;金属支承结构;球床对石墨结构的作用。这三部分首先是碳和石墨结构,主要由碳砖、石墨砖、石墨套筒、石墨榫、销、键等组成;其次为金属堆芯壳和支承板结构、包括防转键和箍紧带等;第三部分为球床堆芯对石墨结构的作用,主要由燃料球和石墨球组成。根据石墨结构的动静力学分析结果,得到单元、局部乃致总体结构的失效概率或可靠度,以此来评价结构的完整性。

研究室在完成反应堆工程科研项目的同时,还鼓励科研人员积极开展基础研究工作。到2010年底,共获得国家自然科学基金、清华大学基础研究基金、核研院基础研究基金等各类科研基金约15项,在这些项目的资助下,科研人取得了许多研究成果。

据不完全统计,在研究室成立后的二十多年时间里,共在国内核心期刊上发表论文约170篇、在国外知名刊物上发表论文约50篇、在国际会议上发表论文约60篇、发表科技著作17本、获得专利约30项、获得国家级奖励7次。

研究室在完成所承担的科研任务并保证工程项目的实施的基础上,还积极地把科研成果向外推广。其中,最重要的两项成果应用是可动线圈电磁铁驱动机构和控制棒水力驱动系统。

研究室于1995年开始独立研发用于研究堆的可动线圈电磁铁控制棒驱动机构,2000年底完成研发任务。该项技术是一种典型的磁悬浮控制棒驱动机构,是一项我国完全拥有自主知识产权的达到国际先进水平的技术。目前,其正式产品已经成功应用于NP工程和中国先进研究堆的控制棒驱动系统中,各项指标均满足要求,性能优良。在此基础上,研究室正开展进一步的研发,以期在更广泛的领域内应用此项技术。

控制棒水力驱动机构是依据流体动压原理设计的一种新型的驱动机构,其技术已在NHR-5得到成功应用,它也是一项我国完全拥有自主知识产权的先进技术。目前,该项技术已经成功应用于中国先进研究堆的安全棒驱动系统中,各项指标均满足要求,性能优良。

除此之外,研究室还在广泛的领域开展了许多科研活动,为NP工程、中国实验快堆、中国先进研究堆、压水堆核电站等提供了大量的技术咨询、设备分析计算等服务工作,为这些工程项目的实施和设备的国产化提供了有益的指导。