最新刊期

    2024 47 3

      综述

    • 在γ能谱分析领域,专家总结了级联符合相加效应校正技术的发展,提出了未来研究方向。
      樊元庆,李奇,张新军,赵允刚,贾怀茂,张瑞芹,李芮莹,牛亚洲,王世联
      2024, 47(3): 030001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030001
      摘要:使用γ谱仪近距离测量具有级联衰变关系的放射性核素时会不可避免地发生级联符合相加效应。级联符合相加效应会导致能谱中的全能峰计数变化,并产生干扰能谱分析的加和峰,从而影响γ能谱分析的准确性和效率,为此,国内外研究机构建立了多种方法和技术用于γ能谱级联符合相加效应的校正。本文在详细总结级联符合相加效应校正技术发展历程的基础上,对级联符合相加效应的产生机制、校正算法、校正软件、技术应用等进行了综述,并对不同校正算法和软件进行了比较。结合发展现状,对级联符合相加效应校正技术今后的研究方向提出了建议。  
      关键词:级联符合相加效应;γ能谱;加出效应;加入效应   
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      发布时间:2024-10-25

      同步辐射技术及应用

    • 上海光源新增双插入件工程,解决了加速器安装调试难题,为其他光源建设提供参考。
      焦广为,田顺强,相升旺,朱亚,刘新忠,吴帅
      2024, 47(3): 030101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030101
      摘要:以上海光源新增的双插入件04IVU波荡器和04Wigger扭摆器为例,介绍了已运行的同步辐射光源新增束线工程中加速器方面需要着重处理的工作。首先,介绍插入件的设计参数及磁测结果,并使用SPECTRA程序计算了其光谱亮度;详细梳理了插入件的安装过程遇到的真空盒工艺误差、安装任务冲突和项目安装超期等问题及其解决方案;阐述了插入件调试工作的物理机制,以及如何应用前馈补偿的方法抑制了插入件调试过程中束流轨道影响,双插入件IVU和Wiggler的最高亮度分别为3 keV时的5.86×1019 Photon·s-1·mm-2·mrad-2·(0.1% B.W.)-1和2.75×1015 Photon·s-1·(0.1% B.W.)-1,校正后IVU和Wiggler最大轨道扰动均小于2 μm。对前端区真空清洗工作的意义、方法和结果进行了分析,并系统性地介绍了主被动模式相结合的新方法,该方法实现了高效的真空清洗。归纳了试运行过程中遇到的联锁逻辑错误、前端区真空异常、安全光闸硬联锁等问题,并总结了应对措施,为双插入件更好投入运行提供帮助。通过这些工作的进行,该双插入件已完成安装并基本调试完毕,对其他光源新增线站相关加速器安装与调试具有一定的参考价值。  
      关键词:同步辐射光源;上海光源;束线工程;插入件   
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      发布时间:2024-10-25
    • 在能源材料研究领域,科学家利用机器学习算法,通过两张谱学背景图像完成背景图像序列预测建模,显著提升全场纳米谱学成像实验效率。
      邢彦军,高若阳,张玲,陶芬,刘一,邓彪
      2024, 47(3): 030102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030102
      摘要:全场纳米谱学成像(TXM-XANES)是将透射X射线显微镜(Transmission X-ray Microscope,TXM)与X射线近边吸收结构(X-ray Absorption Near Edge Structural,XANES)有机结合的成像方法,通过测量感兴趣元素K边前后多个能量点的TXM图像,无损获得样品内部纳米尺度化学元素价态分布,已应用于能源材料、生物医学和地球科学等多个学科领域。常规TXM-XANES数据需要采集每个能量点下的图像和背景图像,数据量大,采集时间长,由于纳米尺度下机械结构的不稳定和样品的移动都会对TXM-XANES数据分析产生一定的影响。基于已知数据,利用机器学习的算法建立了多项式回归与线性插值运算模型,实现了仅通过两张谱学背景图像完成背景图像序列预测建模。利用该方法对标准样品及锂电池正极材料进行谱学成像分析,结果表明:相对于常规TXM-XANES方法,该方法具有数据量少、采集时间短等优势,可显著提升TXM-XANES的实验效率。  
      关键词:全场纳米谱学成像;多项式回归;线性插值;图像序列预测   
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      发布时间:2024-10-25

      核化学、放射化学、放射性药物和核医学

    • 最新研究揭示了钚在不同水体中的形态分布,发现水硬度尤其是钙离子浓度是影响钚形态的重要因素。
      郑琦,王帆,张凡,李聪,陈立丰,韦悦周
      2024, 47(3): 030301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030301
      摘要:钚是核能发展和放射性废物处理处置中的一种重要元素,其在天然水体中的种态分布对于研究其迁移行为至关重要。随着研究的深入,一些新的钚种态不断被发现和确认,原先诸多类似研究工作已经不能准确反映钚在溶液介质中的真实种态占比。结合最新热力学数据,本文通过地球化学计算软件PHREEQC系统研究了钚的种态分布随pH值和共存离子种类及浓度改变的变化规律,并得到了钚在不同水体中的物种形态占比。研究结果表明:在氧化性的地下水中,当水硬度比较低时,六价钚在酸性条件下主要以PuO22+或PuO2CO3的形态存在,在中碱性条件下主要以PuO2(CO322-或PuO2(CO334-形态存在;然而,当水硬度比较高,尤其是钙离子浓度比较高时,六价钚虽然在酸性条件下仍主要以PuO22+或PuO2CO3存在,在中碱性条件下却以CaPuO2(CO332-的形式占据主导地位。可见,水的硬度尤其是钙离子浓度是影响钚形态的重要因素之一,因而在钚的地质处置时应予以重点考虑。  
      关键词:钚;化学种态;PHREEQC;地下水成分   
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      发布时间:2024-10-25
    • 在快堆乏燃料干法后处理领域,专家利用冷指结晶装置,探索了LiCl熔盐中Sr、Ba分离规律,为纯化废盐、实现熔盐重复利用提供参考。
      林钦,王玉娇,程明,孙波,付海英,窦强,周金豪,周再春,刘秋华
      2024, 47(3): 030302. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030302
      摘要:快堆乏燃料干法后处理中会产生含多种金属元素的LiCl废盐,分离废盐中的金属杂质既可净化熔盐,有利于盐的循环利用,又可减小废盐量,实现废物最小化。利用自行研制的冷指结晶装置,探索了LiCl熔盐中Sr、Ba两种碱土金属的分离和分离中的影响因素,并结合Fluent软件模拟确定较佳的分离工艺,进一步明确LiCl分离碱土金属的规律。研究表明,影响冷指结晶法分离效果的主要因素为熔盐初始温度,当熔盐温度高于660 ℃时,Sr、Ba去除率较佳;同时发现熔盐中Sr、Ba含量低于0.55%(w/w)时,其去除效率均可超过80%。进一步研究发现熔盐晶体不同部位的Sr、Ba去除效果不同,其中结晶盐顶部的杂质分离效果最佳,底部及内层的熔盐分离效果较差。含有Sr、Ba的LiCl熔盐较佳分离条件为温度660~670 ℃,气体流速10 L·min-1, 生长时间20 min,此时LiCl盐中Sr、Ba的去除率可达90%。实验结果证实了冷指结晶法从电解质废熔盐中纯化溶剂盐的可行性,可为纯化废盐、实现熔盐的重复利用提供参考。  
      关键词:LiCl熔盐;冷指;碱土金属;分离   
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      发布时间:2024-10-25
    • 在环境水中14C测量领域,研究人员采用湿法氧化体系和紫外氧化技术,成功提取水中碳,为提高测量精度提供新方法。
      李磊,刘卫,马玉华,李志强,邓珂,曾林林,徐勇
      2024, 47(3): 030303. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030303
      摘要:水中碳的提取是液闪谱仪测量环境水中14C的重要预处理步骤。本研究采用过硫酸钠与Fenton试剂相结合的湿法氧化体系以及磷酸酸化、氮气鼓泡的方法,对体积10 L已知碳组分(去离子水+蔗糖)和未知碳组分的两种水样进行湿法氧化碳提取的实验,同时对未知碳组分水样进行湿法氧化与185 nm紫外氧化相结合的碳提取实验。通过实验确定试剂最佳投放时间与顺序,优化试剂投放量及配比。在优化条件下,90 ℃水温反应3 h后,已知碳组分(去离子水+蔗糖)的有机碳提取率高于96%;未知碳组分的水中总碳提取率为(96.8±0.3)%,其中无机碳的提取率>98.5%、有机碳提取率为(93.4±0.2)%,其中单宁酸类有机物氧化率仅有(88±0.2)%。湿法氧化+185 nm紫外氧化联用后,未知碳组分的总碳提取率提升至(98.3±0.5)%,其中无机碳提取率≥99%、有机碳提取率达到(95.6±1.4)%。由此表明,湿法氧化法不能用典型有机物的碳回收率来代表实际水样中的碳回收率,湿法氧化与185 nm紫外氧化联用是水中碳提取的更好方法。  
      关键词:水中14C;湿法氧化;紫外;有机碳;无机碳   
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      发布时间:2024-10-25

      核电子学与仪器

    • 东方超环装置上极紫外光谱诊断系统采用CCD探测器集光谱图像数据,针对硬X射线干扰,设计了基于FPGA的EUV光谱图像处理系统,有效去除噪声点,提升光谱数据可观测性。
      孙波,刘冲,张洪明,吕波,尹相辉,林子超,沈永才,计华健,符佳,王福地,胡奎,范玉,毛立宇,曾超
      2024, 47(3): 030401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030401
      摘要:东方超环(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)全超导托卡马克装置上极紫外(Extreme Ultraviolet,EUV)光谱诊断系统采用电荷耦合器件(Charge Coupling Device,CCD)探测器集光谱图像数据,硬X射线对CCD产生的干扰造成光谱数据中存在大量的单像素噪声,这为准确分析聚变等离子体杂质辐射带来极大的困难。针对这一问题,设计了一套基于可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的EUV光谱图像处理系统,来快速去除硬X射线产生的噪声干扰。该系统基于限幅滤波算法,并引入标准差和离均差替代固定限幅阈值和样本偏差;通过融合限幅滤波算法和数据判别法,外加设置算法工作区间来分阶段对光谱图像数据进行相应处理。同时设计了仿真测试模块,使用EUV光谱图像转化的视频数据模仿采集流程进行系统的功能测试。最后,为了检验该系统对有效光谱数据的保护能力,将图像数据转换成更加直观的谱线图进行对比分析。实验测试结果表明:该系统能够有效去除光谱图像中的噪声点,并较好地保持了光谱数据的完整性,从而提升了光谱数据的可观测性。  
      关键词:极紫外光;图像处理;可编程门阵列;图像降噪   
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      发布时间:2024-10-25
    • 第三代SiC半导体探测器在反应堆堆芯剂量监测领域取得新进展,实现了中子转换层厚度优化,具有良好的线性响应和n/γ剂量响应范围,为核电现场监测提供解决方案。
      施海宁,应红,张涛,唐堂,宋金霖,龚频,汤晓斌
      2024, 47(3): 030402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030402
      摘要:第三代SiC半导体探测器具有体积小、响应时间快、中子/伽马(n/γ)甄别容易等优点,广泛应用于反应堆堆芯剂量监测。本文针对自研的第三代SiC半导体探测器,采用电子束蒸发真空镀膜的技术将中子转换层材料6LiF(6Li丰度为95%)喷镀到SiC基底上,厚度为25 μm,实现了中子转换层厚度优化。利用241Am α放射源(活度9.37×103 Bq)开展α粒子响应信号幅度的测量,并在137Cs γ放射源(活度6.23×107 Bq)环境下开展γ射线的响应测试。另外,在标准辐射场系统中进行了SiC探测器的中子注量率响应线性度测量、γ剂量率响应线性度测量以及中子注量率响应线性标定。结果表明:该探测器在1×103~1×106 cm-2·s-1中子注量率范围内线性响应拟合R²= 0.996 9,具有良好的线性响应,n/γ剂量响应范围为0.005~20 Gy∙h-1,可用于核电现场反应堆中子和γ剂量的实时、精确监测。  
      关键词:碳化硅探测器;中子注量率;γ剂量;线性响应   
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      发布时间:2024-10-25
    • 在硅光电倍增器领域,研究者设计了一款信号放大电路,有效滤除环境噪声,具有快上升时间和低输入噪声,为探测器研究提供新方向。
      唐晨阳,陈欣南,高春宇,李雨芃,王晓,汤秀章
      2024, 47(3): 030403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030403
      摘要:为了解决硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)受环境噪声影响大的问题,设计了一款SiPM耦合塑料闪烁体探测器的信号放大电路。以AD8014放大芯片和CR电路构成负反馈选通放大电路,并且与OPA657跨阻式放大电路进行对比。该款电路以RC滤波输入部分和集成运算放大器构成信号放大电路,具有快上升时间及低输入噪声;以CR高通滤波电路作为比较器信号输入能够有效防止信号反射。实验结果表明:该信号放大电路能够有效滤除环境噪声,并且具备快上升时间。将该电路与塑料闪烁体探测器耦合,在室温下对137Cs源进行暗噪声水平和输出信号一致性测量,其输出脉冲上升时间小于12 ns,暗噪声水平低于30 mV,优于跨阻式放大电路。  
      关键词:SiPM;塑料闪烁体;电路信号仿真;暗噪声与一致性测量   
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      发布时间:2024-10-25
    • 在放射源定位领域,专家利用中子探测器和蒙特卡罗方法,成功实现了对密封容器内放射源的精确定位,为核设施工艺设备研究奠定基础。
      梁庆雷,李井怀,刘国荣,王斌,周浩,田园
      2024, 47(3): 030404. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030404
      摘要:使用中子法对密封容器内的放射源进行定位具有重要的现实意义。本研究使用4根矩形分布的中子位置灵敏探测器对探测空间内AmLi源进行定位,首先使用蒙特卡罗方法设计了探测器的慢化屏蔽体;然后设计了延迟电路加到探测器的一端,根据探测器两端探测到中子信号的时间差来确定源y轴(探测器轴向)的位置坐标,并对每个探测器的轴向位置函数进行了刻度;利用探测器围绕密封容器搭建测量空间,使用相邻探测器探测到中子计数率的比值来确定x轴和z轴(另两个方向)的位置坐标并进行了函数刻度。测量时,首先选择计数率最大的探测器来确定源的轴向坐标,再根据与此探测器相邻两根探测器计数率的比值来确定源的另两个方向的坐标,实现了对源的定位。使用该方法测量了点源在探测器空间内的5个不同位置,每个坐标轴上的定位偏差均在1.5 cm之内,并对造成偏差的原因进行了分析。该方法验证了使用中子位置灵敏探测器对放射源进行定位的可行性,并为进一步测量核设施工艺设备内核材料的位置打下了良好的基础。  
      关键词:定位;位置灵敏;点源   
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      发布时间:2024-10-25
    • 在核反应堆监测领域,研究人员提出了三种自给能中子探测器信号电流计算方法,精度高,已应用于“华龙一号”反应堆。
      吴雄,张香菊,罗世杰,蒋洁琼
      2024, 47(3): 030405. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030405
      摘要:自给能中子探测器(Self-Powered Neutron Detectors,SPNDs)是核反应堆监测和保护系统的核心设备,其测量到的电流直接反映堆芯功率的大小和分布。探测器绝缘体是影响信号电流计算精度的主要因素,在SPND的研发设计中占有重要地位。为进一步提升SPND信号电流计算方法的精度,本文根据SPND电流产生机理以及绝缘体中固有的空间电场效应,提出了三种不同的中子、光子电流计算方法,并进行了详细的对比验证。结果表明:三种方法计算结果的差异小于1%,显示了相当的精度。此外,以反应堆工程中应用广泛的铑SPND为例,计算结果表明其信号电流主要由中子产生,光子引起的电流一般不超过5%。本文所提出的电流计算方法在反应堆上经过了大量的实验验证,理论和实验结果的差异均小于3%,证明了其有效性和精度。该方法已经应用于中国第三代先进大型压水反应堆——“华龙一号”,并具有通用性。它可用于不同类型自给能探测器的电流分析,也可为其他反应堆(如第四代快中子堆和后续的聚变堆)的堆芯监测系统提供有益的参考。  
      关键词:自给能中子探测器;绝缘体;空间电场效应;信号电流;蒙特卡罗方法   
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      发布时间:2024-10-25

      核物理、交叉学科研究

    • 在宇宙元素合成研究中,铕同核异能素152m1Eu的高效激发实现,为控制核能释放提供新途径。
      罗凯军,樊文茹,袁赟,齐伟,张景丽,张晓辉,邓志刚,罗文
      2024, 47(3): 030501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030501
      摘要:同核异能素在宇宙元素合成中发挥着重要作用,并且在控制核能释放方面有潜在的应用。其中,铕(Eu)在现实中有重要的研究意义,例如152Eu被用来做放射性实验的标准源,并且其同核异能态152m1Eu有73%的概率发生β衰变产生天体p核素钆(152Gd),因此152m1 Eu是产生天体p核素152Gd过程中的重要核素。在本工作中,基于激光等离子体产生的轫致辐射源,我们在实验上实现了152m1Eu(45.6 keV,T1/2=9.31 h)的高效激发,其产额能达到8×104个粒子/发。此外,进一步通过Geant4-GENBOD程序数值模拟了152m1,m2Eu的产额、产生时间以及峰值激发效率随电子温度的演化情况。研究发现,在入射电子电荷量固定为17.6 nC,且当电子温度达到15 MeV时,152m1Eu和152m2Eu的产额趋于饱和,分别为8×106和2×105个粒子/发;152m1Eu和152m2Eu的峰值激发效率分别有望达到约1017和1016个粒子/s,其中152m1Eu和152m2Eu的脉宽几乎不变,均为32 ps。超短超强激光技术能够极大提高同核异能素的激发效率,这将为研究宇宙元素合成问题以及控制核能释放应用研究提供一个重要的研究途径。  
      关键词:同核异能素152mEu;激光等离子体;轫致辐射源;(γ,n)反应;峰值激发效率   
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      发布时间:2024-10-25

      核能科学与工程

    • 在核反应堆领域,专家推导出瞬时短周期与反应性引入速率约束公式,为控制棒提升速率提供理论依据。
      朱贵凤,严睿,邹杨,郁长清,赵学超,郭建
      2024, 47(3): 030601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030601
      摘要:核反应堆在反应性引入过程中会出现瞬时短周期现象,可能触发周期保护系统,从而出现非必要停堆问题。瞬时短周期受反应性引入速率影响较大,但同时与当前缓发中子先驱核浓度相关,一般难以量化。本文从点堆方程出发,基于两次保守假设,剥离出缓发中子先驱核浓度因素,推导出了简洁的瞬时短周期与反应性引入速率约束公式;并验证在该反应性速率约束下,瞬时短周期永远大于目标周期值,可以避免意外触发周期保护问题,为反应堆运行中的控制棒提升速率约束提供了理论依据。  
      关键词:核反应堆;反应堆周期;瞬态;反应性   
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      发布时间:2024-10-25
    • 在小型反应堆领域,基于自然循环的非能动余热排出系统研究取得进展,专家用RELAP5程序对中间回路运行特性进行计算分析,为小型堆非能动系统研究提供应用价值。
      董博通,肖瑶,李俊龙,徐子伊,刘茂龙,刘利民,傅俊森,顾汉洋
      2024, 47(3): 030602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030602
      摘要:为提高反应堆安全性,基于自然循环的非能动余热排出系统在小型反应堆中有着广泛的应用。本文基于已完成的小型一体化核动力装置中间回路换热实验,用RELAP5(Reactor Excursion and Leak Analysis Program)对中间回路自然循环运行特性开展了计算分析工作。研究发现,载热功率的程序计算结果与实验数据符合良好,可表征系统的自然循环特性。在余热排出系统中,系统回路的压力由蒸汽发生器(Steam Generator,SG)一次侧平均温度所决定,SG一次侧入口温度、质量流量与冷热源高度差对余热排出系统换热性能影响显著。当SG一次侧入口温度较高时,余热排出系统换热性能对系统回路阻力更加敏感,这些结果为进一步研究小型堆非能动系统提供了有价值的应用。  
      关键词:小型堆;自然循环;非能动;余热排出系统;RELAP5   
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      发布时间:2024-10-25
    • 在钍基熔盐反应堆领域,研究人员建立了快速分析氟锂铀和氟锂钍中锂、铀和钍含量的方法,操作简便,测定结果准确,适合大批量样品分析。
      韩玲,唐圆圆,葛敏,钱渊,刘洪涛
      2024, 47(3): 030603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030603
      摘要:氟锂铀(LiF-UF4)和氟锂钍(LiF-ThF4)可用作钍基熔盐反应堆的添加盐,在熔盐生产过程中需检测主量金属元素锂、铀和钍的含量。本工作采用硝酸和过氧化氢对氟锂铀样品进行前处理,采用硝酸铝溶解氟锂钍试样,以电感耦合等离子体发射光谱法为测量手段,为降低信号漂移的影响,以锰作为内标元素,建立了两种快速分析手段。当称样量为0.2 g时,该方法的精度均小于2%。氟锂铀加标回收实验中,Li回收率在99.6%~102.4%,U回收率在99.6%~101.8%。氟锂钍加标实验中,Li回收率在99.6%~102.3%,Th回收率在99.6%~102.4%。这些分析方法操作流程简单,耗时较短,测定结果准确,精密度高,适合大批量样品的快速分析。  
      关键词:LiF-UF4;LiF-ThF4;ICP-AES;锂;铀;钍   
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      发布时间:2024-10-25
    • 在核动力破冰船领域,专家分析了小型棒控压水堆控制棒布置与动作策略,为准确计算堆芯寿期提供解决方案。
      吴智强,谢金森,娄磊,陈鹏宇,刘涛,邓年彪,于涛
      2024, 47(3): 030604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.030604
      摘要:小型棒控压水堆舍弃了可溶硼,并高度依赖控制棒与可燃毒物棒控制堆芯的反应性。为研究控制棒对堆芯关键性能的影响,本文以核动力破冰船用KLT-40模型为对象,以轴向功率偏移、堆芯寿期、燃料利用率与径向功率峰因子为指标,开展长寿期小型棒控压水堆控制棒布置与动作策略设计分析。首先,基于OpenMC程序开发带棒燃耗程序;其次,比较堆芯带控制棒与无控制棒运行时的堆芯寿期等指标;最后,分析不同动作策略对轴向功率偏移等指标的影响。结果表明:控制棒将堆芯寿期从590 EFPDs(等效满功率天,Effective full power days)延长至650~698 EFPDs;低价值棒组优先动作策略使轴向功率偏移程度由-0.69与+0.80分别下降至-0.29与+0.52。因此,要准确计算长寿期压水堆寿期必须采用带控制棒燃耗计算策略,并且通过合理的动作策略能够有效减小控制棒带来的轴向功率偏移。  
      关键词:长寿期压水堆;控制棒方案;控制棒动作策略;堆芯寿期;功率分布   
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      发布时间:2024-10-25
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