中科院上海应物所提议的核石墨构件失效评定方法通过ASME委员会认证

2018/09/29 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:
  经过多年的设计与论证,由中国科学院上海应用物理研究所提议的核石墨构件失效评定方法于近期通过了ASME委员会的最终审核,将于2019年正式发布并成为ASME规范。
  ASME是美国机械工程师协会的缩写,牵头制定工业和制造业(包括核工业)等众多行业标准,这些标准在全球90多个国家被广泛采用。此次上海应物所提议并设计的核石墨构件失效评定方法通过ASME委员会认证,对熔盐堆的发展和下一代高性能核石墨的研发具有重要意义。
  钍基熔盐堆核能系统(Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System, TMSR)具有高温输出、常压设计、无水冷却和模块化等独特的优势,是当今世界各核能大国竞相发展的新型核裂变堆型,核石墨是其反应堆堆芯的关键构件材料。熔盐堆作为新型先进核反应堆,此前借用的其他堆型相关的材料/构件评价方法/规范,并不完全适用。在TMSR系统中,为了防止熔盐在石墨构件中的浸渗,选用的是一种先进的超细颗粒石墨。由于超细颗粒石墨粒径较小(数微米量级),沿用现有的核石墨构件规范来评价会有如下两个方面问题:现有规范是为评价高温气冷堆的粗颗粒石墨构件发展起来的,它以石墨颗粒大小为基础来划分计算网格,对超细颗粒石墨而言,网格划分过密,对于大体积构件计算量太大;依照现有规范得到的计算结果过于保守,限制了先进核石墨材料优异性能的充分发挥。因此亟需建立一套新的评价体系,在研发熔盐堆的同时建立与之相关的材料/构件评价方法/规范,优化熔盐堆核石墨堆内构件的设计,指导下一代高性能核石墨的研发。
  上海应物所自2011年启动TMSR先导专项起,就在国际范围积极推动建立熔盐堆材料/构件评价方法/规范。以熔盐堆石墨构件为突破口,团队成员在前期ASME规范的基础上,结合超细颗粒石墨特性,引入断裂韧性参数作为计算过程中构件网格划分的依据,同时对其网格划分条件进行优化,解决了现有规范用于超细颗粒石墨构件时遇到的网格划分过细、计算量过大的问题;更进一步通过不同的石墨狗棒实验、劈裂拉伸实验对该评定方法进行了实验验证,证实了该提议的合理性与可靠性;同时,该评定方法也适用于粗颗粒核石墨构件。通过几轮的讨论、修改,并按要求提供佐证材料、实验测试报告,最终通过了ASME委员会认证。
  该规范的建立,解决了现有规范中应用于新型超细颗粒核石墨构件失效评估时遇到的问题,为熔盐堆内核石墨构件的失效评定和寿命预测提供了有力的技术支撑。(核能管理部 供稿)
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