核電犧牲混凝土製備與作用機理研究

《核電犧牲混凝土製備與作用機理研究》是依託東南大學，由蔣金洋擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：核電犧牲混凝土製備與作用機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蔣金洋
• 依託單位：東南大學

中文摘要

犧牲混凝土是核電堆芯捕集器的重要組成材料，能夠避免高溫的堆芯熔融物將壓力容器熔穿，防止熔融物和放射性物質泄漏到外部環境中。目前，國內外對堆芯熔融物與犧牲混凝土反應（MCCI）發生熔化的反應機制以及犧牲混凝土的作用機理仍處在不斷探索過程中，還需要大量的科學分析和試驗論證。本項目將對MCCI過程進行建模，揭示熔融物與犧牲混凝土相互作用機理；建立堆芯熔融物與混凝土反應之間的溫度、密度、氣體生成量之間的定量關係，提出犧牲混凝土的設計方法，製備出用於堆坑區和擴展區的犧牲混凝土；開展熔融物與混凝土相互作用的模擬試驗，來確定建模過程所需的界面溫度、熱傳遞係數等特徵變數，以及相互作用過程中熔蝕速率、熔蝕深度、氣體釋放速率和釋放量等關鍵性能參數，來修正嚴重核電事故的MCCI模型；揭示混凝土熔蝕溫度與類型、熔池模型、堆坑底層混凝土厚度等對MCCI的影響規律，進一步最佳化犧牲混凝土的化學組成、設計參數和結構厚度。

結題摘要

核電是一種低碳能源，也是我國未來能源可持續發展的重要基礎。犧牲混凝土是歐洲壓水反應堆的重要組成部分，該種反應堆是世界上第三代核電技術的代表，該技術的一個重大革新之處在於通過犧牲混凝土的作用，使核電站在嚴重核事故中對公共與環境安全性更高。 本項目研發出利用中、高品位鐵礦石和石英石製備矽鐵和矽質兩種不同類型的核電犧牲混凝土，研究了核電犧牲混凝土高溫力學性能演化規律，並利用DSC、SEM、MIP技術分析揭示了高溫性能演變機理；試驗研究了犧牲混凝土與模擬高溫熔融物作用過程中混凝土外觀、熔蝕深度和熔蝕速率的變化，並通過XRF、XRD分析揭示了MCCI過程中熔融物與混凝土的混合與反應情況；通過MELCOR程式計算分析了犧牲混凝土分解產生的氧化物是否參與化學反應、混凝土熔蝕焓、混凝土中Fe2O3和H2O含量對MCCI相關現象的影響規律。 此外，本項目還製備出了性能更為優良的石墨烯改性犧牲混凝土。探究了石墨烯改性犧牲混凝土的高溫性能，採用新型實驗裝置，測量了其高溫中力學性能。研究了高溫作用下石墨烯改性犧牲混凝土熱工參數變化規律，並且揭示了高溫作用下其熱工參數變化機理。採用超音波檢測技術，得到不同溫度作用下犧牲混凝土試件的超音波波速。根據損傷定義和應力波理論，得到犧牲混凝土損傷與其超音波波速之間的關係，最終建立了不同溫度作用下犧牲混凝土的損傷演化模型。開發了高溫作用下犧牲混凝土內部蒸汽壓力和溫度實時測量裝置，採用該裝置測量了其內部蒸汽壓力和溫度；基於上述實驗結果，根據細觀力學構建了一個犧牲混凝土粘彈性熱膨脹模型。本項目還通過數值建模研究了犧牲混凝土的熱工參數（熱傳導係數、分解焓變）對MCCI過程的影響。