最新刊期
      2023 年 第 46 卷 第 6 期

        同步辐射技术及应用

      • “上海硬X射线自由电子激光装置SHINE的束线站定时系统，基于Zynq-UltraScale+型片上系统和白兔协议，成功实现了精确的X射线束团编号和定时触发。”
        尹亮,曾孟麒,尹聪聪,怀平
        2023, 46(6): 060101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060101
        摘要：上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai High Repetition rate XFEL (X-ray Free Electron Laser) and Extreme light facility，SHINE）是一个高重频XFEL装置，束线站定时系统需要为设备提供基于硬件的精确的X射线束团编号和定时触发。对于SHINE束线站单脉冲工作模式的设备，采集数据包以及对应时刻的束团编号信息，便于后续实验数据分析。设计了一个束团编号采集的测试系统，它基于Zynq-UltraScale+型片上系统（System-On-Chip，SOC）搭建，采用了白兔协议（White Rabbit）协议的定时系统环境。该测试系统通过FPGA夹层卡（FPGA Mezzanine Card，FMC）获取嵌入型从节点的束团编号，使用LwIP（Light weight Internet Protocol）协议搭建的TCP协议栈实现束团编号的采集。采用Basler相机对该系统进行了实验测试，并使用pypylon库来采集相机的数据。实验测试结果表明：该束团采集测试系统获得的束团编号数量和图像帧数相同，可以满足SHINE束线站对于束团编号采集的需求。  
        关键词：定时;上海硬X射线自由电子激光装置;白兔协议;束团编号   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在磁铁孔径缩小趋势下，专家研发了新型磁测系统，通过双曲线轨迹扫描和数据分析，成功测量小孔径高梯度四极磁铁，误差小于±1.5×10‒4。”
        刘婵,张继东,周巧根
        2023, 46(6): 060201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060201
        摘要：针对目前多极磁铁孔径越来越小的发展趋势，搭建了一种基于单根伸展线法（Single Stretched Wire Method，SSWM）的磁测系统，该系统的主要优势是测量域所需空间小且运动模式灵活。基于该系统的优势及四极磁铁磁场分布的特点，尝试使用双曲线轨迹对四极磁铁靠近其四个极头的区域进行了扫描测量，并根据矢势在测量点分布的特性，提出了一种全新的数据分析方法，用以分析四极磁铁的梯度积分和高阶场误差。用该系统对一孔半径为11 mm、梯度大于100 T·m‒1的四极磁铁进行测量，测量结果表明高阶场误差测量重复性好于±1.5×10‒4，能满足小孔径高梯度四极磁铁的磁场测量要求 。  
        关键词：磁场测量;伸展线法;四极磁铁;小孔径磁铁   
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        发布时间：2024-10-25
      • “FeCrAl合金包壳作为事故容错燃料技术途径备受关注。研究发现，微量Y的添加显著提高了FeCrAl合金包壳的耐高温水蒸气氧化性能，为核能安全提供新思路。”
        刘洋,马海滨,吴利翔,郭达禧,严俊,杨荣坤,任啟森,薛佳祥
        2023, 46(6): 060202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060202
        摘要：FeCrAl合金包壳作为事故容错燃料（Accident Tolerant Fuel，ATF）中长期可商用的技术途径得到了广泛关注。本文旨在研究微量Y对FeCrAl合金包壳力学与氧化性能的影响。采用光学显微镜观察FeCrAl和FeCrAlY合金晶粒尺寸和微观形貌。采用爆破试验机和热重分析仪开展内压爆破试验和高温水蒸气氧化试验。采用X射线衍射仪（X-ray Diffractometry，XRD）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和能量色散谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）观察FeCrAl和FeCrAlY合金氧化产物成分、表面及截面氧化产物形貌，并对其成分进行分析。研究结果表明：微量Y主要固溶到FeCrAl合金包壳基体中，未形成Fe-Y第二相；固溶到FeCrAl合金包壳基体中的Y未对室温到1 000 ℃内压爆破强度和破口形貌产生影响；但添加微量Y显著改善了FeCrAl合金包壳的耐高温水蒸气氧化性能，800 ℃、1 000 ℃和1 200 ℃水蒸气氧化8 h条件下，氧化增重量分别下降65.1%、60.0%和31.5%。相比于FeCrAl合金包壳表面单一的Al2O3氧化膜，FeCrAlY包壳表面形成了内部应力更低、致密性更高、且与基体结合力良好的含Y复合氧化膜。由此可见，微量Y的添加对FeCrAl合金的内压爆破性能未产生显著影响，但耐高温水蒸气氧化性能得到显著提高。  
        关键词：FeCrAl合金包壳;内压爆破;高温水蒸气氧化;氧化增重   
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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

      • “在核能领域，专家改进水精馏技术，提高低活度氚化水分离效率，为核电站废水处理提供新方案。”
        张姝雅,杨钱,金爱平,刘汉洲,王殳凹
        2023, 46(6): 060301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060301
        摘要：随着核能与核技术的发展，核电站等场所在运行、退役、事故过程中会产生大量含氚废水，若其排放到环境中将对生物体造成潜在危害。目前，工业上常用的氢同位素分离技术（如低温精馏法和催化交换法等）存在能耗高、装置复杂或氢气爆炸危险等诸多缺点，不适用于核电站大通量低活度氚化水的分离。相较之下，水精馏作为一种传统的技术，具有操作简单、不含腐蚀性和有毒物质、无氢气爆炸风险等独特优势，但其分离系数小、效率低的问题一直存在。然而，通过改进水精馏过程中的操作参数（如温度、精馏塔内径、填料尺寸等）可以有效提高其分离效果，从而适应工业化氚化水的分离。本文详细介绍了水精馏法的基本原理及特点，并重点阐述了不同操作参数对分离效果的影响。结果表明：优化这些参数可以显著提高其分离效率，如减小填料材料的尺寸或对填料进行改性。因此，水精馏可以是一种有效的低活度氚化水分离方法，有望扩大化应用于工业用途。  
        关键词：氚化水;水精馏;氢同位素分离;填料;等板高度   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在中子探测领域，有机闪烁体和脉冲形状甄别技术取得显著进展，为提高探测效率和准确性提供新思路。”
        胡万平,张贵宇,张云龙,庹先国
        2023, 46(6): 060401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060401
        摘要：中子探测中，由于存在非弹性散射和慢中子捕获等作用，形成了n/γ混合辐射场，增加了中子探测的复杂性。有机闪烁体因其闪烁效率高、衰减时间短、探测效率高被广泛应用于中子探测。脉冲形状甄别是根据有机闪烁体中粒子衰减时间不同引起的脉冲形状差异来甄别n/γ的关键技术。传统脉冲形状甄别方法包括时域和频域甄别方法；近年来，各种机器学习技术也相继应用于n/γ甄别，并取得较好效果。为了更好地使用有机闪烁体和n/γ甄别方法进行中子探测，我们从有机闪烁体的发光机理、脉冲形状甄别原理、有机闪烁体类型及n/γ甄别方法等方面进行了较为全面的分析和综述，并总结了有机闪烁体和n/γ甄别方法的各种性能评价指标。最后，对有机闪烁体和n/γ甄别方法的发展趋势提出了展望。  
        关键词：中子探测;有机闪烁体;脉冲形状甄别;机器学习;品质因数   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在材料微观缺陷研究领域，专家探究了辐射背景对正电子湮没寿命测量的影响，为核结构材料中子辐照损伤研究提供解决方案。”
        王垒,彭雄刚,张红强,于润升,张鹏,伍海彪,吴亚茹,王宝义,曹兴忠,肖德涛,刘福雁
        2023, 46(6): 060402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060402
        摘要：正电子湮没信号的精准采集与关联符合技术是寿命谱灵敏表征材料微观缺陷的基础。测量环境中放射性射线对正电子湮没信号采集的影响，制约着寿命谱方法在复杂辐射背景中应用，特别是在核结构材料中子辐照损伤研究中，中子活化诱发的放射性核素形成的γ射线本底，将影响正电子寿命谱仪的测量结果。为探究γ本底对正电子湮没寿命测量的影响规律，本文基于60Co、137Cs源设计了辐射背景仿真实验，结果显示：60Co源产生的双高能γ射线是影响寿命谱形状及湮没寿命的主要因素；通过对比高、低两种典型活度比（60Co/22Na为3.3和1.9）下的测量结果，并经活化反应堆压力容器钢样品放射性本底真实情况检验，结果发现：在低活度比下，辐射本底导致的偶然符合概率增大，寿命谱峰谷比显著变差；在高活度比下，除偶然符合外，信号错误符合概率急剧增加，谱形明显畸变且寿命值迅速减小。基于本文辐射背景放射源模拟方法及干扰γ的影响规律，可进一步探索正电子湮没寿命测量中γ本底排除的新技术和新方法。  
        关键词：寿命谱;峰谷比;偶然符合;错误符合;活度比   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “最新研究显示，双钙钛矿荧光粉Y1.79Bi0.01Eu0.20MgTiO6可作为大剂量检测的热释光剂量计材料。”
        刘昊,熊正烨,曾才兴,张泽锋,蹇辰茜,郭竞渊
        2023, 46(6): 060501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060501
        摘要：双钙钛矿因其结构灵活、易于掺杂、热稳定性好等优点，成为近几年的研究热点。稀土掺杂双钙钛矿基质材料的光致发光研究常见报道，但和热释光有关的研究较少。本文采用高温固相法合成了Bi3+和Eu3+共掺的Y2-x-yBixEuyMgTiO6（0≤x<1，0≤y<1）系列样品，并测量了样品的X射线衍射谱（X-ray Diffraction，XRD）、光致发光光谱（Photoluminescence，PL）和热释光谱（Thermoluminescence，TL）。XRD分析表明：样品的晶体结构均为单斜晶系P21/n，Bi3+和Eu3+通过替代Y3+而掺入Y2MgTiO6中；PL表明：样品最佳掺杂浓度为x=0.01、y=0.20，该样品在620 nm附近有较强的红光发射（对应Eu3+的5D0→7F2跃迁），并伴有长余辉；测定不同浓度Bi3+和Eu3+掺杂样品的TL曲线也观察到Y1.79Bi0.01Eu0.20MgTiO6的热释光灵敏度最高，样品在510 K和610 K附近有两个显著的TL峰；热释光谱比荧光谱更为丰富，Eu3+的5D0→7FJ（J=1，2，3，4）跃迁均可被观测到，样品的TL光强与辐照剂量在2~1 000 Gy范围内具有良好的线性关系。采用不同预热温度（Tm-Tstop）和计算机拟合（Glow Curve Deconvolution，GCD）两种方法分析样品的TL动力学参数，发现样品中热释光陷阱深度从0.80 eV延伸到1.40 eV。上述测试和分析结果表明：热释光谱比荧光谱更为丰富；Y1.79Bi0.01Eu0.20MgTiO6荧光粉可作为大剂量检测的热释光剂量计材料。  
        关键词：Y2MgTiO6;稀土掺杂;光致发光;热释光;激活能   
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        发布时间：2024-10-25
      • “最新研究显示，通过掺杂铁元素优化双钙钛矿结构氧化物阴极材料，可显著提升固体氧化物燃料电池的电化学性能。”
        雷金勇,黄旭锐,崔景赠,夏梓汀,朱健秋,潘军,杨怡萍,于丰源,廖梓豪,王建强,张宇轩,张林娟
        2023, 46(6): 060502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060502
        摘要：作为氢燃料利用的核心器件，固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）可以高效地将燃料气转化为电能。燃料电池中的阴极作为氧还原反应的发生场所，不仅对性能输出占有重要的影响，而且还是燃料电池的稳定性和寿命的关键决定因素。针对阴极材料的研究在推动燃料电池技术发展及产业化进程中具有重要意义。为了提升阴极的电化学性能，本文对双钙钛矿结构氧化物PrBa0.8Ca0.2Co2O5+δ（PBCC）中的钴元素进行掺杂调控，研究掺杂元素的种类、浓度对材料电化学性能的影响，通过电化学性能测试确定了最优的掺杂元素类型和含量。当使用掺杂5 mol%铁元素的PBCC材料作为阴极时，燃料电池在700 °C的最大功率达到了1 259 mW∙cm-2，远优于未掺杂时的988 mW∙cm-2。对掺杂元素含量和种类的优化有助于提升固体氧化物燃料电池的电化学性能。  
        关键词：固体氧化物燃料电池;阴极;双钙钛矿;B-位掺杂   
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        发布时间：2024-10-25
      • “中国散裂中子源通过金属降能片实现质子束能量调节，为航天设备测试和粒子探测器测试提供新方案。”
        穆奇丽,董启凡,敬罕涛
        2023, 46(6): 060503. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060503
        摘要：中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source，CSNS）是一台基于强流质子加速器的大型多学科研究平台。CSNS的1.6 GeV高能质子束流在航天设备测试和粒子探测器测试方面都有重要应用。但是，由于单一的质子能量无法满足辐照应用及高性能探测器对束流不同能量的需求，研究设计可行的降能方案将质子束从1.6 GeV降至指定能量范围是十分必要的。本文研究发现，可以通过放置金属降能片的方式实现CSNS 1.6 GeV质子束流的能量调节。使用降能片产生弱流的π粒子测试束也具有可行性。通过比较铜、铁和钨等几种材料降能器后的次级质子及π粒子产额，降能片的活化及辐射屏蔽等多种因素，建议选择铁作为CSNS高能质子降能器的材料。  
        关键词：质子降能器;π粒子;能量沉积;感生放射性;辐射屏蔽   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核素测量领域，专家分析了TDCR-切伦科夫方法中壁效应对效率计算的影响，完善了计算模型，并通过实验验证了模型的准确性。”
        范梓浩,梁珺成,刘皓然,袁大庆,肖扬,孙昌昊,杨志杰,刘玫玲
        2023, 46(6): 060504. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060504
        摘要：为分析三双符合比-切伦科夫（TDCR (Triple-to-double Coincidence Ratio)-切伦科夫）方法中壁效应对效率计算的影响。首先，对β粒子在溶液到瓶壁过程的输运进行分段分析，得到不同能量的粒子在不同材料中的沉积能谱与所产生的切伦科夫光子数的关系式，并对其进行了计算上的简化，进一步完善TDCR-切伦科夫效率的计算模型；之后利用Geant4计算了β在介质和瓶壁中的沉积谱，得到考虑了壁效应的切伦科夫光子数与β能量的关系曲线以用于对核素的效率计算；最后开展了多种纯β核素的实验测量以验证考虑壁效应后的计算模型的准确性。结果显示：考虑壁效应后的TDCR-切伦科夫方法与液闪方法的结果在不确定度范围内一致，且对高能β核素，其结果与液闪之间的相对偏差由原方法的0.47%降低至0.02%（90Y），0.64%降低至-0.16%（32P），表明考虑壁效应后的TDCR-切伦科夫方法对高能β核素的测量结果更准确。  
        关键词：TDCR;切伦科夫;壁效应;放射性活度   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在非能动核电厂安全性能研究领域，专家利用ACME台架开展PRHR管线LOCA试验，分析了PRHR HX流动换热功能失效对事故进程的影响，揭示了PXS与RCS间的耦合效应，为非能动核电厂安全性能提升提供新思路。”
        刘宇生,谭思超,靖剑平,庄少欣,李东阳,王楠
        2023, 46(6): 060601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060601
        摘要：为研究非能动核电厂在多重失效事故条件下的安全性能及新的热工水力现象，利用大型非能动堆芯冷却系统整体试验（Advanced Core-cooling Mechanism Experiment，ACME）台架开展了非能动余热排出（Passive Residual Heat Removal，PRHR）管线破口失水试验（Loss of Coolant Accident，LOCA）。通过重点分析PRHR换热器（Heat Exchanger，HX）流动换热功能失效对事故进程和热工水力现象的影响，获得了非能动堆芯冷却系统（Passive Core Cooling System，PXS）与反应堆冷却剂系统（Reactor Coolant System，RCS）、PXS系统内各安全设备间的相互影响规律及耦合效应。结果表明：PRHR管线LOCA中，PRHR HX会出现反向流动换热的新现象；堆芯-蒸汽发生器自然循环过程的平均载热功率提高约30%，对RCS降温降压具有重要作用，是事故初期的关键现象；事故瞬态下，PXS非对称布置对RCS支路热工水力状态存在显著影响，PRHR管线LOCA中非对称布置效应会增强。  
        关键词：破口失水事故;ACME台架;整体效应试验;自然循环;非能动安全   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能创新技术领域，专家利用ANSYS CFX软件对高温熔盐屏蔽泵进行数值模拟，基于响应面法和NSGA-Ⅱ算法开展水力优化设计，为第四代核电技术发展提供重要支撑。”
        董廷静,樊辉青,邹杨,徐洪杰
        2023, 46(6): 060602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060602
        摘要：作为核能创新技术，高温熔盐屏蔽泵（简称熔盐屏蔽泵）可用于第四代熔盐反应堆，通过水力优化设计提升泵的水力性能对第四代核电技术的发展有重要意义。本文利用ANSYS CFX软件对熔盐屏蔽泵进行数值模拟，基于响应面法（Response Surface Methodology，RSM）建立了显著参数与优化目标之间的近似模型，以效率和扬程为优化目标，通过第二代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ，NSGA-Ⅱ）分别对熔盐屏蔽泵开展熔盐和水工质下的水力优化设计。结果表明：相比于水工质，熔盐工质下泵的优化空间更大；两种工质下的优化模型效率相同时，熔盐优化模型叶轮进口直径和叶片出口安放角较小，叶轮出口宽度和导叶喉部平面宽度较大；与初始模型相比，熔盐优化模型效率提高了1.26%，扬程提高了1.40%，水优化模型效率提高了0.92%，扬程降低了0.64%。研究成果可用于指导熔盐屏蔽泵的水力结构设计。  
        关键词：高温熔盐屏蔽泵;数值模拟;多目标优化;响应面法;NSGA-Ⅱ   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在复杂堆芯物理建模领域，专家采用离散纵标节块法，实现了非结构几何堆芯的准确建模和非结构网格生成，并通过并行算法减少计算时间。SARAX程序在复杂非结构几何堆芯计算中具有高精准度。”
        肖博文,郑友琦,王永平,乔梁,陶昱姗,刘啸岳
        2023, 46(6): 060603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060603
        摘要：随着反应堆堆芯设计的复杂化，给堆芯物理的建模计算带来了一定的挑战。针对复杂几何堆芯的精细建模计算，采用基于任意三棱柱网格的离散纵标节块法，通过构造实体几何的方式，实现了复杂非结构几何堆芯的准确建模以及非结构网格的生成，同时由于非结构网格计算量大，采用了块雅各比的并行算法以减少堆芯输运计算时间。将SARAX程序用于空间反应堆和热管堆的计算中，特征值和堆芯径向功率分布结果与多群蒙特卡罗的计算结果吻合良好，特征值的计算偏差小于3.00×10-3，径向功率分布的相对偏差小于1.5%，表明SARAX程序在复杂非结构几何堆芯计算中具有较高的精度。  
        关键词：非结构堆芯;离散纵标节块法;网格生成;并行算法;程序验证   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在液态铅铋燃料组件棒束内摩擦压降预测领域，研究者通过统计分析评估了8种模型的适用性，发现本文提出的模型在全流态范围内预测准确性较高。”
        周涛涛,刘书勇,郁杰
        2023, 46(6): 060604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060604
        摘要：为准确预测液态铅铋在燃料组件棒束内截面的摩擦压降特性，需选取合适的摩擦压降模型。针对8种不同的绕丝棒束内摩擦压降模型，采用统计分析的方式评估模型的适用性，研究不同模型在不同流态范围内实验数据的预测准确性。分析结果表明：摩擦系数不仅与棒束数量（Nr）和节径比（P/D）有关，还与螺径比（H/D）有关；在层流范围内BBDD模型和本文模型与实验数据较为吻合；在过渡流范围内BBDD模型、CTD模型和本文模型与实验数据较为吻合；在湍流范围内Rehme模型、UCTD模型和本文模型与实验数据较为吻合。因此，本文提出的模型适用于全流态的燃料组件棒束内截面的摩擦压降预测。  
        关键词：全流态;绕丝棒束;截面摩擦系数   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核反应堆压力波传播领域，专家开发了TPFPWPC-2D程序，精确模拟了汽水两相流中压力波的二维传播行为，为结构载荷分析提供重要参考。”
        龚政宇,辜峙钘,潘麒文,张牧昊,戴嘉宁
        2023, 46(6): 060605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060605
        摘要：反应堆系统内压力波传播将造成水力学载荷问题，压力波传播的精确模拟对结构载荷分析而言尤为重要。系统分析程序（RELAP5、TRACE等）被广泛应用于反应堆压力波传播模拟，但系统分析程序通常只能处理压力波单向一维传播行为，为应对压力波多向多维传播问题，本文就汽水两相流中存在的压力波二维传播行为，开展了相关模型与算法研究。具体采用了二维轴对称圆柱坐标系，考虑了汽水两相非平衡态相变传热、传质行为，偏微分方程求解使用了时间步分割四步算法，开发了程序代码TPFPWPC-2D。采用典型汽、水两相激波管基准例题开展了程序验证，结果符合较好。为考查程序处理压力波二维传播的能力，对圆柱体空间区域内的压力波传播行为进行了数值模拟，结果显示该程序捕捉到了压力波的二维传播特性，尤其是压力波的反射与叠加特性。  
        关键词：两相流;压力波传播;两相激波管;二维传播特性;程序开发   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在压水堆内，激光加工微结构可强化沸腾换热效果，但长期稳定性尚需研究。”
        欧阳琨,许巍,刘晓晶,何晓强
        2023, 46(6): 060606. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.060606
        摘要：大量现有研究表明，使用合适的表面改性方法能够强化沸腾换热效果，使其在压水堆内有着广阔的潜在应用前景。但对于堆内高温高压碱性环境，这种强化换热效果能否长时间维持却鲜有研究。使用激光加工的方式，在不锈钢板状试样表面分别加工微槽、微孔、微柱三种微结构，将试样置于模拟实际堆内工况的高温高压反应釜中开展长达200 d的腐蚀实验，并对腐蚀前后试样进行池式沸腾实验与可视化研究。结果表明：三种微结构试样表面临界热流密度（Critical Heat Flux，CHF）均随腐蚀时间的增加先升高后降低，其中微孔试样在核态沸腾起始有着最大的气泡生成速率，微槽试样有着最高的CHF。  
        关键词：腐蚀;表面改性;沸腾换热;微结构;可视化   
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        发布时间：2024-10-25
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