泡沫不锈钢层TRISO颗粒的堆内行为模拟

来源：核动力工程杂志2021年第4期北京时间：

作者：尹春雨, 刘仕超, 焦拥军, 周毅, 高士鑫, 邢硕, 青涛, 汪丽达, 闫新龙

单位：中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，成都，610213；

摘要：三向同性燃料（TRISO）颗粒中疏松热解碳层堆内辐照收缩产生间隙后，会导致TRISO颗粒热导恶化。为解决该问题，本文采用泡沫不锈钢替代TRISO颗粒中的疏松热解碳层。对泡沫不锈钢TRISO颗粒的堆内行为模拟结果表明，采用泡沫不锈钢可以避免疏松层堆内密实化，提高疏松层的传热效率，有效降低核芯运行温度；不论采用泡沫不锈钢还是疏松热解碳作为疏松层，内层致密热解碳层（IPyC层）和外层致密热解碳层（OPyC层）的应力均会超过包覆层强度；碳化硅（SiC）层的环向应力随泡沫不锈钢层弹性模量的减小而减小，通过降低泡沫不锈钢弹性模量可以有效控制SiC层应力，保证其结构完整性。因此，应选取气孔率高、弹性模量低的泡沫不锈钢作为TRISO颗粒的疏松层，可在改善热导恶化问题的同时保证SiC层的结构完整性。该研究为TRISO颗粒在工程应用中的优化设计提供了指导。

关键词：TRISO颗粒, 热-力学行为, 泡沫不锈钢, 弹性模量

基金资助：国家自然科学基金项目（12005213）