先進核反應堆用鉛鉍合金熱物理性能實驗研究.pdf

1、加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)(ADS)憑借其通量大、中子能譜硬、嬗變長壽命核素能力強、能量分布寬等特點,被公認為是核廢物處理最安全有效的方式之一。鉛鉍合金(LBE)因其良好的中子性能、抗輻照性能、傳熱性能和固有安全性,成為當前ADS散裂靶和冷卻劑的首要候選材料。核反應堆冷卻劑的主要作用是盡可能安全經(jīng)濟地將核裂變反應釋放的熱量輸出反應堆。為了評估液態(tài)鉛鉍合金的冷卻效率,保證堆芯的安全性,需要對鉛鉍合金的流動與傳熱行為進行研究,而鉛鉍合金的密度、表

2、面張力、比熱容及熱導率等熱物理性能是影響鉛鉍合金流動與傳熱行為的關(guān)鍵因素,是解決鉛鉍合金與結(jié)構(gòu)材料相容性以及鉛鉍合金成分控制與純化等問題的研究基礎(chǔ)。
　　本文通過實驗研究的方法,全面系統(tǒng)地研究了液態(tài)鉛鉍合金的密度、表面張力、比熱容及熱導率等熱物理性能隨溫度的變化關(guān)系,分析了發(fā)生異常變化的原因,并探索了鉍含量對鉛鉍合金熱物理性能的影響規(guī)律和影響機理。
　　首先,應用數(shù)字化靜滴法研究了五種鉛鉍合金(Pb100Bi0,Pb80Bi

3、20,Pb70Bi30, Pb60Bi40,LBE)在熔點溫度至873K溫度范圍內(nèi)密度及表面張力隨溫度的變化關(guān)系,結(jié)果顯示,五種鉛鉍合金的密度大體上是隨著溫度的升高而逐漸減小的, Pb80Bi20和LBE的密度在熔點溫度附近有異常變化,分析是由于鉛鉍合金熔化過程中金屬Bi發(fā)生共價鍵向金屬鍵轉(zhuǎn)變不瞬時造成的;五種鉛鉍合金的表面張力隨溫度的升高而逐漸減小,但在低溫區(qū)明顯偏離理論值,分析其原因可能主要是與金屬液滴表面的較高氧分壓有關(guān)。

4、　　其次,應用DSC經(jīng)典藍寶石法研究了五種鉛鉍合金在313K~773K溫度范圍內(nèi)的比熱容與溫度的變化關(guān)系,結(jié)果顯示,液態(tài)鉛鉍合金的比熱容在623K~700K溫度范圍內(nèi)比較穩(wěn)定,可以忽略溫度對其影響,認為是與溫度無關(guān)的。
　　最后,應用LFA457 Micro Flash型激光導熱儀研究了LBE在423K~873K溫度范圍內(nèi)熱導率隨溫度的變化關(guān)系,結(jié)果顯示,LBE的熱導率是隨溫度升高而逐漸增大的。
　　本文的研究結(jié)果,可以為鉛