1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
氯盐快堆具有重金属溶解度高和能谱较硬等特性，是嬗变超铀核素（Transuranic elements，TRU）的理想堆型。本文提出了一种50 MW小型模块化氯盐快堆（small-Modular Chlorine salt Fast Reactor，sm-MCFR）方案，对其焚烧TRU特性进行了初步研究。采用了基于SCALE（Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation）和MODEC（MOlten Salt Reactor Specific DEpletion Code）开发的耦合程序TMCBurnup（TRITON MODEC Coupled Burnup Code），计算并分析了sm-MCFR在TRU+232Th和TRU+DU（Depleted Uranium）两种燃料方案下的临界、燃耗、核素演化和嬗变TRU等物理性能。结果表明：在sm-MCFR运行期间，为维持临界状态，需在线添加TRU，以确保有效增殖系数keff＞1；满功率运行40 a时，采用TRU+Th燃料方案下堆芯剩余TRU量为657 kg，而采用TRU+DU燃料方案下剩余TRU量为725 kg，皆大于寿期初；采用TRU+Th和TRU+DU作为燃料盐时，嬗变率分别可达49%和41%，为实现乏燃料最小化提供了可行方案。
氯盐快堆 sm-MCFR TRU焚烧 嬗变 Chlorine salt fast reactor sm-MCFR TRU incineration Transmutation
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
医用同位素生产水溶液堆（Medical Isotope Production aqueous Reactor，MIPR）具有尺寸小、功率低和固有安全性高等优点，是99Mo和其他医用同位素生产的较佳候选堆型之一。本文重点研究低富集铀启堆模式下的提取方式以及处理能力对MIPR生产99Mo效率的影响。采用SCALE6.1蒙特卡罗程序、ENDF/B-Ⅶ 238群数据库进行计算。首先，根据已有的实验数据对MIPR中子学计算方法进行了验证，并对堆芯设计进行了中子学优化。然后，根据优化的堆芯模型对不同提取方式以及处理能力下的99Mo生产效率进行了研究，确定了可实现临界的铀浓度与富集度范围。结果表明：在不同富集度下存在最小临界质量，且随235U富集度的增加，最小临界铀质量时的铀浓度减小；有效倍增因子随硝酸浓度增加线性减小，相应的硝酸反应性系数约为-1.400×10-2 L·mol-1；随着铀浓度的增加，空泡和温度反应性系数减小，对应反应性系数分别约在（-100 ? -250）×10-3 ℃-1和（-18 ? -30）×10-5 ℃-1范围。MIPR生产99Mo的效率在线提取方式略高于离线批处理方式，5 d生产周期下，生产效率提高约16%。后处理能力对在线提取方式的生产效率影响较大，5 d生产周期下，后处理速率提高5倍，生产效率提高约113%。
水溶液堆 医用同位素 铀质量 99Mo 反应性系数 Aqueous reactor Medical isotopes Uranium mass 99Mo Reactivity coefficient
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
熔盐堆作为第四代先进反应堆的重要堆型之一，以高沸点熔盐为核燃料熔融载体，具有高温输出、常压操作等特点。而基于温差发电的热管熔盐堆，兼具了熔盐堆、热管和温差发电的优势，具有输出温度高、热电转换效率高、结构简单及安全可靠等优点，在能源系统领域具有极大的优势，是外太空及深海探测任务的理想能源。但因堆芯熔盐低热导率而形成的热管密集排布给热管冷凝段的温差发电传热设计带来了难题。针对该堆型设计需求，本文提出适于熔盐堆的热管-温差发电耦合系统结构并进行了传热分析。堆芯热管冷凝段采用塔式温差发电系统结构设计，整体热端座与堆芯热管冷凝端相配合，形成从下至上的第1层至第N层热段套；冷端座套置于热端座外，内设冷端热管通道；热端座的外侧壁与冷端座的内侧壁之间贴有温差发电片，发电片间隙采用保温棉减少漏热。采用Ansys Workbench开展了适于热管熔盐堆的4层塔式温差发电系统传热仿真模拟，分析表明：系统运行的高温热管最高温度为696 ℃时，整体塔座温度分布均匀，热量有效利用率大于96%，系统漏热量小于4%，发电片两侧温差大于490 ℃，利于提高热电转换效率，设计具有可行性，有利于推动温差发电在热管熔盐堆中的应用。
熔盐堆 热管 温差发电 传热模拟 能源 Molten salt reactor Heat pipe Thermoelectric power generation Heat transfer simulation Energy
1 中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800
2 中国科学院大学 北京 100049
熔盐换热器因其系统压力低、运行稳定以及经济性能好等特点在太阳能、核能和高温制氢等领域得到广泛应用。由于熔盐运行温度高，冷热流体温差大，导致熔盐换热器主要部件中产生的热应力不可忽略。本文采用流热固耦合方法分析U型管式换热器的温度场与应力场，首先运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）分析获取了换热器主要热性能参数，并与实验结果进行对比，最大偏差约3.07%，验证了CFD流体仿真结果的准确性。在此基础上，对熔盐管壳式换热器运行工况下的传热过程进行了详细分析，获得换热器流场和温度场。最后，通过Ansys workbench有限元软件计算得到由流场、压力场和温度场耦合产生的应力场，并着重分析了与换热管及壳体相连接的管板的应力分布，给出了管板最高应力值及某些路径的应力变化规律。结果表明：应力较大的部位发生在管板的布管区与非布管的连接区域，位于近壳侧的换热管内壁处，距离管板下端面约2 mm的位置。可为熔盐换热器实际运行和结构设计提供重要参考。
熔盐 流热固耦合方法 应力场分析 U型管式换热器 Molten salt Fluid-thermal-solid coupling method Stress analysis U-tube heat exchanger
1 武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室
2 武汉科技大学， 高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心，武汉 430081
3 华中科技大学材料科学与工程学院，材料成形及模具技术国家重点试验室，武汉 430074)
针对多孔介质高温燃烧用碳化硅多孔陶瓷因高温氧化导致抗热震性能以及辐射效率衰减等问题，首先采用有机泡沫浸渍法制备碳化硅素坯，经低温预烧、真空浸渍含Mg(OH)2、单质Si和α-Al2O3浆料，经过原位反应烧结在碳化硅骨架表面构筑含堇青石红外辐射涂层的碳化硅多孔陶瓷。结果表明：真空浸渍浆料能在碳化硅骨架表面涂覆连续涂层的同时，能完全填充骨架的三角孔洞，经1 350 ℃烧结成功制备了具有堇青石涂层、碳化硅骨架中间层、堇青石填充层的3层结构碳化硅多孔陶瓷。3层结构的形成显著提高了碳化硅多孔陶瓷力学性能及抗热震性能以及高温抗湿氧化能力，碳化硅多孔陶瓷在1?350 ℃热处理后耐压强度达到1.18 MPa、残余强度保持率达67%；碳化硅多孔陶瓷中3层结构孔筋表面堇青石红外辐射涂层的形成，强化了碳化硅多孔介质燃烧器辐射换热过程和燃烧效率，将燃烧器表面温度提高约140 ℃，并显著降低了燃烧器中CO、NOx等污染物的排放量。
碳化硅多孔陶瓷 堇青石 涂层 3层结构 抗热震 silicon carbide porous ceramics cordierite coating three-layered struts thermal shock resistance porous media combustion
1 江苏大学物理与电子工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学京江学院, 江苏 镇江 212013
3 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
超构透镜作为一种灵活调控空间光场相位、振幅及偏振的有效选择,在超分显微成像中受到了广泛的关注。为了提高多波长显微成像的分辨率,解决传统光学系统结构厚重、设计复杂等问题,基于相位补偿理论,运用传输相位法以及粒子群优化算法,设计了一种基于二氧化钛纳米单元柱的反射式消色差超构透镜,在500~550nm之间实现了恒定聚焦,且该透镜具有偏振不敏感的特性。与数值孔径相同但有色散的超构透镜的对比结果有效证实了该超构透镜的消色差功能。所设计的透镜可应用于多波长显微成像系统中并提高成像的分辨率。此外,该消色差透镜在数码相机和光学仪器等领域中也有较好的应用价值。
光学设计 光学材料 超构透镜 消色差透镜 免偏振敏感 多波长 显微成像
中国洛阳电子装备试验中心，河南 济源 459000
根据三维视景仿真场景实时性要求高的特点，对三维模型的建模及优化提出了更高要求。综合利用Multigen Creator和Terra Vista等软件，以“MQ-1捕食者”无人机为例，在虚拟现实技术的基础上，利用构造无人机模型过程中的自由度(DOF)控制技术、模型数据库优化技术和纹理映射技术等关键技术来实现对无人机动态实体模型的构建和任务飞行的模拟。对以无人机为主体的虚拟环境视景仿真建模关键技术进行研究，实现对无人机等视景仿真模型的构建、虚拟环境的建模，生成高效、优化的模型，为后续实时仿真应用以及在三维模型的优化以及地形、影像和地理信息系统(GIS)数据的相互精确匹配上，打下坚实基础。
无人机 Creator工具 大地形 DOF节点 视景仿真 三维建模 Unmanned Aerial Vehicle(UAV) Creator tool large terrain DOF node visual simulation 3D modeling 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 1088
