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铅铋气溶胶动力学实验平台研制与初步参数测量

王雨晴 邓理邻 倪木一 武杰伟 谭怡 景福庭 夏明明 田超

王雨晴, 邓理邻, 倪木一, 武杰伟, 谭怡, 景福庭, 夏明明, 田超. 铅铋气溶胶动力学实验平台研制与初步参数测量[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 178-185. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0178
引用本文: 王雨晴, 邓理邻, 倪木一, 武杰伟, 谭怡, 景福庭, 夏明明, 田超. 铅铋气溶胶动力学实验平台研制与初步参数测量[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 178-185. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0178
Wang Yuqing, Deng Lilin, Ni Muyi, Wu Jiewei, Tan Yi, Jing Futing, Xia Mingming, Tian Chao. Development of Test Platform for LBE Aerosol Kinetics and Preliminary Parameter Measurement[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 178-185. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0178
Citation: Wang Yuqing, Deng Lilin, Ni Muyi, Wu Jiewei, Tan Yi, Jing Futing, Xia Mingming, Tian Chao. Development of Test Platform for LBE Aerosol Kinetics and Preliminary Parameter Measurement[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 178-185. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0178

铅铋气溶胶动力学实验平台研制与初步参数测量

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0178
基金项目: 核反应堆系统设计技术重点实验室运行基金(HT-KFKT-24-2021008);广东省重点研发项目(2021B0101250002)
详细信息
    作者简介:

    王雨晴(1997—),女,博士研究生,主要从事铅铋快堆源项模拟与实验研究,E-mail: wangyq289@mail2.sysu.edu.cn

    通讯作者:

    倪木一,E-mail: nimuyi@mail.sysu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Development of Test Platform for LBE Aerosol Kinetics and Preliminary Parameter Measurement

  • 摘要: 铅铋快堆的一回路冷却剂液态铅铋合金(LBE)受中子辐照会产生放射性核素210Po,210Po具有一定挥发性,有必要深入研究210Po的迁移扩散行为。气溶胶是易挥发放射性核素释放的主要载体,本文基于国内外关于反应堆气溶胶实验平台的设计运行经验研制了LBE气溶胶动力学实验平台,通过结合扫描电迁移率法和光学散射法,实现了对LBE气溶胶粒子计数与粒径分布的广谱测量。测量结果表明,LBE气溶胶的粒径分布主要为纳米级。通过对测量结果的数据处理,初步开展了LBE气溶胶动力学分析,从而为铅铋快堆放射性气溶胶的后续安全分析提供关键参数。

     

  • 图  1  LBE气溶胶动力学实验平台示意图

    DEMC—电迁移率分级器;UF-CPC冷凝颗粒计数器;P—压力表;T—温度表

    Figure  1.  Schematic Diagram of Test Platform for LBE Aerosol Kinetics

    图  2  LBE气溶胶生成系统示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of LBE Aerosol Generation System

    图  3  光学散射法和扫描电迁移率法的测量结果对比

    Figure  3.  Comparison of Measurement Results between Optical Scattering Method and Scanning Electromobility Method

    图  4  不同载气流量下的LBE气溶胶颗粒数

    Figure  4.  Number of LBE Aerosol Particles under Different Carrier Gas Flow Rates

    图  5  不同载气下的LBE气溶胶颗粒数

    Figure  5.  Number of LBE Aerosol Particles under Different Carrier Gases

    图  6  873 K下LBE气溶胶颗粒数

    Figure  6.  Number of LBE Aerosol Particles at 873 K

    图  7  873 K下LBE气溶胶颗粒质量浓度分布与占比

    Figure  7.  Mass Concentration Distribution and Proportion of LBE Aerosol Particles at 873 K

    图  8  873 K下LBE气溶胶颗粒的fn

    Figure  8.  fn of LBE Aerosol Particles at 873 K

    图  9  873 K下LBE气溶胶颗粒的Fn

    Figure  9.  Fn of LBE Aerosol Particles at 873 K

    表  1  LBE气溶胶环境腔实验工况

    Table  1.   Test Condition of LBE Aerosol Generation Environment Chamber

    实验条件 具体参数
    环境腔尺寸(长×宽×高) 2000 mm×500 mm×1000 mm
    湿度范围 30%~100% RH;
    控制精度+2%~−3% RH
    温度范围 283~343 K;
    控制精度±2 K
      RH—相对湿度
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    表  2  气溶胶测量系统参数

    Table  2.   Parameters of Aerosol Measurement System

    参量名称 扫描电迁移率法 光学散射法
    设备型号 U-SMP Promo 2000
    粒径范围 8 ~1200 nm 0.2~10 μm;0.3~17 μm;
    0.6 ~40 μm;2 ~100 μm
    峰值颗粒数/cm−3 0~108 1~106
    体积流量/(L·min−1) 2.5~14 5
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    表  3  载气体积流量的敏感性实验

    Table  3.   Sensitivity Experiment of Carrier Gas Flow Rate

    实验编号 1 2 3
    载气体积流量/sccm 20 50 100
    载气种类 Ar/1%H2 Ar/1%H2 Ar/1%H2
    蒸发温度/K 873.5 873.5 873.5
    环境腔温度/K 298 298 298
    峰值颗粒粒径/nm 30.5 30.5 32.8
    峰值颗粒数/cm−3 4169 4154 4256
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    表  4  载气种类的敏感性实验

    Table  4.   Sensitivity Experiment of Carrier Gas Type

    实验编号 4 5 6
    蒸发温度/K 873.5 873.5 873.5
    载气种类 Ar/1%H2 N2 He
    载气体积流量/sccm 100 100 100
    环境腔温度/K 298 298 298
    峰值颗粒粒径/nm 26.4 30.5 12.8/89.8
    峰值颗粒数/cm−3 500 643 143/212
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    表  5  LBE环境气溶胶粒径测量实验参数

    Table  5.   Experimental Parameters of LBE Aerosol Particle Size Measurement in Real Environment

    实验编号 7 8 9
    样品温度/K 873.5
    载气种类 Ar/1%H2 Ar/1%H2 Ar/1%H2
    载气体积流量/sccm 100 100 100
    伴热温度/K 413 413
    环境腔温度/K 298 298 298
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  • [1] CINOTTI L, SMITH C F, SEKIMOTO H, et al. Lead-cooled system design and challenges in the frame of Generation IV International Forum[J]. Journal of Nuclear Materials, 2011, 415(3): 245-253. doi: 10.1016/j.jnucmat.2011.04.042
    [2] DENG L L, WANG Y Q, ZHAI Z, et al. Multi-physics model development for polonium transport behavior in a lead-cooled fast reactor[J]. Frontiers in Energy Research, 2021, 9: 711916. doi: 10.3389/fenrg.2021.711916
    [3] LARSON C L. Polonium extraction techniques for a lead-bismuth cooled fast reactor[D]. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 2002.
    [4] LI N, YEFIMOV E, PANKRATOV D. Polonium release from an ATW burner system with liquid lead-bismuth coolant:LA-UR-98-1995[R]. Washington: USDOE Assistant Secretary for Management and Administration, 1998.
    [5] BUONGIORNO J. Conceptual design of a lead-bismuth cooled fast reactor with in-vessel direct-contact steam generation[D]. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 2001.
    [6] 陈林林,孙雪霆,魏严凇,等. 安全壳内气溶胶扩散泳行为的试验方法研究[J]. 辐射防护,2017, 37(1): 45-49.
    [7] LUO X W, YU S Y. Deposition of particles in turbulent pipe flow[J]. China Particuology, 2006, 4(1): 31-34. doi: 10.1016/S1672-2515(07)60230-9
    [8] Mäkynen J M, JOKINIEMI J K, AHONEN P P, et al. AHMED experiments on hygroscopic and inert aerosol behaviour in LWR containment conditions: Experimental results[J]. Nuclear Engineering and Design, 1997, 178(1): 45-59. doi: 10.1016/S0029-5493(97)00174-X
    [9] NEA. International standard problem ISP37: VANAM M3 - A Multi compartment aerosol depletion test with hygroscopic aerosol material: comparison report[R]. Paris:OECD, 1996.
    [10] 肖增光,孙雪霆,陈林林,等. 安全壳内气溶胶沉积试验的浓度测点设计[J]. 核安全,2017, 16(1): 82-85,94. doi: 10.16432/j.cnki.1672-5360.2017.01.013
    [11] SNEPVANGERS L J M, VAN DE VATE J F. Diffusiophoresis of fission product aerosol in an LWR containment after core meltdown:EUR-11376[R]. Luxembourg: Commission of the European Communities, 1987.
    [12] CLEMENT B, HANNIET-GIRAULT N, REPETTO G, et al. LWR severe accident simulation: synthesis of the results and interpretation of the first Phebus FP experiment FPT0[J]. Nuclear Engineering and Design, 2003, 226(1): 5-82. doi: 10.1016/S0029-5493(03)00157-2
    [13] KRISCHER W, RUBINSTEIN M C. The phebus fission product project: presentation of the experimental programme and test facility[M]. London: CRC Press, 1992: 6-246.
    [14] 陈林林,魏严凇,史晓磊,等. 安全壳内剥蚀引起的气溶胶颗粒再悬浮[J]. 中国粉体技术,2020, 26(5): 1-6. doi: 10.13732/j.issn.1008-5548.2020.05.001
    [15] HAN S, LI Y, WEN G, et al. Study on thermophoretic deposition of micron-sized aerosol particles by direct numerical simulation and experiments[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2022, 233: 113316. doi: 10.1016/j.ecoenv.2022.113316
    [16] 王善普,佟立丽,曹学武. 钢制安全壳窄缝内气溶胶冷凝滞留实验研究[J]. 核动力工程,2022, 43(6): 128-132. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0128
    [17] 于汇宇,谷海峰,孙中宁,等. 喷淋去除气溶胶的模型及实验研究[J]. 哈尔滨工程大学学报,2023, 44(5): 815-822. doi: 10.11990/jheu.202108021
    [18] 向晓东. 气溶胶科学技术基础[M]. 北京: 中国环境科学出版社,2012: 21-27.
    [19] MPPD: Multiple-path particle dosimetry model (2023) ARA,V3.04. Available at: https://www.ara.com/mppd/ (Accessed: 09 March 2023).
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-26
  • 修回日期:  2023-03-30
  • 刊出日期:  2024-02-15

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