[發明專利]一種計算核燃料中裂變氣體釋放及輻照腫脹行為的方法

在審

• 申請號: 202210332746.7
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114743607A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 柳文波;蘭峋;姜彥博;惲迪
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種計算核燃料中裂變氣體釋放及輻照腫脹行為的方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：基于第一性原理，計算核燃料物性參數，所述核燃料物性參數包括：空位形成能、遷移能；氣體原子形成能、遷移能；空位擴散系數以及氣體原子擴散系數；

S2：基于步驟S1獲取的核燃料物性參數，建立描述核燃料晶面氣泡氣體原子行為的速率理論模型和晶棱氣泡氣體原子行為的速率理論模型，獲得核燃料晶界氣泡的初始分布；

S3：通過建立核燃料多晶多相系統總自由能密度以及演化方程建立核燃料晶界氣泡演化相場模型：定義相場濃度場變量、相場序參量；基于熱力學理論獲取核燃料基體相的自由能密度以及核燃料氣泡相的自由能密度；引入插值函數，獲得核燃料多晶多相體系的體自由能密度；結合界面梯度能、多晶相互作用能、晶界與氣泡相互作用能得到核燃料多晶多相系統總自由能密度；建立演化方程；結合步驟S2獲取的核燃料晶界氣泡初始分布初始化核燃料晶界氣泡演化相場模型；求解演化方程；

S4：根據步驟S3演化方程計算結果，獲得晶界氣泡形貌演化圖，統計計算滲流參數及燃料孔隙率，所述滲流參數包括：晶界氣泡密度、晶界氣泡平均尺寸、晶界氣泡覆蓋率、氣泡連通閾值；

S5：根據步驟S4計算所得滲流參數以及燃料孔隙率，獲得核燃料輻照腫脹規律；

S6：建立核燃料晶界網絡結構，所述核燃料晶界網絡結構包括：沿核燃料徑向分布多個晶界；晶面隨機分布接觸角為40°與80°之間的氣泡；

S7：基于氣體原子晶內擴散方程，并考慮重溶效應，建立核燃料裂變氣體釋放滲流模型，所述核燃料裂變氣體釋放滲流模型與步驟S3所述核燃料晶界氣泡演化相場模型基于同一套輸入參數，所述輸入參數包括：溫度、氣泡接觸角、裂變氣體密度；根據步驟S4所述計算滲流參數的方法，獲取不同溫度、不同裂變密度、不同氣泡接觸角下的氣泡連通閾值并保存；基于獲取的氣泡連通閾值并輸入給核燃料裂變氣體釋放滲流模型，結合步驟S6所述核燃料晶界網絡結構，建立核燃料裂變氣體釋放行為相場-滲流耦合框架；

S8：基于步驟S7建立的核燃料裂變氣體釋放行為相場-滲流耦合框架，獲取核燃料裂變氣體在晶界氣孔網絡的長程連通過程，獲得裂變氣體釋放隨時間的變化、不同時刻晶界氣體濃度隨半徑的變化以及不同時刻晶界氣體濃度分布信息；

S9：根據步驟S8獲得的裂變氣體釋放隨時間的變化、不同時刻晶界氣體濃度隨半徑的變化以及不同時刻晶界氣體濃度分布信息，結合晶界網絡結構演化過程，獲取不同溫度下、不同晶界分布下、不同裂變密度下的核燃料裂變氣體釋放的規律。