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LOCA极端条件下芳香族化合物接枝纳米颗粒提高聚乙烯绝缘性能的作用机理及其优化

批准号:
52077151
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
高宇
依托单位:
学科分类:
高电压与放电
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
高宇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
核电站失水事故(LOCA)是导致核泄漏、危害人类生存环境的重要原因,提高安全壳内电缆绝缘对LOCA时高剂量率γ线辐射、高温、酸碱液腐蚀极端条件的耐受性,对保障核电安全具有重要意义。本项目提出采用具有高能电子俘获能力的芳香族化合物(AVS)接枝无机纳米颗粒,掺杂改性电缆绝缘材料聚乙烯(PE)。协同发挥AVS和纳米颗粒的散能、阻氧效应和对绝缘性能的调控作用,提高PE的LOCA耐受性。研究LOCA极端条件下复合材料的绝缘和力学性能劣化失效的演变规律和机理,揭示AVS和纳米颗粒在抵御LOCA导致的材料结构、绝缘及力学性能劣化过程中的本质作用,阐明可有效提高PE的LOCA耐受性的添加物结构特征,确立优化的复合材料制备工艺和条件参数。研究结果将有助于理解LOCA极端条件下电缆绝缘劣化失效的机理,也给提高绝缘材料的LOCA耐受性提出了一种全新思路,为保障核电运行安全提供理论和实验依据。
英文摘要
Loss of Coolant Accident (LOCA) occurred in Nuclear Power Plant (NPP) is one of the most serious reasons for nuclear leakage that threatens the living environment of human beings, the improvement of insulation tolerance of power cable installed in the containment to LOCA conditions, including high dose rate gamma-ray irradiation, elevated temperature and erosion of acid/alkali solution, is very important for the safety of NPP. In this project, attempts will be made to employ cable insulation material polyethylene (PE) as the base material and inorganic nanoparticle grafted by aromatic voltage stabilizer (AVS) with the ability to capture high energy electron as the filler to prepare PE based composite, which aims at presenting the ability of the fillers on radiation energy dispersion and oxygen diffusion blocking and on the modulation of insulation performance, so as to improve the PE tolerance to LOCA. It is planned to conduct an in-depth investigation on the effect of LOCA on degradation mechanism of insulation and mechanical properties of the composite, revealing the role of AVS and nanoparticle in resisting the change in material structure, insulation as well as mechanical properties caused by LOCA, extracting the general structure feature of the filler that would effectively improve the tolerance of PE to LOCA, afterwards clarifying the method and the parameters for preparing such composite. Obtained results will help the understanding of cable insulation ageing under LOCA and provide novel idea to the improvement of LOCA tolerance for insulating materials used in NPP, which will provide theoretical and experimental basis for the safe operation of NPP.
提高核级电缆绝缘在失水事故(LOCA)极端特殊工况下的耐辐射性、耐腐蚀性是保障核电安全的重要举措。本项目以聚乙烯基核级电缆绝缘材料为研究对象,提出了基于电压稳定剂接枝纳米颗粒掺杂改性、提升其耐LOCA特殊工况能力的方法,成功制备了具有良好绝缘性能的聚乙烯基复合材料,为核级电缆绝缘的耐LOCA改性提供了新的思路。同时,针对第四代核电高温气冷堆对核级电缆绝缘材料耐辐射、耐高温的运行要求,拓展性的开展了聚丙烯基电缆绝缘材料的辐射老化机理和性能提升研究,为开发新一代核级电缆绝缘材料提供了理论和实验参考。. 具体的研究内容和重要结果如下:. 1. 结合目前有关电压稳定剂筛选的理论研究,选择芳香族有机物4,4-二苯乙烯二羧酸(4,4-stilbenedicarboxylic acid,SDA)作为电压稳定剂进行实验研究,并对其量子化学特性进行计算与评估。进行SDA与纳米颗粒的接枝反应,确立可有效制备Nano-AVS的实验方案,并表征纳米无机颗粒的理化结构,用分子动力学仿真模拟改性效果。. 2. PE/Nano-AVS纳米复合材料的制备及脱气处理,研究接枝改性、脱气处理对PE基体的理化结构、电荷输运特性、直流击穿场强的影响。结果表明:与电压稳定剂和纳米颗粒单一添加或物理共混后掺杂LDPE相比,接枝纳米颗粒改性的PE试样的可吸收高能电子的能量范围均有所提高,PESC组试样的吸收范围更大,绝缘性能、耐辐射性能、耐腐蚀性能更优异。. 3. γ线辐射剂量对PP基复合材料的理化结构、电荷输运及交流击穿场强的影响研究。结果表明:PP基材料对高能辐射异常敏感,容易出现辐射老化现象。采用结晶调控、共混富含芳香环结构的弹性体材料等改性方法,可有效提高其耐辐射性。. 以上研究结果深刻阐明了核级电缆用典型聚合物绝缘材料的老化机理,以及提升材料耐辐射性的一般科学途径与技术手段,为开发满足核电发展需求的超耐辐射核级电缆绝缘材料提供重要支撑。
γ辐照对高导热聚乙烯微纳米复合介质绝缘劣化的作用机理及材料性能优化研究
  • 批准号:
    51677127
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    高宇
  • 依托单位:
伽玛线辐照抑制环氧树脂表面电荷积聚的机理研究
  • 批准号:
    51107087
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    高宇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金