长寿期堆芯可燃毒物选型研究

针对长寿期堆芯的需要,分别开展整体型可燃毒物和分离型可燃毒物的选型研究,并进一步开展了不同类型可燃毒物的匹配研究。研究结果表明:整体型可燃毒物宜采用燃耗较慢的铒、铪等材料;分离型可燃毒物宜采用燃耗较快的钆、硼等材料;合理搭配使用快、慢燃耗可燃毒物,有利于提高长寿期堆芯的综合性能。     

可燃毒物提高小型压水堆堆芯寿期研究

针对长寿期堆芯的应用需求,开展了提高小型压水堆堆芯寿期研究。以棒状燃料为对象,对不同栅格尺寸和不同可燃毒物的选取进行计算,得出小型压水堆堆芯寿期相关影响因素。通过对不同尺寸的燃料栅格进行输运-燃耗计算,得到燃耗最佳栅格尺寸。以燃耗最佳栅格尺寸建立组件,并选择转换性能好的锕系核素~(240)PuO_2作为可燃毒物,利用~(240)Pu吸收中子转换成易裂变核素~(241)Pu的特性,对堆芯实现反应性控制和寿期延长。本研究通过对燃料栅格尺寸和可燃毒物的合理选择,提高了燃料利用率,达到延长堆芯寿期的目的。     

可燃毒物提高小型压水堆堆芯寿期研究

针对长寿期堆芯的应用需求,开展了提高小型压水堆堆芯寿期研究。以棒状燃料为对象,对不同栅格尺寸和不同可燃毒物的选取进行计算,得出小型压水堆堆芯寿期相关影响因素。通过对不同尺寸的燃料栅格进行输运 燃耗计算,得到燃耗最佳栅格尺寸。以燃耗最佳栅格尺寸建立组件,并选择转换性能好的锕系核素²⁴⁰PuO₂作为可燃毒物,利用²⁴⁰Pu吸收中子转换成易裂变核素²⁴¹Pu的特性,对堆芯实现反应性控制和寿期延长。本研究通过对燃料栅格尺寸和可燃毒物的合理选择,提高了燃料利用率,达到延长堆芯寿期的目的。     

长寿期压水堆颗粒弥散可燃毒物中子学设计与分析

为实现长寿期压水堆的低硼运行,对颗粒弥散可燃毒物进行了中子学设计与分析,颗粒弥散可燃毒物的自屏效应可通过颗粒半径进行调节,能实现可燃毒物消耗和燃料燃耗的较优匹配。本文选取目前压水堆常用的快燃耗可燃毒物B、Gd为对象,研究了颗粒弥散可燃毒物不同颗粒半径和填充份额对组件中子学特性的影响。结果表明,颗粒弥散可燃毒物能实现长期稳定的反应性控制,其中BISO含硼弥散颗粒符合长寿期压水堆低硼运行的要求,适合作为长寿期压水堆的候选可燃毒物进行下一步研究。     

锕系可燃毒物板状燃料组件燃耗特性研究

为研究锕系可燃毒物在板状燃料组件的燃耗特性和延长寿期的适用性，本研究以不同富集度的板状燃料为对象，计算分析了相同初始组件无限增殖因数（kinf）情况下的锕系可燃毒物装载量、燃耗深度、235U利用率等。结果表明，在低富集度（4%~7%）情况下，240Pu可燃毒物在寿期内表现出较好的转换效应，235U利用率高，可起到延长堆芯寿期的作用；在中等富集度（25%~40%）情况下，240Pu可燃毒物的转换效应减弱，而231Pa可燃毒物表现出较好的转换效应；在高富集度（70%~97%）情况下， 231Pa可燃毒物的转换效应减弱，但含231Pa组件的235U利用率和达到的燃耗深度在所选锕系核素中最大；240Pu可作为长寿期低富集度燃料可燃毒物的选择，231Pa可作为长寿期中等、高富集度燃料可燃毒物的选择。      

先进聚合物可燃毒物燃耗特性分析

针对当前新提出的先进聚合物材料(PACS),分析聚合物可燃毒物的材料特性与慢化特性,基于秦山核电厂与Crystal River Three两类堆型燃料组件,对比分析采用不同类型可燃毒物材料时组件的燃耗特性。结果表明:聚合物材料的慢化特性随含氢量呈线性变化关系,调节聚合物分子组成可以改变毒物的燃耗特性。相对传统的可燃毒物材料,先进聚合物可燃毒物体现了良好的毒物特性,全寿期具有更低的局部功率峰,在燃耗初期PACS聚合物可燃毒物有较低的初始k_(inf)值,而在燃耗后期释放高于1%的k_(inf)值,可燃吸收体核素B-10消耗更加充分,且具有较大的热通量,可提高热中子利用率,并促进裂变核素Pu的消耗。     

改进双排棒组件超临界水堆堆芯设计

为了提升堆芯性能,本文对现有的双排棒组件设计及堆芯设计方案进行了优化,并利用超临界核热耦合计算平台评估了优化后的方案。在组件设计中,为了减少寿期末堆芯中可燃毒物残余,优化了组件中可燃毒物棒的位置及可燃毒物含量。在堆芯设计中,为了延长堆芯寿期、降低包壳温度,对堆芯给水分配方案、换料方案及控制棒方案进行了一系列的优化。耦合计算结果表明,改进后的堆芯设计方案满足设计准则,堆芯寿期、卸料燃耗和包壳温度等参数均优于原方案。     

小型模块化氟盐冷却高温堆可燃毒物布置方案

小型模块化氟盐冷却高温堆(Small Modular Fluoride-cooled High temperature Reactor,SM-FHR)具有固有安全和高温输出等特点,适合因地制宜的核能综合利用,促进能源供给模式的多样化发展。简化反应性控制是SM-FHR的设计要点之一。本文针对特定的SM-FHR设计模型,采用MOBAT燃耗程序,分析研究可燃毒物碳化硼颗粒在不同装载量、不同颗粒大小以及不同空间布置等情况下,对SM-FHR剩余反应性的影响。计算结果表明:堆芯燃料可燃毒物体积比为52、可燃毒物颗粒大小为200μm及降低堆芯边缘组件可燃毒物装载量的方案效果较佳。该布置方案的最大剩余反应性从38 000×10~(-5)降到2 500×10~(-5),寿期内最大功率峰因子为1.26,其燃耗天数有所下降,但能满足两年以上换料周期预期。研究表明该可燃毒物布置方案展平了堆芯燃耗深度和功率分布,有利于提高堆芯安全性。     

燃耗信任制中可燃毒物对乏燃料反应性的影响分析

以压水堆(PWR)常用的可燃毒物棒(BPRs)为研究对象,定性分析了组件燃耗过程中不同类型的BPRs对燃料组件反应性的影响,为基于燃耗信任制的乏燃料贮存系统临界安全分析保守参数的选取提供参考。分析表明,在组件燃耗过程中含有BPRs时,忽略含钆毒物可使临界分析结果保守,而必须考虑涂硼燃料元件(IFBA)、湿式环状可燃毒物棒(WABA)、硼玻璃可燃毒物棒(PYREX)等对乏燃料反应性的影响。     

颗粒可燃毒物空间自屏效应分析研究

可燃毒物被布置于反应堆堆芯中以控制堆芯剩余反应性,颗粒可燃毒物由于空间自屏效应而具有区别于常规均匀弥散可燃毒物的特性,同时颗粒可燃毒物可以增加可燃毒物的使用自由度,通过调整可燃毒物类型、可燃毒物颗粒尺寸以及可燃毒物体积份额以实现堆芯反应性的长期和平稳控制。本文重点研究颗粒可燃毒物的颗粒尺寸对系统反应性以及颗粒内有效核素核子密度变化规律的影响,并解释颗粒可燃毒物由于空间自屏效应而产生的"洋葱"效应,同时对比分析了多种常见可燃毒物不同颗粒尺寸下的中子学规律,对颗粒可燃毒物用于堆芯反应性控制具有重要的指导意义。