海洋环境下浮动核电站堆内燃料组件结构安全分析

针对海洋环境下浮动核电站堆内燃料组件的结构安全问题，结合水动力学和结构力学，考虑燃料组件在堆内作业和海上换料两种状态，以及海洋环境下船体随机运动响应的影响，对燃料组件的结构载荷进行计算，从而校核燃料组件在堆内作业时的结构安全，并为实施海上换料作业的可行性提供理论依据。以海洋核动力平台为例，首先对平台进行时域计算，得到船体重心的六自由度运动时历曲线，然后采用远程位移方法将船体运动传递到反应堆，实现对反应堆随船体运动的数值模拟，进而对燃料组件的应力、应变最大值进行求解。结果表明，与船体静止状态下相比，燃料组件的应力、应变最大值在船体运动状态下明显增大，说明在对浮动核电站堆内燃料组件进行结构安全分析时必须考虑海洋环境下船体的随机运动响应。     

核动力船舶燃料组件瞬态动力学分析

针对核动力船舶燃料组件在船体运动状态下的结构安全问题，以海洋核动力平台为例，采用水动力学对平台进行频时域计算，得到船体重心的六自由度运动时历曲线。基于远程位移方法将船体运动传递到反应堆，实现对燃料组件随船体运动的数值模拟，并采用瞬态动力学对燃料组件的结构载荷进行计算。计算结果表明，与船体静止状态下相比，燃料组件的结构载荷在船体运动状态下明显增大。因此，在对燃料组件进行结构安全分析时，必须考虑船体的随机运动响应。      

海上浮动堆燃料组件进入堆芯仿真分析

与陆上核电厂不同，海上浮动堆换料操作会受海浪环境的影响，因此对换料操作工艺和设备提出了新要求。本文选取海洋核动力平台的海上换料方案，对燃料组件在摇摆工况进入堆芯过程进行了仿真分析。分析结果表明，引入万向节的燃料组件进入堆芯过程中，燃料组件满足强度设计要求。      

海上浮动核电站总体设计初探

通过分析国际上现有堆型的优劣及其在舰船上的应用成果,建议海上浮动核电站采用技术成熟的压水堆,并对反应堆功率与换料周期给出原则性建议。以单点系泊型式的船型浮动核电站为例,根据各舱室的主要功能进行分区,提出舱室划分原则。同时分析了海上浮动核电站主尺度的主要制约因素,阐述了总体性布局原则,并着重介绍了反应堆舱内设置的安全壳、安全围壁、放射性废物管理系统、生物屏蔽设计的基本原则。同时,结合海上浮动核电站的特点,对一些关键系统如二回路、控制室、电力系统、物理防护等的设计原则进行了介绍。      

CANUDU重水堆燃料管理

论述秦山三期核电站所采用的ＣＡＮＤＵ－６反应堆的燃料管理,ＣＡＮＤＵ堆的换料是带功率刊物 ,这一特征使得它的堆内燃料管理与必须停换料的反应堆有明显的不同。ＣＡＮＤＵ堆燃料管理有设计和运行两方面的内容。     

海上浮动核电站应急撤离分析

核事故应急撤离是核应急响应的重要组成部分, 目的在于快速有效地将可能受到事故影响的人员转移至安全地区。本文根据海上浮动核电站的运行场址与运行特点, 对海上浮动核电站应急响应特征进行分析, 给出了浮动核电站应急等级划分和应急计划区范围。结合陆地核电站场区撤离与海洋平台撤离疏散方法, 制定了海上浮动核电站应急撤离情景与撤离分析假设。对浮动核电站人员撤离的分析结果表明, 浮动核电站人员撤离满足客船撤离要求, 及海上浮动核电站应急撤离的时间要求。关键词: 海上浮动核电站; 核应急; 应急计划区;应急响应; 应急撤离     

水冷反应堆燃料元件的在役检测和处理

水冷反应堆包括轻水堆和重水堆,轻水堆分为压水堆和沸水堆;重水堆分为加压重水堆和加拿大的氘铀堆。国际上把它们归为一类进行研究。本文涉及的破损燃料元件的在役检测和处理包括：反应堆运行时的检测;换料时或换料后的检测;在燃料组件内鉴别破损的燃料棒;燃料组件的监测、拆卸和修复;破损燃料棒拆出后的检测,破损定位与修补。     

水冷反应堆燃料元件的在役检测和处理

水冷反应堆包括轻水堆和重水堆，轻水堆分为压水堆和沸水堆；重水堆分为加压重水堆和加拿大的氘铀堆。国际上把它们归为一类进行研究。本文涉及的破损燃料元件的在役检测和处理包括：反应堆运行时的检测；换料时或换料后的检测；在燃料组件内鉴别破损的燃料棒；燃料组件的监测、拆卸和修复；破损燃料棒拆出后的检测，破损定位与修补。     

CANDU重水堆燃料管理

论述秦山三期核电站所采用的ＣＡＮＤＵ６ 反应堆的燃料管理。ＣＡＮＤＵ 堆的换料是带功率进行的， 这一特征使得它的堆内燃料管理与必须停堆换料的反应堆有明显的不同。ＣＡＮＤＵ 堆燃料管理有设计和运行两方面的内容。在设计阶段， 燃料管理涉及堆芯时均通量／ 功率分布的设计； 在运行阶段， 电厂换料工程师的职责包括选择要换料的燃料通道， 跟踪堆功率变化史， 以及确保各最大功率限值不被超越。     

田湾核电站1号机组第6循环紧急换料方案研究

反应堆停堆后,若发现将在下一循环利用的燃料组件无法回堆使用,需开展紧急换料研究,重新设计燃料管理方案。本文假设田湾核电站1号机组第5燃料循环（U1C5）堆芯中有1组燃料组件破损,完成对所有可能情况U1C6紧急换料方案研究,并针对U1C5堆芯内84号组件破损的实际问题完成方案设计。本文的成果方案通过国家核安全局关于安全评价报告的评审,已应用到田湾核电站的换料工作中。     

摇摆条件下海上浮动堆全厂断电事故分析

为研究海洋条件对海上浮动堆全厂断电事故后的事故进程及非能动安全系统运行特性的影响,通过建立海洋条件加速度场模型,基于RELAP5程序开发获得了适用于海上浮动堆的系统分析程序,并对程序进行了实验验证。利用所开发的程序通过建立双环路海上浮动堆及二次侧非能动余热排出系统的计算模型,开展了不同摇摆运动参数下海上浮动堆全厂断电事故的计算分析。计算结果表明,船体的横摇运动可加快全厂断电事故后浮动堆系统压力和温度的下降速度,堆芯余热能够被二次侧非能动余热排出系统有效导出;但横摇运动会造成事故后堆芯自然循环流量的显著降低,引起一回路系统和非能动余热排出系统中自然循环流量的大幅度振荡及周期性倒流。本文计算结果可为海上浮动堆非能动安全系统的设计提供参考。     

基于小位移旋量的浮动式核电站反应堆装卸料定位误差分析与优化

燃料组件装卸是核电站反应堆换料检修的一项重要操作，浮动式核电站由于运行环境特殊，其装卸料定位精度要求更高。本文基于小位移旋量（SDT）的公差建模方法对浮动式核电站反应堆装卸料的导向定位误差进行了分析，采用刚体动力学坐标系变换的方法得到了装卸料定位误差的表达式；采用MATLAB程序进行了模拟计算。对海洋条件下反应堆装卸料的极限倾斜量进行了分析，给出了最大倾角与海浪参数的关系，对燃料组件导向间隙量等关键参数进行了优化，并将其结果与试验数据进行了比较，相符性较好。      

大型压水堆核电站换料机的强度分析

压水堆核电站换料机对保障核电站安全运行具有重要的作用,对其主要结构的动力计算和强度评定具有重要的意义。本文应用有限元分析软件ANSYS 12对1 000 MW核电站大型换料机进行了有限元建模,并分别在正常工况(启动、制动)、异常工况(OBE)和事故工况(SSE)下进行了动力计算;采用SRSS方法对3个不同方向地震反应谱下的结构响应(内力、应力)进行了工况组合,并进一步考虑了自重条件的不利影响。根据RCCM规范对换料机主要结构、螺栓、焊缝的强度和辅吊支腿的稳定性进行了评定,并在此基础上对抓取燃料组件的指形钩进行了局部强度分析。评定结果表明换料机的强度在不同工况下均满足规范要求。     

浮动核电站设计中的安全准则研究

浮动核电站作为船海工程与核电工程的结合,属于核能工程的新领域,国内尚缺少相应的安全设计准则。结合海洋核动力平台示范工程实际设计需求,基于对陆上压水堆核电厂、海上移动式平台、核动力舰船规范的分析,从浮动核电站总体设计、平台设计以及核安全3个层面分别提出了相应的安全设计准则。研究表明,浮动核电站的安全设计应围绕3项基本安全功能进行;平台设计应考虑布置、结构、辅助系统、电力、通信、消防6个因素;核安全设计应充分考虑其孤岛运行和海洋应用场景对核动力装置系统设备设计、运行的制约影响。      

中国先进研究堆(CARR)工程燃料组件设计验证试验

中国先进研究堆(CARR)采用的燃料组件在国内尚属首次加工与使用。为了保证燃料组件的完整性和安全性,满足堆安全运行的需要,对燃料板和组件的结构稳定性、流致振动、临界流速、热循环、堆内辐照等进行了设计验证试验。结果表明,CARR燃料组件的设计和加工工艺是合理的,谈组件在反应堆实际运行条件下是稳定和安全的。     

径向倒料式长寿期钠冷快堆方案研究

提出了一种长寿期钠冷快堆的堆芯换料设计。基于增殖焚烧的燃耗策略,通过定期径向倒料,堆芯在不换料的情况下能够维持较长时间的临界,进而实现反应堆的长寿期设计。在本次方案设计中,采用一次通过的燃料循环方式,以U-Zr合金作为燃料材料,有利于防止核扩散;采用非均匀的布料方案,有利于内增殖组件的增殖以及展平堆芯功率分布;采用内收敛的径向倒料方式,有利于增殖组件的增殖与焚烧,提高堆芯寿期。初步计算结果表明,这种倒料策略是可行的。反应堆可以通过堆内倒料,实现38年不换料的运行,并且卸出的增殖组件可以用作下一个新堆芯的驱动组件,使新堆芯达到临界。堆芯关键参数都在现有长寿期快堆概念设计的可接受范围内。     

小型轻量化铅铋反应堆燃料组件几何结构研究

燃料组件的几何结构和栅格参数显著影响铅铋反应堆的物理/热工特性,采用不同几何结构燃料组件的堆芯在相同换料周期、热工限值约束下的临界尺寸、燃料装载量存在差异。本文开展小型轻量化铅铋反应堆的燃料组件几何结构研究,通过建立铅铋反应堆堆芯模型,选取棒束型、环形、蜂窝煤型燃料组件方案,比较分析了3种方案在堆芯尺寸、燃料装载量、冷却剂流通面积、包壳和气隙体积相同和在换料周期为10 a、稳态热工安全裕量基本一致条件下堆芯的燃耗特性、反应性系数、稳态热工特性参数。结果表明：相比于棒束型与环形燃料组件,蜂窝煤型燃料组件良好的稳态热工特性与较硬的中子能谱,采用蜂窝煤型燃料组件的堆芯可以实现更小的堆芯尺寸及燃料装载量,具备显著的膨胀负反馈,同时能够有效展平功率分布和降低堆芯压降,是有利于铅铋反应堆小型化及轻量化的燃料组件方案。     

核电站用M5合金包壳管疲劳性能研究

M5锆合金是法国法马通公司开发研制的新一代燃料包壳材料,现已用作第3代改进型燃料组件AFA-3G燃料棒的包壳。核燃料包壳管在正常服役工况下,经受强烈的中子辐照,同时管内外均承受交变应力和温度作用,以及电厂定期开停堆,使得包壳经常产生周期性塑性变形,因此,锆合金包壳的疲劳行为研究成为核安全防护的重要课题之一。特别是当前核电站追求高燃耗、低燃料循环成本,换料周期更长,这样就对燃料包壳材料提出了更高的要求。核电站用包壳管疲劳失效是导致反应堆燃料元件发生破坏的主要原因之一。本工作对国产及法国产两种M5锆合金包壳管的疲劳…     

标准化在燃料组件啜吸系统国产化研制中的作用

１概述燃料组件啜吸系统（以下简称啜吸系统）主要用于辐照后燃料组件包壳是否破损的检查，以确保反应堆的安全、可靠，使主冷却剂中的裂变产物浓度减至最小值，必须确定并卸走包壳管破损的燃料组件。它可在核电站停堆换料期间对每一个燃料组件提取具有代表性的水样和气样，通过多道γ质谱仪进行核素分析，从而确定燃料组件包壳是否破损。在研制过程中加强标准化工作，可以大幅度缩短产品的研制周期和节省大量研制经费，同时确保产品质量，提高产品的安全性、通用性和可靠性，以下介绍燃料组件啜吸系统研制过程中的标准化工作。２标准化为产…     

包覆燃料颗粒应力的有限元分析

高温气冷堆的燃料元件由包覆燃料颗粒弥散在石墨基体中组成。在反应堆运行过程中,辐照及各复杂的物理化学反应产生的应力会使包覆燃料颗粒发生破损,对包覆燃料颗粒进行应力分析是评价燃料元件和反应堆运行安全性能的主要内容之一。本文基于压力壳模式,主要考虑内压作用下的球形壳层应力及包覆燃料颗粒的非球形因素,用有限元法对应力进行了分析。