压水堆核电站一回路活化腐蚀产物源项控制措施探讨

材料替代和一回路水化学控制是降低活化腐蚀产物源项的主要措施。本文介绍M310、AP1000和EPR三种压水堆核电站一回路水化学优化情况,比较三种压水堆一回路活化腐蚀产物源项,分析探讨水化学优化对源项降低的影响,最后对国内压水堆核电站一回路水化学优化提出建议。     

秦山第二核电厂混合堆芯水化学控制技术探讨

根据秦山第二核电厂混合堆芯的特点,对其一回路水化学优化控制方法进行了研究,提出采用4段的硼-锂(B-Li)协调方案控制最高锂浓度,以降低反应堆结构材料的腐蚀风险.对不同燃料循环腐蚀活化产物进行跟踪分析,结果表明:在混合堆芯运行期问,采用优化的B-Li协调水化学控制对抑制一回路结构材料腐蚀和降低一回路辐射场是有效的.     

B-Li水化学对核电金属材料腐蚀的影响

本文阐述了压水堆核电站一回路B-Li水化学工况控制的发展趋势,及其对腐蚀产物、降低剂量率的作用;概括了B浓度、Li浓度及pH值对镍基合金、不锈钢、锆合金的PWSCC敏感性、裂纹扩展速率、腐蚀产物释放速率等性能的影响;分析了核电站应用富集硼酸的积极作用。一回路水化学控制在较高pH有利于减少核电站金属材料的腐蚀,提高核电站的安全与可靠性。     

B-Li水化学对核电站金属材料腐蚀的影响

本文阐述了压水堆核电站一回路B-Li水化学工况控制的发展趋势,及其对腐蚀产物、降低剂量率的作用;概括了B浓度、Li浓度及pH值对镍基合金、不锈钢、锆合金的PWSCC敏感性、裂纹扩展速率、腐蚀产物释放速率等性能的影响;分析了核电站应用富集硼酸的积极作用。一回路水化学控制在较高pH有利于减少核电站金属材料的腐蚀,提高核电站的安全与可靠性。     

华龙一号活化腐蚀产物沉积源项评估

根据国内外核电厂主管道上沉积源项的运行经验数据,分析了两种主要核素Co-58和Co-60的沉积活度随电厂运行时间的变化趋势。在此基础上,采用一回路活化腐蚀产物源项计算软件预估了华龙一号的活化腐蚀产物沉积源项。在参考国内广泛运行的M310机型设计源项确定方法的基础上,分析给出了华龙一号活化腐蚀产物沉积源项的设计源项和现实源项,并与国内二代核电机组和国际三代核电机组进行对比,结果显示三者均处于同一量级水平,华龙一号与国际三代核电机组相差不大,且优于国内二代核电机组。分析结果显示本文预估的沉积源项具有一定的可靠性,华龙一号核电机组在活化腐蚀产物源项控制方面具有一定的先进性。     

初始腐蚀产物对水冷聚变堆源项影响的研究

水冷聚变反应堆在首次临界之前,会经历一段时间的热工水力和水化学参数的调试,称为预运行阶段。在此期间,冷却回路的金属材料与高温高压且非中性的冷却剂接触过程中,会被氧化而产生初始的腐蚀产物。这些腐蚀产物会沉积在回路内表面,在反应堆物理启动后被中子活化形成活化腐蚀产物(简称ACPs),进而影响反应堆正式运行期间的放射性源项。本文首先依托ACPs源项分析程序CATE和ITER包层冷却回路例题,对初始腐蚀产物的影响进行了定量分析,结果表明:初始腐蚀产物含量越多,反应堆运行相同时间后产生的ACPs比活度越大;与非辐照区的初始腐蚀产物相比,辐照区的初始腐蚀产物对ACPs影响更大。随后,基于经典的浓度差驱动模型,推导了ACPs比活度与初始腐蚀产物的解析关系式,揭露了不同区域初始腐蚀产物对ACPs的影响机理,得到以下定性分析结论:辐照区与非辐照区的初始腐蚀产物对ACPs比活度有一定影响,但影响程度不同,验证了数值解的结论。     

某三代压水堆机组停堆水化学控制工艺改进与应用

有效降低压水堆机组反应堆冷却剂系统（RCP）材料腐蚀速率的同时有效去除活化腐蚀产物,可降低堆芯外辐射场、减少工作人员受照剂量,从而确保核电机组大修工作的顺利展开。某三代PWR机组采用富集硼酸（EBA）进行反应性控制的同时,利用其在功率运行期间对RCP系统冷却剂实施水化学控制的显著优势,同时在机组首次大修期间对停堆水化学控制工艺采取的改进措施（包括碱性环境向酸性环境转换、还原环境向氧化环境转换、强制氧化期间多次向一回路添加双氧水维持氧化性、化学和容积系统混床最大流量净化等）,在机组停堆下行阶段实现了降低机组辐射剂量并减少工作人员受照剂量的目的。      

聚变堆水冷回路中多物相活化腐蚀产物计算分析

聚变堆水冷回路中结构材料与冷却剂接触后产生的腐蚀产物随冷却剂流经堆芯辐照区时,极易被中子活化,活化后的腐蚀产物形成一个辐射场,在反应堆维护及检修过程中会对工作人员产生较大的职业照射剂量。在活化腐蚀产物源项分析程序CATE V2.1的基础上,对计算模型进行改进,开发出基于四物相三节点模型的活化腐蚀产物源项分析程序CATE V3.0,全面考虑了活化腐蚀产物的多种物质形态(氧化层、沉积层、离子、颗粒)在水冷回路中的主要行为,从而可以更加准确地评估活化腐蚀产物导致的迁移源项。使用活化腐蚀产物源项程序CATE V3.0对国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)的偏滤器水冷回路进行建模仿真,计算得到了活化腐蚀产物的成分和放射性活度在偏滤器水冷回路中的分布以及随时间的变化规律,并将CATE V3.0模拟得到的放射性活度通过点核积分程序计算出反应堆正常运行1.2 a的剂量率。结果表明:辐照区的放射性活度主要来自氧化层,非辐照区的放射性活度主要来自沉积层;在反应堆运行期间,放射性活度主要来自短寿命核素64Cu和60Com,但剂量率主要来自长寿命核素58Co和60Co;停堆后,短寿命核素会迅速衰变消失,长寿命核素成为水冷回路中的放射性活度和剂量率主要贡献者。     

水冷聚变堆主回路活化产物源项计算分析

水冷聚变堆中结构材料活化腐蚀产物和冷却剂活化产物是正常运行工况下的最主要放射性来源,也是反应堆运行及维护过程中工作人员辐照剂量的直接来源。本文使用CATE V2.1程序对国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)LIM-OBB(Limiter-Out-Board Baffle)冷却回路的活化腐蚀产物和水活化产物进行模拟计算,并根据CATE模拟得到的放射性活度通过点核积分程序分别计算正常运行1.2 a及停堆15 d的剂量率。计算结果表明,反应堆运行期间冷却剂活化产物比活度和剂量率远大于结构材料活化腐蚀产物,而停堆后冷却剂活化产物迅速衰变完,结构材料的活化腐蚀产物成为比活度和剂量率的主要来源。     

典型压水堆运行工况下活化腐蚀产物及剂量率计算分析

压水堆很大一部分的职业照射剂量来自于非辐照区管壁与冷却剂接触时沉积的活化腐蚀产物。为计算典型核电厂主回路中活化腐蚀产物产生的辐射场,本文建立基于浓度差驱动原理的活化腐蚀产物迁移模型模拟了典型核电厂运行3 165天由主回路结构材料产生的活化腐蚀产物,并计算其对职业照射的贡献。计算结果表明反应堆运行期间短寿命核素60Com是放射性活度的主要贡献者,但58Co、60Co等长寿命核素却是剂量率的主要来源。而停堆后,短寿命核素迅速衰变消失,长寿命核素成为放射性活度及剂量率的主要来源。     

水冷聚变堆活化腐蚀产物源项分析程序开发

对于采用水冷方式的聚变堆,主要的放射性源项是水冷回路中的活化腐蚀产物,它会对反应堆的屏蔽设计、人员防护以及事故后果产生重要影响。本文为水冷聚变堆开发活化腐蚀产物源项分析程序CATE,该程序基于两项均匀模型构建浓度平衡方程组,全面考虑了活化腐蚀产物在水冷回路中的主要行为,包括腐蚀、释放、溶解、沉积、活化、衰变、净化等,并采用Runge-Kutta方法对浓度平衡方程组进行数值求解。使用CATE程序对国际热核聚变实验堆(ITER)的偏滤器冷却回路进行建模仿真,计算得到了活化腐蚀产物的成分和放射性活度在冷却剂中和管壁上的分布以及随时间的变化规律。与国际上同类程序PACTITER和TRACT相比,CATE程序的计算结果无论是在数值上还是趋势上都是合理的,可为ITER和CFETR(中国聚变工程实验堆)等的技术评审提供源项数据支持,在增加相应数据库后,还可应用于液态金属冷却反应堆的源项分析。     

停堆氧化运行中主回路活化腐蚀产物的迁移与控制

核电站主回路中腐蚀产物的氧化净化是核电站大修的源项控制中最重要的一环.本文综合分析氧化净化过程中pH值、H2O2和溶解氢浓度对主回路活化腐蚀产物迁移的影响,结合大亚湾核电站的实践经验,提出了低pH值、低H2和集中引入适量氧的控制手段.     

反冲释放对反应堆活化腐蚀产物源项的影响研究

中子与靶核碰撞时引起的靶核反冲释放，对于反应堆活化腐蚀产物源项分析有非常重要的影响。对于使用水冷方式的反应堆，在辐照区反冲释放可使活化腐蚀产物离开壁面进入到冷却剂中，并随冷却剂迁移到非辐照区，使非辐照区的设备也带有放射性。本文研究了反冲释放在反应堆内的作用方式，建立了反冲释放的计算模型和程序模块，并集成到活化腐蚀产物源项分析程序CATE中，利用改进后的CATE程序，计算分析了堆芯与蒸汽发生器中主要的活化腐蚀产物核素⁵⁸Co与⁶⁰Co在考虑反冲释放前后的数值，明确了反冲释放效应的影响程度。计算结果表明：考虑反冲释放前后堆芯处⁵⁸Co与⁶⁰Co活度的比值有所下降，而在蒸汽发生器中的比值则有所上升；反冲释放的总作用概率与腐蚀产物层厚度相关，会随着反应堆的运行而逐渐降低，反应堆运行初期作用概率的数量级在10^-1，对活化腐蚀产物的迁移有显著影响，100 d后作用概率的数量级下降到10^-3，对活化腐蚀产物源项的影响较小。     

基于偏离效应核素筛选方法的水冷聚变堆源项计算

活化腐蚀产物是水冷聚变堆正常运行过程中主要的放射性源项，一般采用解析方法求解，但解析方法无法在满足精度要求的同时提高计算效率。本文提出一种基于定量化偏离效应分析的核素筛选方法，以放射性活度和剂量率2个参数定义偏离效应指标，通过分析偏离效应指标，筛选出满足接收准则的核素，以确定计算所需要的目标核素，这种分析方法既能满足精度需求，又能提高计算效率。将该核素筛选方法应用于国际热核聚变实验堆（ITER） 限制器-外包层水冷回路 （LIM-OBB）的活化腐蚀产物源项分析，并与此问题下的高精度基准解进行对比。结果表明，57Co、58Co、55Fe、51Cr等主要活化腐蚀产物核素的比活度计算结果相对于基准解的偏差均控制在1.5%以内；应用核素筛选方法后的计算效率相对于基准解的计算效率提高了279倍。      

减少反应堆内活化腐蚀产物进入保存水池的方案研究

为了解决减少反应堆压力容器内活化腐蚀产物进入保存水池的问题,本文给出了活化腐蚀产物移除和收集的基本研究思路。打开压力容器端盖前,借助高速水流使活化腐蚀产物松动,并采用机械过滤的方式去除部分腐蚀产物,随后将取出的堆内构件放入内置活化产物去除装置的过渡水池,待出水悬浮物指标达到预设数值后,将堆内构件转移至堆内构件暂存保存水池中。该研究方案基于工程需求,已成功应用于反应堆退役工作中。     

秦山三期重水堆核电站二回路水化学优化

本文简要分析了秦山三期重水堆核电站蒸发器传热管可能发生的与二回路水化学相关的腐蚀类型和影响因素,介绍了电站为降低蒸发器的结垢和腐蚀进行的水化学优化工作,以期从中总结出一些电站化学控制经验和吗啉应用经验,为将来二回路的水化学优化提供指导,同时也为其他核电站二回路碱化剂的选择、水化学规范的制定提供参考.     

CPR1000停堆开盖一回路冷却剂中58Co放射性浓度分析

沉积于一回路系统设备内壁的活化腐蚀产物是压水堆核电厂停堆工况下的主要放射性来源.文中选择CPR1000停堆换料期间放射性浓度较高的活化腐蚀产物58Co作为研究对象,分析该核素在停堆开盖过程中放射性浓度变化的影响因素,并建立相应的放射性浓度计算模型.计算结果表明,一回路净化流量和附着于设备内壁的58Co释放率是影响停堆期间一回路冷却剂58Co放射性浓度变化的主要因素,同时从理论上得出了CPR1000机组停堆净化工序能够使得一回路冷却剂内58Co放射性浓度降至相关停堆放化控制限值内的结论.     

核电厂大修期间一回路冷却剂中放射性指标监测与控制

核电厂大修期间,从机组降功率至卸料结束,由于一回路冷却剂温度和压力不断降低、pH和氧化还原环境的改变,冷却剂中裂变产物和活化腐蚀产物比活度会发生系列变化。结合海南核电三次大修经验,阐述了降功率期间存在小缺陷燃料元件的氙和碘释放规律、一回路冷却剂中活化腐蚀产物的释放与净化过程、稳压器开人孔阶段一回路冷却剂放射性指标反弹现象及原因分析、卸料结束后乏池放射性指标反弹现象及原因分析,为后续机组大修期间一回路冷却剂放射性指标监督与控制提供借鉴。     

CORA程序介绍和在腐蚀产物控制措施上的应用

为了便于国内核电厂进行较为深入的腐蚀产物产生、分布和控制措施等研究,对腐蚀产物的产生和物理特性、CORA程序的原理及使用范围、国际上采用CORA程序对核电厂腐蚀产物控制措施的情况、辐射场监测和集体剂量分析等方面的经验进行了研究,并采用CORA程序对AP1000核电厂主要的腐蚀产物控制措施进行了分析。通过研究得出如下的结论和建议:CORA程序适用于当核电厂设计条件发生变化时,对电厂中腐蚀产物的影响进行评估;国外广泛采用CORA程序应用于核电厂辐射场测量和腐蚀产物控制措施研究中;CORA程序计算可说明AP1000核电厂中采用的主要控制腐蚀产物的措施,如控制蒸汽发生器传热管钴含量、提高向反应堆冷却剂中注入的Li OH浓度等措施对于控制腐蚀产物是有效的;建议国内核电厂广泛应用CORA程序以研究电厂中辐射场的变化及腐蚀产物的控制措施。     

VVER机组大修辐射源项控制体系研究和实践

基于VVER机组停机过程中辐射源项的释放和迁移原理，本文结合系统的设计功能建立了一套覆盖机组状态的大修全过程辐射源项控制方法，提出了一套覆盖机组状态的大修全过程辐射源项控制体系。该体系经某VVER核电机组验证，通过一回路pH和溶氢等水化学控制措施，可以降低设备的腐蚀速率和腐蚀产物被活化的几率。使用一回路冷却剂净化系统（KBE）、冷却剂贮存系统（KBB）树脂床对一回路介质可以实现对放射性核素的有效净化，其中一回路贮存水箱的净化效率可以达到90%以上；系统介质或者外接冲洗设备对高剂量率系统设备进行冲洗、净化，净化效率可以达到50%以上。结合VVER机组辐射源项控制经验和最新的源项控制技术，提出了后续VVER机组辐射源项控制的优化和研究方向。