基于MOX燃料组件的177混合堆芯装料方案数值研究

通过计算华龙一号（HPR1000）压水堆平均卸料燃耗得到乏燃料中钚（Pu）同位素的含量,以此成分比例来设计铀钚混合氧化物（MOX）燃料。采用离散型燃料组件设计,通过不同Pu含量的MOX燃料棒离散型布置来降低与UO₂燃料组件间的功率梯度。采用程序MCNP和COSLATC模拟堆芯功率分布和热中子注量率分布,采用分区分层的低泄漏装料方案,降低不同燃料组件间的功率梯度,展平堆芯的功率分布。在不考虑可燃毒物的前提下,利用3种Pu含量的MOX组件将混合堆芯的功率峰因子控制在1.77左右,明显优于原堆芯的功率峰因子,为国产三代压水堆引入MOX燃料提供了具有参考价值的装料方案。      

百万千瓦级环形MOX燃料堆芯设计

对环形UO2燃料及环形MOX燃料组件参数的计算方法进行了研究。设计了包含193盒环形UO2和MOX燃料组件的混合型长周期(18个月)堆芯方案。对设计的堆芯的重要物理参数进行了分析,并对各循环进行了燃耗计算。结果表明,装载约30%MOX组件的堆芯可在百万千瓦功率下实现长周期换料。堆芯从初装载可安全过渡到平衡循环,各循环的重要物理参数均满足设计要求,说明设计的堆芯及燃料管理方案是安全可行的。     

混合氧化物燃料（MOX）

MOX是通过“燃烧”反应堆乏燃料中存留的钚以提供能源和发电的一种途径。 MOX提供了当前使用的新燃料的 2 0 % ,并且这一比例仍在不断上升。 MOX还提供了一种燃烧武器级钚以生产电力的方法。在每一座反应堆内 ,都有诸如 2 3 5U等同位素的裂变 ,和由于主要是 2 3 8U俘获中子而形成新的较重的同位素。反应堆内绝大部分燃料物质是 2 3 8U。它能形成 2 3 9Pu,并通过连续的中子俘获形成 2 4 0 Pu、2 4 1Pu和 2 4 2Pu,以及其它的超铀或锕系同位素。 (2 3 5U通过类似过程还形成了非常少量的2 3 6Pu和 2 3 8Pu。通常 ,随着燃料约每 3年改变…     

大型压水堆装载50% MOX燃料方案初步研究

在保持堆内构件设计、燃料组件机械设计以及控制棒设计和布置不变的前提下,对大型压水堆应用MOX燃料进行初步研究。在遵守与UO_2堆芯相同的核设计准则的基础上,开展装载50%MOX燃料的堆芯燃料管理方案研究及核特性分析。分析结果表明,堆芯主要物理参数满足设计准则要求,能够实现堆芯运行和控制相关要求,具备装载50%MOX燃料的能力。混合堆芯的有效缓发中子份额比UO_2堆芯有所减小,其对弹棒事故的影响应予以重点关注。     

MOX燃料的成本

【英国《国际核工程》2001年9月刊报道】 英国核燃料公司(BNFL)塞拉菲尔德MOX工厂(SMP)的独立经济性评估表明,该设施将产生净经济效益。 1999年,英国政府临时宣布,SMP实施全规模运营是合理的,但仍需就其经济性进行考查和磋商。1999年6月就有关内容进行了磋商。但是在1999年8月,BNFL确认有关MOX示范设施(MDF)生产的MOX燃料的质量控制数据被人为篡改了(见本刊2000年第2期第24页)。由于这次事件,英国政府决定对SMP的全规模运营进行进一步考查。 英国环境、粮食和农业事务部(DEFRA)要求顾问组ADL在做出是否批准SMP运营的决定前…     

MOX燃料组件装入现役M310堆芯对堆芯核设计的影响研究

国际上的MOX燃料技术目前已较为成熟,且已有在压水堆中运行的工程经验。本文对MOX燃料组件的中子学性能进行了分析,对其在我国现役M310堆芯应用的可行性进行了研究,得到了M310堆芯由全部使用UO2燃料组件向使用30%的MOX燃料组件过渡的堆芯燃料管理方案,并对使用MOX燃料组件的堆芯的部分中子学参数进行了初步分析。结果表明:使用30%的MOX燃料组件的堆芯可达到与全UO2堆芯相当的循环长度;堆芯反应性控制能力可满足要求;慢化剂温度系数、Doppler温度系数、Doppler功率系数、氙和钐的动态特性均趋向使堆芯运行更加安全和稳定。本文的研究结果可为MOX燃料在M310堆芯中应用的进一步研究提供参考。     

超临界水冷堆MOX燃料特性分析

针对超临界水冷堆组件,采用不同Pu含量的MOX燃料进行组件计算,得到不同燃料条件下的燃耗深度、功率分布因子、慢化剂温度反应性系数等结果,并对比分析在超临界水冷堆中应用MOX燃料与应用UO2燃料对组件性能的影响,以及不同Pu含量MOX燃料间的性能区别。分析结果表明,在超临界水冷堆设计中,应用MOX燃料与应用UO2燃料有相似的功率分布,应用MOX燃料可以增加燃耗深度,并有良好的慢化剂温度反应性系数。经过合理设计的MOX燃料可较好应用于超临界水冷堆中,且产生更好的性能。     

MOX燃料堆芯热工特性及设计限值研究

使用MOX燃料的快堆核电站以其线功率高、燃耗高、堆芯出口温度高等特点,对堆芯热工设计提出了新的问题.本文在对MOX燃料热工性能分析的基础上,给出了主要的热工设计限值,并以电功率870 MW电站为参考,初步分析了其堆芯热工特性和设计裕量.结果表明对于MOX燃料,较高的堆芯热工参数合理可行,且具有足够的裕量.     

AP1000燃料组件设计特性

AP1000型燃料组件是西屋公司在40多年的燃料组件没小重行经验的基础上,改进开发的用于AP1000反应堆的高性能燃料组件。本文介绍了西屋压水堆燃料组件的设计发展,重点描述了AP1000型燃料组件的设计特点。     

混合氧化物燃料应用前景及核燃料循环战略

本文叙述了不同国家在不同核电发展条件下的核燃料循环战略初步考虑,并着重叙述了在快堆商业化进程推迟后所发展的混合氧化物(MOX)燃料的设计、制造技术及定量经济分析的基本情况,并建议我国近期应主要采用中间贮存并配以建造后处理中间试验工厂,为今后的商业后处理厂做好技术准备,同时还要跟踪 MOX 燃料技术。     

MOX燃料在CANDU重水堆中应用可行性的研究

针对CANFLEX组件装载MOX燃料在CANDU重水堆中的应用进行了时均和瞬态验证计算。计算结果表明,最大通道功率和最大棒束功率均未超过限值。勿需对堆芯结构和运行模式做重大改变即可完成从天然铀堆芯向MOX堆芯的过渡。提出了应用MOX燃料的PWR／CANDU联合燃料循环策略。估算表明,秦山三期CANDU堆采用先进PWR／CANDU联合燃料循环,将使燃耗提高到13900MW·d／t(U);相对于PWR和CANDU堆各自独立的燃料循环,每年节省天然铀资源180t,减少乏燃料处置量约128t。     

球床式高温气冷堆MOX燃料循环优化

与压水堆相比,球床式高温气冷堆能在堆芯结构不做明显改变的情况下采用全堆芯装载混合氧化物（MOX）燃料元件。基于250 MW球床模块式高温气冷堆堆芯结构,设计了4种球床式高温气冷堆下MOX燃料循环方式,包括铀钚混合的燃料球和独立的钚球与铀球混合装载的等效方式,采用高温气冷堆设计程序VSOP进行分析,比较了初装堆的有效增殖因数、燃料元件在堆芯内滞留时间、卸料燃耗、温度系数等主要物理特性。结果表明：采用纯铀和纯钚两种分离燃料球且铀燃料球循环时间更长的方案,平均卸料燃耗较高,总体性能较其他循环方式优越。     

Effect of Pu-Rich Agglomerate in MOX Fuel on a Lattice Calculation

The effect of Pu-rich agglomerates in U-Pu mixed oxide (MOX) fuel on a lattice calculation has been demonstrated. The Pu-rich agglomerate parameters are defined based on the measurement data of MIMAS-MOX and the focus is on the highly enriched MOX fuel in accordance with increased burnup resulting in a higher volume fraction of the Pu-rich agglomerates. The lattice calculations with a heterogeneous fuel model and a homogeneous fuel model are performed simulating the PWR 17 × 17 fuel assembly. The heterogeneous model individually treats the Pu-rich agglomerate and U-Pu matrix, whereas the homogeneous model homogenizes the compositions within the fuel pellet. A continuous-energy Monte Carlo burnup code, MVP-BURN, is used for burnup calculations up to 70 GWd/t. A statistical geometry model is applied in modeling a large number of Pu-rich agglomerates assuming that they are distributed randomly within the MOX fuel pellet. The calculated nuclear characteristics include k-inf, Pu isotopic compositions, power density and burnup of the Pu-rich agglomerates, as well as the pellet-averaged Pu compositions as a function of burnup. It is shown that the effect of Pu-rich agglomerates on the lattice calculation is negligibly small.     

Analysis of MOX Fuel Behavior in Halden Reactor by FEMAXI-6 Code

Capabilities of the FEMAXI-6 code to analyze the behavior of high burnup MOX fuels in LWRs have been evaluated. Coolant conditions, detailed power histories and specifications of the MIMAS-MOX fuel rods, rod 10 and rod 11, of IFA-597.4–7 irradiated in the Halden reactor were input, and calculated rod internal pressures and pellet center temperatures were compared with the measured data for the range of 0-31 MWd/kgUO₂. Some sensitivity studies were conducted mainly with respect to pellet thermal conductivity and swelling rate to investigate the changes in thermal behavior and their effects on fission gas release.

In the irradiation period up to about 23 MWd/kgUO₂, the calculated pellet center temperatures sufficiently agreed with the measured data and also the calculated rod internal pressures reproduced the tendency of an increase in the measured rod internal pressures. These results suggest that fission gas release from MOX fuels can be reasonably predicted by a diffusion process that is modeled in UO₂ pellet grains. On the other hand, the steep increase in the measured rod internal pressures observed at the power ramp around 23 MWd/kgUO₂ cannot be reproduced by FEMAXI-6 and can be regarded as the result of a relatively large amount of gas release, which possibly caused a pellet-cladding-gap closure through pellet gas-bubble swelling.     

Analysis of Measured Isotopic Compositions of High-Burnup BWR MOX Fuel

Analysis of measured isotopic compositions of four high-burnup BWR MOX fuel samples was performed by using a general-purpose neutronic calculation code SRAC and a continuous-energy Monte Carlo burnup code MVP-BURN. The initial Pu fissile content of the samples was 5.52 wt%, and the burnups ranged from 50 to 80 GWd/t. It is confirmed that a geometrical model including the effect of UO₂ assemblies adjacent to the MOX assembly is necessary in the burnup calculations to obtain accurate calculated isotopic compositions. The calculated results of MVP-BURN with JENDL-3.3 taking such effect into account show more accurate results for major actinides (U, Pu, and Am isotopes) and most fission products than those of infinite assembly calculations. The paper also shows the results calculated using SRAC with JENDL-3.3, ENDF/B-VII, and JEFF-3.1.     

MOX燃料在轻水堆核电站中的应用

目前MOX燃料已成为一种可用于轻水堆核电站成熟的核燃料。简要介绍了国外该领域的发展状况以及MOX燃料对反应堆性能的主要影响和应对措施。探讨了MOX燃料在国内压水堆核电站中的应用问题。