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。     

FCM燃料压水堆弥散可燃毒物中子学分析

为将全陶瓷微胶囊封装(FCM)燃料应用于小型压水堆,对FCM燃料组件开展了可燃毒物中子学设计与分析。通过寿期初引入负反应性、寿期内消耗速率和寿期末残留3个方面,对弥散在SiC基体中的弥散型可燃毒物Gd_2O_3、Er_2O_3、Sm_2O_3、Eu_2O_3、Dy_2O_3及HfO_2进行评价。FCM燃料中TRISO颗粒核芯直径达800μm,燃料颗粒自屏效应强烈,在RMC程序中引入随机介质计算功能,对FCM燃料进行随机几何建模,保证了反应性计算精度。分析表明:Er_2O_3可作为FCM燃料堆芯的候选可燃毒物,Gd_2O_3和Eu_2O_3需结合堆芯开展进一步研究,Sm_2O_3、Dy_2O_3及HfO_2的反应性惩罚过大,不适合作为FCM燃料可燃毒物。     

新型可燃毒物设计与现代堆芯燃料管理

阐述了现代压水堆堆芯燃料管理对可燃毒物的新要求，评价了几种新型可燃毒物的设计特点，讨论了以秦山一期为代表的我国压水堆核电厂应用新型可燃毒物改进堆芯燃料管理的途径。     

长寿期压水堆板状燃料组件可燃毒物选型研究

可燃毒物在长寿期压水堆中起着至关重要的作用,板状燃料组件在长寿期压水堆中具有较好的应用前景。本文开展长寿期压水堆板状燃料组件可燃毒物选型及中子学特性研究,对含不同可燃毒物的板状燃料组件进行输运-燃耗计算,筛选出中子学性能较好的可燃毒物。结果表明,采用富集同位素157Gd、167Er和B4C作为可燃毒物时,几乎无反应性惩罚;当采用PACS-J和231Pa作为可燃毒物时,因其自身特性,在寿期末不仅未造成反应性惩罚,且延长了组件寿期,提高了燃料利用率;PACS-J与慢燃耗可燃毒物组合,可获得更优的反应性曲线。由本文结果可知,板状燃料组件可以选用富集同位素157Gd、富集同位素167Er、B4C、231Pa和PACS-J作为可燃毒物,可燃毒物组合可以选用PACS-Er和PACS-Pa两种组合方案。     

百万千瓦级压水堆核电站长燃烧堆芯钆可燃毒物优化研究

对百万千瓦参考核电站长燃耗堆芯采用的可燃毒物含量与堆芯燃料管理主要结果进行分析研究。该研究采用先进的燃料管理程序系统,对不同可燃毒物含量和不同可燃毒物棒根数据的进行了计算,给出了组件无了增殖因子随燃耗的变化关系,据此对参考堆芯采用相同的装载进行了４种方案燃料管理计算。     

压水堆低泄漏换料堆芯可燃毒物的优化配置

提出了一种用于低泄漏换料设计中可燃毒物优化配置的新方法。该方法直接采用组件内可燃毒物棒根数作为控制变量，以循环初组件平均功率峰因子最小为目标函数，用可变容差法求解可燃毒物配置的非线性控制问题。并将编制的优化程序ＮＬＰＯＴ对秦山核电站第二循环低泄漏换料进行了计算，取得很好效果。     

含可燃毒物的压水堆堆芯装料优化

含可燃毒物的压水堆堆芯装料优化是燃料管理优化研究中的难点。应用通常的优化算法效率低、全局性差,特征统计算法更适合求解该优化问题。本研究克服了原特征统计算法装料优化将组件布置(LP)优化和新组件可燃毒物配置(BP)优化脱耦处理的缺陷,对LP和BP同时进行优化,结合堆芯分析程序CYCLE2D,成功地研制了压水堆LP和BP耦合优化程序CSALPBP。用该程序对大亚湾2号机组第10循环进行了堆芯装料优化计算。结果表明：CSALPBP程序具有很高的搜索效率和很好的全局性。     

几种新型可燃毒物的特性以及在我国的应用前景

阐述了现代压水堆可燃毒物的设计要求，评价了几种新型可燃毒物的主要特性，提出了在我国研制和应用新型可燃毒物的具体建议。     

弥散颗粒燃料及可燃毒物双重非均匀特性初步研究

弥散颗粒燃料及可燃毒物由于其固有安全性及自屏效应而被广泛关注,但其双重非均匀性为中子学计算带来挑战。为了研究弥散颗粒系统的双重非均匀性大小,评价体积均匀化方法的适用性,本文针对弥散不同类型、不同相体积、不同颗粒尺寸的颗粒以及不同富集度燃料基体的栅元系统进行了分析,评价栅元系统的颗粒模型与体积均匀化模型在零燃耗下的反应性偏差。分析结果显示,对于弥散燃料颗粒,体积均匀化方法的计算偏差随弥散颗粒尺寸的增加、燃料富集度的增加、以及弥散颗粒相体积的减小而增大;对于弥散可燃毒物颗粒,体积均匀化方法的计算偏差随弥散颗粒的颗粒尺寸的增加、基体燃料富集度的减小、弥散颗粒相体积的增加、以及弥散颗粒吸收截面的增大而增大。同时本文给出了弥散颗粒的双重非均匀性大小的大致顺序,针对双重非均匀性最小和最大的两种毒物颗粒也进行了详细分析,给出了是否需要考虑其双重非均匀性的大致判定条件,为弥散颗粒系统的数值计算提供指导。     

长寿期板状压水堆组件可燃毒物装载形式选型研究

板状压水堆在长寿期反应堆中具有较好的应用前景。针对长寿期板状压水堆的需要,对中子学性能较好的4种可燃毒物:157Gd₂O₃、167Er₂O₃、231Pa₂O₃和PACS-J开展可燃毒物装载形式选型研究,筛选出中子学性能较优的装载形式。研究结论为:针对不同可燃毒物采用不同装载形式,可以更好地满足长寿期板状压水堆的综合要求;对于中子学性能较优的可燃毒物,157Gd₂O₃和167Er₂O₃可采用可燃毒物与燃料均匀混合的装载形式;231Pa₂O₃可采用包壳中掺杂可燃毒物的装载形式;PACS-J可采用可燃毒物以颗粒形式与燃料混合的装载形式。      

超临界水冷堆可燃毒物设计与分析

在超临界水冷堆中,为了减少控制棒的使用,采用加入可燃毒物的方式控制初始剩余反应性。目前广泛采用的是稀土氧化物弥散在燃料中的整体型可燃毒物设计。通过对比4种常用的稀土氧化物,选择Er₂O₃作为可燃毒物材料。分析了不同可燃毒物布置方案对组件性能的影响,在不同可燃毒物含量下对组件安全性进行了评价。分析了可燃毒物对堆芯性能的影响,发现加入可燃毒物有利于降低堆芯径向功率峰,但会增大轴向功率峰并使其往堆芯顶部偏移。通过对该现象的分析,提出了降低堆芯底部温度和增大轴向富集度梯度的改进措施。计算结果表明,优化后的堆芯轴向功率峰明显降低,从而降低了最大包壳温度。     

球床高温气冷堆使用可燃毒物的方案探讨

为改善球床高温气冷堆在特定情况下功率分布的形状和峰值,可在燃料球内添加可燃毒物。本文分析两种可燃毒物的添加方式,燃料球石墨基体均匀添加可燃毒物和燃料球内添加可燃毒物颗粒。由于¹⁰B的强吸收性能,均匀添加可燃毒物的消耗速度过快,不易控制,而通过添加不同尺寸的可燃毒物颗粒可优化燃耗速度,有效改善堆芯功率分布的形状和峰值。     

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。     

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。     

IFBA/WABA可燃毒物元件的燃耗特性分析

针对AP1000反应堆采用的燃料元件表面涂硼毒物(IFBA)和湿式环状可燃毒物棒(WABA),分别采用蒙卡程序MCNP5和组件均匀化计算程序CASMO构建含可燃毒物的燃料组件计算模型,基于MCNP5分析了可燃毒物棒布置方式及数目对组件初始k_(inf)、局部功率分布的影响;基于CASMO分析了不同类型可燃毒物组件的燃耗特性。结果表明:在燃料表面涂硼作为可燃毒物具有良好的燃耗跟踪特性,燃耗寿期内k_(inf)变化较小且几乎没有残留;同时将含IFBA毒物燃料元件交叉布置可获得较小的组件初始k_(inf)值,并能更好地展平组件局部功率分布,但随IFBA涂层变厚,组件k_(inf)的变化率逐渐变小,但温度系数绝对值呈上升趋势。     

MCNP程序在反应堆可燃毒物控制棒计算中的应用

以秦山核电厂一期工程反应堆为例,运用基于蒙特卡罗方法的MCNP程序建立了模拟计算模型,构建出反应堆压力容器内堆芯组件成分及排布,利用MCNP程序中的KCODE卡计算了反应堆中可燃毒物棒数量和位置的变化对有效增值系数Keff值的影响。结果表明,在不考虑控制棒和化学补偿控制对反应堆Keff值影响的情况下,随着可燃毒物棒数量的增多,Keff值呈线性下降的趋势,当毒物棒的布局由密到疏时,Keff值由大变小,这与理论结果一致。     

海洋条件下反应堆热工水力参数的子通道计算

针对海洋条件下反应堆的子通道热工水力分析,建立了海洋运动附加力模型和瞬态入口边界,将起伏、摇摆及复合运动的附加力关系式用于子通道模型的轴向和横向动量方程,并应用到COBRAⅢC程序将其改造为适应海洋条件的反应堆子通道分析程序。作为验证,计算了加热实验通道和"奥陆"堆在起伏运动情况下热通道的临界热流密度比(CHFR)、出口空泡份额和冷却剂流量,并与文献结果对比。还详细计算了"奥陆"堆在起伏、不同摇摆中心和复合运动情况下,热通道的CHFR和不同位置子通道出口的热工水力参数。研究表明:海洋条件下反应堆的子通道热工水力参数随运动呈周期性变化;起伏运动对子通道的压降影响较大,摇摆运动对子通道冷却剂的流量和温度影响较大。