快堆控制棒组件非均匀效应修正方法研究

控制棒组件是快堆控制系统和安全保护系统的重要组成部分,快堆控制棒价值的准确求解至关重要。基于PASC?5程序的快堆少群均匀化群常数计算中使用直接体积均匀化方式,这会导致控制棒价值严重高估,必须对控制棒组件的非均匀效应进行修正。基于群常数修正的思路,本论研究了体积?通量权重、反应率之比守恒和反应性守恒3种方法在快堆控制棒组件非均匀效应修正中的应用;基于二维特征线程序开发了群常数修正因子计算程序FRHP。通过中国实验快堆算例进行测试验证,修正后的控制棒价值计算结果与MCNP计算的参考结果符合较好,表明3种方法均能对控制棒组件的非均匀效应实现有效修正,其中反应性守恒方法修正效果最好。     

临界外推中对控制棒价值非线性的修正

研究堆在物理启动时一般通过棒位外推法得出临界棒位,从而逐步达到临界。但由于控制棒积分价值的非线性,使得这一外推过程不安全或过于偏保守,特别是当临界棒位处于非线性区时。根据点堆模型可导出计数率倒数与Δk_eff成正比,若根据积分价值曲线将棒位对应为Δk_eff,则可修正控制棒价值非线性的影响。通过研究堆的临界外推数据验证了这一方法的准确性。     

基于连续能量蒙特卡罗方法的均匀化群常数计算

两步法反应堆物理计算流程中,组件均匀化群常数显著影响堆芯计算精度。相比确定论方法,连续能量蒙特卡罗方法均匀化精确描述各种几何构型栅格,避免繁琐共振自屏计算,保留更多连续能量信息,不仅产生的群常数更精确,而且普适性也更强。作为实现连续能量蒙特卡罗组件均匀化的第一步,本文应用径迹长度方法统计计算一般群截面和群常数,提出并使用散射事件方法获得不能直接应用确定论方法计算群间散射截面和高阶勒让德系数,应用P1截面计算扩散系数。为还原两步法计算流程中组件在堆芯的临界状态,本文应用BN理论对均匀化群常数进行泄漏修正。在4种类型组件和简化压水堆堆芯上数值验证蒙特卡罗均匀化群常数。验证结果表明:连续能量蒙特卡罗方法组件均匀化群常数具有良好几何适应性,显著提高堆芯计算精度。     

粗网节块法中控制棒尖端效应研究

如何处理控制棒部分插入节块情况、避免出现控制棒尖端效应是采用粗网方法计算控制棒微分价值时的一个重要问题。本文在相关研究工作的基础上,研究了该问题的一种处理方法。该方法通过对插棒组件进行附加的一维轴向细网计算来产生部分插棒节块的等效均匀化截面,并对部分插棒节块应用轴向不连续因子,数值验证结果表明,该方法即使在不进行三维-一维耦合迭代计算的情况下,仍然可以有效地消减控制棒尖端效应。     

可显式处理燃料组件轴向非均匀性的粗网节块方法

针对传统节块方法无法妥善处理节块内由于燃料组件定位格架或部分插入的控制棒而引入的非均匀性这一弱点,提出2种可显式处理这类非均匀性的方法。以国际原子能机构(IAEA)公布的三维基准问题及实际电厂反应堆问题为例对这2种方法进行计算验证,计算验证表明,本文建议的方法可以实现在粗网节块法的框架内直接显式处理燃料组件的轴向非均匀性。     

超临界二氧化碳环境中600合金和304不锈钢的均匀腐蚀行为研究

为遴选可用于超临界二氧化碳核反应堆的结构材料,通过实验研究了应用于传统核反应堆中的两种合金（600合金和304不锈钢）在650℃、20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为,运用增重法评价了材料的腐蚀动力学规律,采用扫描电镜、能谱仪和Ｘ射线衍射仪分析了氧化膜形貌、结构和化学成分。结果表明,两种材料的腐蚀增重均服从抛物线生长规律,其中600合金的耐腐蚀性能优于304不锈钢;腐蚀500 h后,600合金表面氧化物厚度约为5 μm,主要成分为NiCr₂O₄,结构致密,具有保护性,其氧化膜及基体中均未发现明显渗碳行为;腐蚀500 h后,304不锈钢表面氧化膜可达约45 μm,为双层结构,外层为Fe₃O₄,内层为NiFeCrO₄,结构疏松,发生显著渗碳现象。本研究揭示了上述材料在超临界二氧化碳中的腐蚀机理,为超临界二氧化碳核反应堆结构材料的选择提供了数据支持。      

基于快速非均匀平面波算法和混合粒子群算法的目标外形反演

提出了一种能同时重构多个导体目标外形的新方法一混合粒子群算法,利用快速非均匀平面波算法加速求解电磁散射问题,以测量的散射场和计算散射场偏差作为目标函数,将待优化变量设置为目标的截面轮廓近似多边形的矢径参数,通过混合粒子群算法对待优化变量进行优化,使目标函数达到最小值来对自由空间中的散射体进行电磁成像.仿真结果表明:混合粒子群算法简单、通用,比多向粒子群算法具有更好的收敛性能和成像精度,具有较强的抗随机噪声干扰能力.     

考虑燃料组件内燃耗非均匀效应的最优化换料程序的研究

本文研究了燃料组件内燃耗非均匀性对堆芯内燃料最佳化布置的影响,提出了堆芯换料时所应遵循的某些新规则。介绍了由作者编制的自动换料计算机程序。     

基于子群方法的双重非均匀性共振计算方法研究

为计算双重非均匀性条件下的共振截面,提出了耦合Sanchez Pomraning方法的改进的子群方法(ISSP)。ISSP采用精细化共振能群结构来规避共振干涉处理,通过求解双重非均匀性条件下的子群固定源方程和慢化方程得到颗粒和基体等各材料的有效共振截面,最后进行双重非均匀性条件下的输运计算。数值结果表明,与连续能量蒙特卡罗程序及超细群计算结果相比,ISSP可精确高效地计算双重非均匀性条件下的共振截面。     

基于非均匀射线追踪的栅元模块化特征线方法研究

宏带方法是一种基于非均匀射线追踪的特征线方法。当系统几何结构复杂、不连续边界较多时,由该方法产生的特征线密度过大,计算量也急剧增加。为了克服该问题,提出了一种基于栅元模块化的非均匀射线追踪方法,以减小系统中宏带及特征线的总长度,进而减小计算量。对于栅元耦合边界处特征线的错位问题,引入了边界离散方法,避免了复杂的边界角通量插值计算。数值结果表明,基于非均匀射线追踪的栅元模块化特征线方法的计算效率和计算精度较高,能满足压水堆常见栅格中子输运计算的需求。     

固定棒位法测量控制棒总价值

控制棒价值测量的准确度与效率对核电厂的安全性与经济性具有重要影响。在动态刻棒等反应性测量工作中,本底与中子源对探测器有显著影响,致使根据实测电流计算得到的反应性显著偏离真实值。基于点堆逆动态方程,通过对本底与中子源影响的分析,利用固定棒位状态下的测量数据计算反应性并得到控制棒总价值,给出了一种不受本底与中子源影响的简便的控制棒总价值测量计算方法,并在零功率实验装置上进行验证。结果表明,该方法可有效避免本底和中子源组件对反应性探测的影响,并简化了离线理论计算,其与周期法计算结果的相对偏差在1%以内。     

铅铋堆零功率实验装置控制棒价值测量及方法优化

零功率实验装置的控制棒价值测量一般采用周期法、置换法或落棒法对刻棒实验进行简单处理。为提高刻棒效率,本文提出了无补偿的多步降棒刻棒方法,采用该方法对我国首个铅铋堆零功率实验装置控制棒价值进行了测量,与补偿刻棒方式及落棒法测量结果进行了对比,并通过理论计算验证了该方法的准确性。结果表明：本文方法有效降低了空间效应对测量值的影响,控制棒价值测量结果准确可靠,可在较短时间内完成较高精度的刻棒实验,适用于需经常更换装料方案的临界实验装置。     

Control Rod Worth Measurement and Method Optimization of Lead-bismuth Reactor Zero-power Experimental Device

The control rod worth measurement of the zero-power experimental device is generally performed by the periodic method, the substitution method or the rod drop method. In order to improve the efficiency of measurement, a multi-step rod-insertion method without compensation was proposed. The control rod worth of the first lead-bismuth reactor zero-power experimental device in China was measured by this method, and the results were compared with those obtained by the compensation method and the rod drop method. The accuracy of the method was verified by theoretical calculations. The results indicate that this method effectively reduces the space effect on measured worth, and the measurement results of control rod worth are accurate and reliable. The method can complete the higher precision rod worth measurement in a short time, and is suitable for the critical experimental device that needs to change the charging scheme frequently.     

低价值控制棒中子吸收体材料燃耗相关数据的制作及验证研究

本文从燃耗方程出发给出了燃耗计算相关数据的内容,提出了使用蒙卡燃耗计算程序作为基准程序进行燃耗计算相关数据制作和验证的方法。应用该方法制作了低价值控制棒中子吸收体材料铽(Tb)和镝(Dy)同位素燃耗计算相关数据。数值计算结果表明,新制作的燃耗计算相关数据具有很高的计算精度。最终给出了满足低价值控制棒中子吸收价值要求的铽镝合金设计方案的计算结果。     

改进的源倍增方法测量控制棒价值

该文给出了改进的源倍增方法测量控制棒价值的原理,在高富集度235 U燃料元件转换为低富集度235 U的微型中子源零功率反应堆上进行研究,实验测量微型中子源零功率反应堆中心控制棒的价值,与周期方法相比在2%内符合,但减少了测量时间。该方法为今后加速器驱动次临界系统ADS的次临界在线监督提供一种可能的方法。     

Simple Method for Evaluating Mesh Size Effects in Control Rod Worth Analysis

It has been pointed out that the reactor coolant system piping could fail prior to the meltthrough of the reactor pressure vessel in a high pressure sequence of pressurized water reactor severe accidents. In order to apply to the evaluation of the piping failure which influences the subsequent accident progression, models for the strength of piping materials at high temperatures were examined. It was found that 0.2% proof stress and ultimate tensile strength above 1,073 K obtained from tensile tests was reproduced by a quadratic equation of the reciprocal absolute temperature. Short-term creep rupture time and minimum creep rate at high temperatures were well correlated by the modified Norton's Law as a function of stress and temperature, which implicitly expressed the effect of the precipitation and the resolution of precipitates on the creep strength. The modified Norton's Law gave better results than the conventional Larson-Miller method. Relating applied stress vs. minimum creep rate and tensile properties vs. applied strain rate obtained from the creep and tensile tests, a temperature range where the dynamic recrystallization significantly occurred was evaluated.     

高温气冷堆控制棒硼燃耗特性分析

控制棒价值及其燃耗规律是核反应堆物理设计关注的要点之一。球床式高温气冷堆控制棒位于侧反射层石墨孔道中,吸收体为圆环形的B₄C,其燃耗特性具有特殊性。采用MCNP耦合燃耗计算模块的方法,对控制棒吸收体进行精细划分,分析了各子区域硼的详细燃耗特性及控制棒价值的变化规律。计算结果表明,由于强烈的空间自屏效应,虽然吸收体外层硼燃耗很多,但吸收体内层硼燃耗很少,因此,反应堆运行寿期末控制棒价值减少很小。