球床式高温气冷堆的余热不确定性分析

反应堆在停堆后相当长时间内仍具有较高的剩余发热是核电站的重要特性,也是核电站安全分析的关键。因此,对反应堆余热及其不确定性进行分析,对于合理设计余热排出系统、研究论证燃料元件在事故后的安全特性等均具有重要意义。本工作结合德国针对球床式高温气冷堆制定的余热计算标准,介绍了球床式高温气冷堆剩余发热及其不确定性的计算方法,并结合200 MWe球床模块式高温气冷堆示范工程（HTR-PM）的初步物理设计,对长期运行在满功率平衡堆芯状态下的反应堆停堆后的余热及其不确定性进行了计算分析,为进一步的事故分析提供依据。     

350MW环型球床高温气冷堆失冷失压事故下的热工特性研究

由于环型球床高温气冷堆特殊的堆芯结构，使其在失冷失压事故下堆内最高温度能够明显低于模块式球床高温气冷堆在相同事故下堆内最高温度。当堆芯热功率有较大幅度提高时，环型堆芯仍然能够凭借自身传热机能将衰变热量及时排出，满足失冷失压事故下燃料最高温度限制。这不仅增大了反应堆的安全性能，同时也能够有效地增加反应堆单堆功率，使环型球床高温气冷堆在经济上更具竞争力。本文研究环型球床高温气冷堆在提高功率水平时，反应堆在失冷失压事故下堆内的热工特性，并综合分析了几个重要的结构尺寸热工参数对失冷失压事故下燃料最高温度的影响。     

高温和超高温气冷堆动力转换方案研究

动力转换单元是高温和超高温气冷堆的重要组成部分。本文对高温和超高温气冷堆的动力转换单元进行研究。从4个关键参数（反应堆出口温度、反应堆入口温度、压缩比和主蒸汽参数）入手,对5个循环方案进行比较分析。综合考虑各种工程因素,上位循环为简单氦气透平循环、下位循环为有再热的蒸汽轮机循环的联合循环方案是具有竞争力的,其中下位循环在高温气冷堆范围是亚临界参数循环,在超高温气冷堆范围是超临界参数循环。联合循环可实现高温和超高温气冷堆热量的高效率转化,且反应堆入口温度在反应堆压力壳材料允许的范围内,具有足够的安全性。     

高温和超高温气冷堆动力转换方案研究

动力转换单元是高温和超高温气冷堆的重要组成部分。本文对高温和超高温气冷堆的动力转换单元进行研究。从4个关键参数(反应堆出口温度、反应堆入口温度、压缩比和主蒸汽参数)入手,对5个循环方案进行比较分析。综合考虑各种工程因素,上位循环为简单氦气透平循环、下位循环为有再热的蒸汽轮机循环的联合循环方案是具有竞争力的,其中下位循环在高温气冷堆范围是亚临界参数循环,在超高温气冷堆范围是超临界参数循环。联合循环可实现高温和超高温气冷堆热量的高效率转化,且反应堆入口温度在反应堆压力壳材料允许的范围内,具有足够的安全性。     

多用途高温气冷堆

美国核学会访华代表团成员理查德(C.L.Richard)于1980年9月29日在北京作了题为《多用途高温气冷堆》的报告,摘要如下:高温气冷堆 HTGR 是唯一的一种能同时发电和提供工业用热的多用途核反应堆。一座85万千瓦(热)的高温气冷堆热源代替化石燃料,一天可以节省石油11,500桶或3,000吨煤(热当量)。美国研究的发电用高温气冷堆,有蒸汽循环高温气冷堆(HTGR-SC)[功率从84—336万千瓦(热)]和氦气轮机高温气冷堆(H-TGR-GT)(功率为200万千瓦(热)]两种。美国研究的发电和供热两用高温气冷堆有三种:第一种是利用圣符仑堡堆已有技术     

多模块高温气冷堆地震概率安全分析关键技术研究

高温气冷堆核电厂采取多个反应堆模块匹配1个汽轮机的设计方式,即1台高温气冷堆机组会包含多个反应堆模块,这使多个高温气冷堆模块在地震外部事件下存在明显的相关性,因此在利用概率风险分析方法来全面地识别和评价高温气冷堆的地震风险时,需要从机组的角度充分考虑和模化机组内多个反应堆模块间的相关性。高温气冷堆示范电站已完成了较为完整的单模块地震概率安全分析,本文将以该分析结果为基础梳理出高温气冷堆多模块地震概率安全分析的关键技术要素并进行研究,研究内容包括多模块事件序列建模和地震相关性失效评价等关键技术,并针对多模块高温气冷堆提出了应用策略。然后以双模块设计的高温气冷堆示范电站为对象,以地震导致丧失厂外电始发事件为代表,对多模块高温气冷堆地震概率安全分析进行了实例分析获得远低于概率安全目标的释放类频率,且分析得到了高温气冷堆多模块事件序列建模策略与地震相关性失效的评价路线可行这一重要结论。     

热管空间核反应堆电源的研究进展

随着人类对宇宙太空的深入探索,对于提供能量的电源要求也在逐步提高,空间核反应堆电源在执行深空探测任务中脱颖而出。热管核反应堆由于具备非能动性、寿期长、可靠性高等优势,成为目前空间核反应堆领域的研究热点。本文通过重点介绍典型热管堆的概念设计系统以及在Kilopower中的应用,对热管电源系统(Heatpipe Power System,HPS)、由热管控制的火星探索反应堆(The Heatpipe-operated Mars Exploration Reactor,HOMER)、安全可负担裂变引擎方案(Safe Affordable Fission Engine,SAFE)以及Kilopower进行了重点调研,归纳总结了各个反应堆的结构设计、燃料选择、热管排布、功率设计等,以期对未来热管空间核反应堆电源的设计研究提供思路和参考。     

高温气冷堆PD输出反馈功率控制的镇定性能分析

由于具有固有安全性,高温气冷堆被视为下一代核能系统的首选堆型之一,且安全、稳定和高效的运行是发展高温气冷堆技术的基本要求。功率控制通过合理给出控制棒的升降速度来增强闭环稳定性和过渡过程暂态性能,因而对于提升高温气冷堆的运行性能具有重要意义。本文基于反应堆控制的物理方法,从理论上给出了比例微分(PD)输出反馈功率控制律保证闭环全局渐近稳定的充分条件。数值仿真结果验证了此结论的正确性,并揭示了功率调节性能与温度反馈回路增益之间的关系。这一结果不仅从理论上保证了经典PD反馈律可用于实现高温气冷堆的高性能功率调节,而且为利用PD控制实现负荷跟踪提供了理论基础。     

美国在铀浓缩工厂发现了铍

【日本原子能研究所网站2003年10月21日报道】目前,日本原子能研究所正在利用高温工程实验堆(HTTR)进行高温气冷堆固有安全性验证实验,这也是文部科学省革新性原子能系统技术开发工作的一部分。迄今为止,日本原子能研究所进行了几次降低冷却剂流量实验,验证了高温气冷堆固有的安全性:在急速降低堆芯冷却剂氦流量的情况下,反应堆的功率会随着冷却剂流量的降低而降低,而且必将使反应堆停堆,从而避免了堆芯温度的大幅上升。反应堆发生异常状态的典型例子就是堆芯冷却剂流量降低的情况。而高温气冷堆却具有在慢化剂及燃料温度上升时,燃料的核…     

小型氦氙冷却反应堆事故发生频率分析研究

氦氙冷却反应堆可采用一体化布雷顿循环系统，在小型化、轻量化方面具有独特优势而备受关注。但目前鲜有关于小型氦氙冷却反应堆的严重事故分析研究。概率安全评价法（Probabilistic Safety Assessment,PSA）是一种评价反应堆安全性的重要方法，可为反应堆设计改进、故障诊断、运行指导等提供有价值的依据。而始发事件发生频率是PSA分析所必需的输入参数。本文以小型氦氙冷却移动式固体核反应堆电源为分析模型，参考高温气冷堆以及压水堆运行经验及部件失效数据，分析了堆芯排热增减、反应性和功率分布异常、管道破口和设备泄漏异常、未能紧急停堆的预期瞬态（Anticipated Transient Without Scram,ATWS）以及丧失场外电源等事故的发生频率，结果分别为3.90×10^-2RY^-1、2.36×10^-1RY^-1、2.69×10^-2RY^-1、6.50×10^-2RY^-1、2.69×10^-2<...     

兆瓦级空间气冷堆系统启停堆瞬态分析

本文针对兆瓦级高温气冷堆布雷顿循环系统,采用Fortran语言开发系统分析程序TASS,包括堆芯、透平-发电机-压气机、回热器、冷却器和热管式辐射散热器等模型。通过设计值与程序计算值对比对TASS进行验证,并利用TASS对系统启动、停堆瞬态工况进行数值模拟。结果显示,通过分两阶段、阶梯式引入正反应性和提高涡轮机械的转轴速度,堆芯流量和功率匹配良好,系统可在3.5 h内完成启动过程,达到反应堆功率3 406 kW、流量14.2 kg/s的稳态运行。系统停堆过程中,反应堆可依靠自身的非能动余热排出能力,确保芯块和包壳温度与熔点间存在较大安全裕量,实现安全停堆。     

Thermo-fluid investigation on a double-side-cooled annular fuel for the prismatic very high temperature gas-cooled reactor

One of the key issues in the development of the very high temperature gas-cooled reactor (VHTR) is an undesirably high temperature of the nuclear fuels. An increased reactor coolant outlet temperature directly drives an increase of the nuclear fuel temperature. Therefore, a special measure has to be taken to overcome the issue of a fuel temperature in the VHTR. In this paper, a double-side-cooled annular fuel concept for a prismatic type reactor is proposed to solve the fuel temperature issue. A detailed thermo-fluid analysis using a computational fluid dynamics (CFD) code was carried out to investigate the thermo-fluid performances of the proposed fuel design. The CFD results show that the proposed design has superior thermo-fluid characteristics to the existing prismatic fuel assembly designs.     

空间气冷堆堆芯初步物理特性分析

为满足未来空间探测活动的大功率用电及轻质量载荷需求,以美国、俄罗斯空间气冷反应堆方案为基础,提出一个亚MW级空间气冷堆堆芯初步设计方案,并使用蒙特卡罗程序对该方案进行堆芯物理计算与分析,给出几种典型工况下的堆芯反应性以及中子分布特征。计算结果表明,该设计方案可满足反应堆的安全性要求,能实现紧急停堆,并可保证在堆芯被水淹没等设计基准事故条件下维持反应堆次临界,确保反应堆安全。此外,通过在堆芯局部燃料棒中添加热中子吸收材料,对堆芯径向功率分布进行优化,以展平径向功率分布。     

Materials and design concepts of gas-cooled reactor systems

The family of gas-cooled reactors being developed in the United States by Gulf General Atomic consists of the steam-raising and direct cycle versions of the high temperature gas-cooled reactor (HTGR) for electric power generation, the hydrogen-producing HTGR for chemical process applications, and the gas-cooled fast reactor (GCFR), a high gain breeder. The aim of this paper is to describe the underlying design concepts that are common to all of these reactors and relate these design concepts to the choice of both structural and fuel materials for the wide variety of environmental conditions encountered throughout the world. Interwoven with this discussion are typical examples of the interaction of design activities and materials selection required to give a reactor system of maximum safety and reliability, favourable environmental features, and minimum cost.     

高温气冷堆燃料元件固有循环安全特性的研究

介绍了高温气冷堆TRISO型的包覆燃料颗粒及球形燃料元件的结构特点及其安全原理.高温气冷堆具有低功率密度特点和负温度反应性特点,其与球形燃料元件有安全循环关系,实现了高温气冷堆固有循环安全特性.     

Large eddy simulation in pebble bed gas cooled core reactors

A high temperature gas-cooled reactor (HTGR) is one of the renewed reactor designs to play a role in nuclear power generation. This reactor design concept is currently under consideration and development worldwide. The combination of coated particle fuel, inert helium gas as coolant and graphite moderated reactor makes possible to operate at high temperature yielding a high efficiency. In this study the simulation of turbulent transport for the gas through the gaps of the spherical fuel elements (fuel pebbles) was performed using the large eddy simulation. This would help in understanding the highly three-dimensional, complex flow phenomena caused by flow curvature in the pebble bed. Resolving all the scales of a turbulent flow is too costly, while employing highly empirical turbulence models to complex problems could give inaccurate simulation results. The large eddy simulation (LES) method would overcome these shortcomings. An attempt to obtain experimental velocity flow patterns using particle image velocimetry technique combined with matched refractive index liquid was pursued.     

空间反应堆布雷顿循环热力学优化分析

闭式布雷顿循环具有高效率与高能量密度,适用于空间核反应堆的能量转换系统。出于经济性的考虑,地面大型高温气冷堆的布雷顿循环能量转换系统均采用效率最高的运行模式;而在空间反应堆能源中,系统受到体积、质量与特殊运行环境的限制,故提出另一种优化模式——循环比功最高优化。本文就空间反应堆闭式布雷顿循环进行优化分析,利用Fortran语言对两种优化模式进行热力学分析对比,为空间反应堆的设计计算提供参考和基础。结果表明:新提出的循环比功优化在降低空间布雷顿循环方面较有优势,但会造成叶轮机械设计难度的增加。最终设计方案的选取可根据工程要求在两种优化模式中进行折中选择。     

10MWt固态燃料熔盐堆控制棒失控抽出事故分析

钍基熔盐堆核能系统项目是中科院先导科技专项之一,其战略性目标是研发第四代熔盐冷却裂变反应堆核能系统。基于10 MWt固态燃料熔盐堆的系统设计,开发了适用于球床式反应堆系统的安全分析软件,并以高温气冷堆为对象对程序计算结果的准确性进行了验证。基于该软件程序,对固态燃料球床堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF)控制棒失控抽出事故进行了分析计算,研究了不同停堆限值及各停堆信号对事故的影响。计算结果表明,超功率停堆限值越高,出口温度限值越大,信号延迟时间越长,反应堆停堆越晚,堆芯功率和燃料最高温度越高。在TMSR-SF控制棒失控抽出事故下,燃料最高温度不超过860°C,远低于1 600°C的熔化温度限值。     

基于γ测量的球床式高温气冷堆内乏燃料球探测方案的模拟分析

在球床式高温气冷堆中,对排出堆芯的乏燃料球的探测和数量统计是燃料监测的重要内容。按国际原子能机构针对球床式高温气冷堆核安保的要求,对于燃料装卸系统管道内的燃料监测应开发一种独立于现有涡流检测原理的新监测方案。本文提出了一种基于γ测量原理的新探测方案,设计了探测器构型,对其在堆稳态运行时的探测功能进行验证。结合球床式高温气冷堆HTR-10的燃料球放射性核素数据,及对不同球速不同燃耗的燃料球经过探测区域过程的蒙特卡罗模拟分析,验证了此方案对单个燃料球鉴别和计数的可靠性,同时证明了该方案对于燃料球球流探测的可行性,为今后该探测方案的完善和实际装置的制作提供了设计基础。