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。     

杂质硼在高温气冷堆中的燃耗特性

在球床式高温气冷堆的堆芯和石墨反射层中,不可避免地含有少量杂质硼。硼杂质的存在及其燃耗会对反应堆的反应性产生影响。对于多次通过的球床堆芯,根据燃料元件的运行历史计算所有元件的硼燃耗,对于中子注量率差别较大的反射层,分区计算了硼燃耗。再采用微扰理论,计算燃耗过程中硼反应性价值的变化。计算结果表明,硼杂质燃耗很快,因此,硼杂质对反应性的影响降低很快。     

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。     

高温气冷堆氦气轮机基本特性研究

高温气冷堆氦气轮机循环被认为是将来核能发电领域中最有潜力的方案之一。首先对高温堆氦气轮机循环进行分析和优化 ,然后着重从热力学和气体动力学角度研究氦气轮机的基本特性。结果表明 ,氦气轮机有两个主要设计特点不同于通常的燃气轮机 :一个是叶片级数多 ;另一个是叶片高度低 ,这些特性分别由氦气的物性和闭式循环的高压所导致。     

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。     

高温气冷堆燃料元件发展前景

第4代核能系统主要候选堆型之一的超高温气冷反应堆(very-high-temperature reactor,简称VHTR)氦气出口温度要求大于1 000℃;从经济性考虑,模块式高温气冷堆的单堆功率愈高愈好,燃料的燃耗深度也愈高愈好,这些对近代低富集度3层包覆颗粒(modern LEU TRISO particles)燃料元件提出了更高燃耗深度和耐更高温的要求.为满足上述要求,本文介绍了ZrC层代替包覆燃料颗粒的SiC层、UCO(UO2 UC2)核芯代替包覆燃料颗粒的UO2核芯和进一步降低现有低富集度3层包覆颗粒SiC层破损率的高温气冷堆燃料元件的研究和发展.     

高温气冷堆新型燃料球传感器的设计

对高温气冷堆中燃料球运行情况的准确监测是保障反应堆安全可靠运行的关键。针对原有探测器的不足,利用穿透式涡流检测原理提出了新型对装式燃料球传感器。运用有限元方法建立了该传感器的电磁场数值计算模型,对传感器结构参数和检测参数进行了分析和优化设计。实验结果表明,该传感器过球信号信噪比高,对连续过球具有很好的分辨率,满足反应堆现场使用要求。     

高温气冷堆不确定性分析的新进展

球床高温气冷堆由于采用流动球床堆芯和燃料多次通过的运行方式,不能直接套用轻水堆中一般采用的“系统分解,逐级传递”的分析思路,其不确定性的传播和分析具有特殊性。清华大学核能与新能源技术研究院基于高温气冷堆的设计分析经验,开展了高温堆的不确定性研究,并取得了一些进展。目前高温气冷堆已建立起完整的不确定性分析计算框架。在此框架内,基于VSOP程序,开发能反映球床高温气冷堆实际运行特点的不确定性分析程序VSOP-UAM,实现了核数据不确定性隐式效应和显式效应的完整分析。然后使用SCALE/TSUNAMI-3D和VSOP-UAM程序,建立燃料球、堆芯单元、初装堆芯和平衡堆芯的分析模型,量化了核数据的不确定性对各种模型关键参数的影响。此外,还量化了球流混流效应、燃料富集度、燃料孔隙率这些球床堆芯参数的不确定性对堆芯有效增殖因数k_eff和功率分布的影响。从计算结果可看出,高温气冷堆的不确定性分析显示出了有别于传统轻水堆的结果。     

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。     

高温气冷堆燃料元件发展现状和趋势

本文介绍了高温气冷堆燃料元件的发展历史，现状和趋势。经过３０多年的研究和发展，燃料元件的设计，制造工艺和质量鉴证技术已相当成熟，燃料元件可在１２５０℃长期工作。２１２０００个ＴＲＩＳＯ颗粒辐照试验的时没有一个破损，１６００℃下辐照后退火５００ｈ，阻挡裂变产物释放的能力没有下降。     

HTR-10燃耗测量系统误差分析与实验研究

燃耗测量系统是高温气冷堆的一重要子系统,测量结果的准确性直接影响反应堆的安全性和经济性。利用提升器的偏转实验验证了测量结果存在的系统误差,通过实验数据与理论计算结果的对比分析,确定了燃料球球心偏离准直器轴线的实际距离。     

先进的规则床模块式高温气冷堆概念

规则床模块堆是燃料球呈规则堆积的一种先进的模块式高温气冷堆设计。燃料球在平面上成正方形排列,四个球的中心是次一层球的位置,形成正四棱锥堆积。当燃料球落入被做成一定几何形状的堆芯空腔时,就自动形成规则堆积。燃料球可以从反应堆顶部装入和卸出,能够在较短的停堆时间内完成换料操作。规则床堆芯是一种密实体,具有很强的结构适应性和稳定性。在模块化设计中,保持非能动冷却和限制最高燃料温度的条件下,它能够提高输出功率和降低堆芯压降,同时还兼有球形燃料堆和柱状燃料堆的主要优点。本文介绍规则堆积床特性和预测规则床模块堆的设计性能。     

包覆颗粒燃料分布随机性的影响研究

高温气冷堆采用弥散在石墨基体中的包覆颗粒燃料。包覆颗粒在燃料球内的离散分布及燃料球在堆芯内的离散分布共同导致了燃料分布的双重不均匀性,其分布还具有随机性,由此可能对反应堆的某些参数造成影响。建立适当燃料颗粒随机分布的几何模型,并用MCNP对模型进行相关计算,并与规则分布模型相比较,分析了分布的随机性对有效增殖因数的影响。结果显示,燃料颗粒随机分布会使全堆有效增殖因数较规则模型的稍大,两种模型偏差的主要原因在于两种颗粒排列方式在空间和角度分布的不同。     

200 MW 模块式高温气冷堆回热循环系统热力学设计研究

高温气冷堆是一种新型的反应堆堆型,它可以提供高达900 ℃的高品质热源,为了充分利用这一资源,需要在核能利用中引入气体轮机这一常规工业中的先进技术.给出了200 MW 高温气冷堆的气体轮机回热循环系统的设计研究.     

JFNK求解高温气冷堆中子扩散问题的预处理方法研究

预处理方法是非线性求解方法JFNK中效率和数值收敛特性的关键。基于包括活性区、石墨反射层和外围含硼碳砖在内的高温气冷堆堆芯中子扩散本征值问题,对JFNK求解过程中的预处理环节进行了研究。根据矩阵元素的物理性质简化得到不同的近似雅克比矩阵,使用线性预处理方案ILU、SIPLU进行了预处理,并对其预处理效果、矩阵稀疏性、预处理时间等参数进行了分析。结果表明,块雅克比型近似阵是对原雅克比矩阵的较好近似,其能够在保留各中子能群内部耦合关系的前提下,构造结构简单、适用性强的近似雅克比矩阵。对于此类高温气冷堆中子扩散问题,选取SIPLU方法能获得性能良好的预处理矩阵,达到高效JFNK计算。