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。     

高温气冷堆放射性总量计算程序研发与验证

堆芯放射性总量计算是核电站辐射防护设计、屏蔽计算和环境影响评价的基础。为进一步提高高温气冷堆堆芯放射性总量计算分析能力,自主研发了高温气冷堆堆芯源项计算程序NUIT,计算了HTR-10和HTR-PM堆芯内特定燃耗的燃料元件的放射性,并与KORIGEN程序的计算结果进行了对比。计算结果表明,NUIT程序可用于高温气冷堆堆芯放射性总量计算,并具有较好的计算精度和效率。     

模块式高温气冷堆的固有安全特性

通过对高温气冷堆安全特性的研究,简要分析了高温气冷堆阻止放射性释放的多重屏障、反应性瞬变的固有安全性、非能动的余热排出系统及其他安全特性,从而表明高温气冷堆具有固有安全性的特点。     

HTR-10进气事故下堆芯石墨腐蚀分析

热气导管的双端断裂事故是１０ＭＷ高温气冷堆（ＨＴＲ－１０）的假想极限事故,该事故喷放阶段结束后,在气体扩散和浮升力的作用下,堆舱中的空气通过破口进入堆芯,并在堆芯流道和堆舱组成的回路中慢慢形成自然对流,从而引起进气事故。为了分析堆芯石墨的腐蚀情况,本文首先对ＨＴＲ－１０堆芯结构作了简化处理,然后计算了堆体简化流道内气体自然对流的质量流量、固相和气相的温度、石墨的腐蚀率、石墨的腐蚀总量以及燃料元件经腐蚀后的裸露率。这些计算结果表明,即使在该极限事故下,ＨＴＲ－１０仍有很好的安全特性。     

模块式高温气冷堆三维中子动力学计算分析

模块式高温气冷堆是国际上公认的安全性好、发电效率高、用途广的先进堆型。本文研究开发了三维圆柱几何堆芯多群中子动力学改进准静态方法模拟计算程序。对给定的模块式高温气冷堆堆芯物理模型进行了模拟计算。初始状态下,该程序计算结果与中子扩散程序CITATION吻合很好。动态情况下,模拟了堆芯反应性、堆芯相对功率以及堆内r,z网格上各群点中子注量率三维分布随时间的变化,计算结果与理论分析一致。     

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。     

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。     

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。     

脉冲堆失水事故计算程序的开发和应用

由于西安脉冲堆的特点，致使国际上通用的瞬时堆芯裸露模型不能使用。中国核动力研究设计院建立了反映西安脉冲堆失水事故机理和过程的真实真芯裸露模型，开发了相应的计算机程序，用于分析和评价西安脉冲堆的安全特性。分析结果表明，真实堆芯裸露模型具有广泛的实用性，可用于计算全部侧面破口和底部破口的失水事故。在破口直径相同的条件下，西安脉冲堆侧面破口失水事故后果比底部破口失水事故严重。在目前的设计条件下，即使发生失水事故，西安脉冲堆也能满足安全准则的要求。     

HTR-10一体化换热装置和联合循环

10MW高温气冷实验堆 (HTR 10 )有两个突出的特点 :(1)采用气体轮机和汽轮机联合循环 ,可以提高其发电效率 ,并且能保持较低的堆芯入口温度 (30 0℃ )。 (2 )中间换热器和蒸汽发生器一体化设计 ,减少了一个壳体和一个热气导管 ,提高了安全性和经济性。描述了一体化的中间换热器和蒸汽发生器以及气体轮机和蒸汽轮机联合循环的设计特点。     

PANAMA程序及其在10MW高温气冷实验堆安全分析中的应用

ＰＡＮＡＭＡ程序是德国在高温气冷堆安全研究中开发的一个实用程序，可以用来计算ＴＲＩＳＯ－包覆燃料颗粒在事故条件下的破损率，本文简介ＰＡＮＡＭＡ模型，着重开发了ＰＡＮＡＭＡ程序中ＳｉＣ压力容器失效模式，并利用１０ＭＷ高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１）包覆燃料颗粒的设计参数，计算了燃耗，温度，核芯直径以及各包覆层厚度对颗粒破损率的影响，结果分析表明破损率阻燃耗，温度和核志直径的增大面而增长较快，对缓冲层和Ｓ     

高温气冷堆热工分析模型改进与堆芯温度场分析

更准确地模拟球床式高温气冷堆堆芯温度分布,是反应堆安全分析尤其是超高温运行研究中的关键问题之一。由于堆芯球流运动具有不确定性,石墨块和碳砖等结构材料采用散体布置,堆内冷却剂流道复杂,对热工水力准确模拟造成困难,可进一步优化。本文结合HTR 10的结构特点和流道特征,简要分析了堆芯传热过程,说明了在热工模拟中准确划分结构和流道对获取更精确的堆芯温度分布的重要意义。详细梳理了冷却剂流动路径,改进了在THERMIX程序下建立的HTR 10原有热工分析模型,更合理地模拟了堆芯冷却剂漏流行为,使得模型对堆芯冷却剂流动和传热过程的描述更准确。与试验数据对比,改进后的模型对堆芯外围系统的温度分布模拟准确性显著提升。计算结果表明,反应堆在额定设计工况下满功率稳态运行时,燃料和反射层最高温度均未超过材料的耐热限值。     

HTR-10装料前的调试

10MW高温气冷实验堆（HTR－10）调试工作分为三个阶段进行，设计的调试项目共100个，本文简要介绍了HTR－10的系统划分及调试项目的设计原则，并重点介绍了第一阶段装料前冷态调试试验的内容及结果以及对调试不符合荐的处理办法，通过调试，全面验证了系统设计的合理性以及设备的可靠性和运行相容性，并获得了满意的结果。     

10MW高温气冷实验堆初装堆方案设计初步分析

设计了10MW高温气冷实验堆初装堆的两个方案(方案1为“普通燃料球+石墨球”,方案2为“普通燃料球+天然铀球”),采用高温气冷堆物理设计程序包VSOP对其进行分析计算,结果表明:两方案均能实现比较平稳地向平衡态过渡.就过渡过程中的单球最大功率、最大燃耗等参数而言,方案2优于方案1.     

The impact of design on the decay heat removal capabilities of a modular pebble bed HTR

The decay heat removal capabilities are an important safety feature of the modular pebble bed HTR. It is designed in a way that also during loss of cooling accidents the decay heat can be removed purely by passive means without exceeding predefined temperature limits for fuel and structures. Such a plant design, however, yields limitations on the power output. Thus, from the thermal hydraulic point of view a reactor with maximum power which still obeys the temperature limits of fuel and components, represents an optimal design of a modular pebble bed HTR.In this paper, design options for a modular pebble bed HTR are discussed with respect to their capabilities of decay heat removal.Both pressurized and depressurized loss of coolant accidents are investigated. Optimization of design features is considered with reference not only to the maximum fuel temperature during the accidents, but also to the temperature of structures, mainly that of the reactor pressure vessel. It is pointed out that annular cores can produce higher power without exceeding fuel temperature limits, especially during depressurization accidents. This is mainly due to geometrical effects. Heat storage effects of the inner column also have an influence on the maximum fuel temperature by increasing the time at which this temperature is reached. While a thermal insulation of the core and the reflector increases the fuel temperature, maximum temperature of the pressure vessel and the core barrel is decreased. Thus, carbon blocks represent an important element for optimization of the design.     

10 MW高温气冷实验堆事故分析的结果与对策

1 0MW高温气冷实验堆 (HTR 1 0 )的事故分析表明 ,在设计基准事故和严重事故条件下 ,HTR 1 0的堆芯燃料元件的最高温度和反应堆冷却剂系统的压力都低于规定的安全限值 ,燃料元件和冷却剂系统压力边界都能保持其完整性 ,不会造成裂变产物大量向外释放。根据事故分析结果并参照国外高温气冷堆安全运行的管理实践经验 ,针对HTR 1 0所提出的一系列事故对策有效地保证了HTR 1 0在较高的安全水平上进行设计、建造、运行及管理等 ,能够确保HTR 1 0、人员、社会以及环境的安全     

HTR-10氦循环风机远距离控制系统的设计

简要描述了清华大学10MW高温气冷实验堆的氦循环风机远距离控制系统的设计与调试概况 ,该系统的设计,基于反应堆主控制室的全数字化仪控系统以HS2000系统为组态平台和运行控制平台,全部操作实现了软操化。     

Development and testing of analytical models for the pebble bed type HTRs

The pebble bed type gas cooled high temperature reactor (HTR) appears to be a good candidate for the next generation nuclear reactor technology. These reactors have unique characteristics in terms of the randomness in geometry, and require special techniques to analyze their systems. This study includes activities concerning the testing of computational tools and the qualification of models. Indeed, it is essential that the validated analytical tools be available to the research community. From this viewpoint codes like MCNP, ORIGEN and RELAP5, which have been used in nuclear industry for many years, are selected to identify and develop new capabilities needed to support HTR analysis. The geometrical model of the full reactor is obtained by using lattice and universe facilities provided by MCNP. The coupled MCNP-ORIGEN code is used to estimate the burnup and the refuelling scheme. Results obtained from Monte Carlo analysis are interfaced with RELAP5 to analyze the thermal hydraulics and safety characteristics of the reactor. New models and methodologies are developed for several past and present experimental and prototypical facilities that were based on HTR pebble bed concepts. The calculated results are compared with available experimental data and theoretical evaluations showing very good agreement. The ultimate goal of the validation of the computer codes for pebble bed HTR applications is to acquire and reinforce the capability of these general purpose computer codes for performing HTR core design and optimization studies.