微型临界堆芯硼中毒效应实验研究

介绍了利用硼中毒法测量微型临界堆芯硼中毒效应的实验研究结果。为了研究硼酸在该堆芯中的中毒效应,利用硼中毒法采用数字反应性仪和自动电位滴定仪及秒表测量了硼微分价值、堆芯临界硼浓度、堆芯后备反应性等。实验结果表明:实测值与理论计算值相符,结果可信;该实验结果可用于验证理论计算,也可为该堆型的带功率运行提供参考。     

模块式小型堆失水事故后堆芯硼浓度分析研究

分析评价了模块式小型堆失水事故后可能出现的堆芯硼浓度过度累积问题,基于硼质量守恒原理,推导堆芯硼浓度演变的控制方程,计算分析了自动卸压系统阀门开启前的短期运行期间和开启后长期运行期间的堆芯硼浓度变化规律。结果表明,模块式小型堆的非能动专设安全系统设计能够防止失水事故后的堆芯硼结晶和重返临界。     

典型压水堆堆芯物理-热工耦合稳态计算软件的开发与验证

为能更加准确地模拟典型压水堆中强烈的物理-热工耦合现象,研制了压水堆堆芯物理 热工耦合计算软件ARMcc。其中物理计算模块基于四阶节块展开法（NEM）和格林函数节块法（NGFM）,热工计算模块基于一维的单相单通道换热模型和一维圆柱导热计算模型,在程序中采用有限体积法和有限差分法求解一维圆柱导热模型。基于典型压水堆基准题NEACRP-L-335对程序的稳态耦合计算能力进行了验证,程序计算的堆芯关键参数如临界硼浓度、堆芯多普勒温度等参数与参考结果符合良好,临界硼浓度与参考结果的相对偏差均小于0.5%。另外研究4种计算模式对模拟堆芯物理-热工耦合过程的影响,选择PARCS程序计算结果为对比,发现NGFM+DIF模式能更加准确地模拟堆芯燃料多普勒温度和堆芯功率分布;NGFM+VOL模式能更加准确地模拟临界硼浓度;NEM+VOL模式能更加准确地模拟堆芯燃料最高温度。     

基于Bamboo-C软件的压水堆10B丰度计算方法研究

在压水堆功率运行过程中，由于燃耗效应和硼化效应的原因，一回路硼酸溶液中10B的丰度会随时间不断地发生变化，而核电厂又无法提供10B丰度的实时测量值，从而导致核设计程序对临界硼浓度的计算值在循环中期低于实测值。因此，为了降低堆芯一回路临界硼浓度计算值与实测值之间的偏差，本文基于西安交通大学核工程计算物理实验室（NECP）自主研发的Bamboo-C软件给出了10B丰度的计算方法，该方法能够同时考虑燃耗效应和硼化效应对临界硼浓度的影响。采用本文10B丰度计算方法，对福清核电厂M310机组功率运行历史进行跟踪模拟，并且将一回路临界硼浓度和10B丰度的计算值与实测值进行对比验证。验证结果表明，本文10B丰度计算方法能够改善堆芯临界硼浓度的数值计算结果，具备工业应用的条件。      

大型先进压水堆硼稀释事故模拟分析

基于美国先进三维节块法堆芯计算程序,建立大型先进压水堆堆芯首循环,选取四个最不利的保守事故工况点,包括满功率工况、启动工况、热备用工况、冷停堆工况,分别进行硼稀释事故分析,计算得到初始条件下的硼浓度以及硼稀释事故的临界硼浓度,最终计算总的硼稀释时间、报警发生时间以及从报警到临界的时间,分析大型先进压水堆发生硼稀释事故工况下的安全性。计算结果表明:在发生硼稀释事故工况下,反应堆有足够的时间在丧失全部停堆裕量前终止硼稀释。     

大亚湾核电站18个月换料的堆芯失水事故长期冷却分析研究

在失水事故长期冷却过程中，必须确定安全注射系统从冷段注射切换到冷热段同时注射的切换时间。这对避免反应堆堆芯硼结晶、堆芯因地坑硼浓度过低而引起重返临界有着十分重要的意义。介绍了大亚湾核电站18个月换料设计失水事故长期冷却分析，应用REFLET程序分析计算了失水事故后堆芯和地坑的硼浓度随时间的变化，给出了不同换料水箱硼浓度下的容许切换时间。当换料水箱硼浓度为2204mg/L时，操作员必须在6小时以前将安注由冷段注射切换到冷、热段同时注射的模式。     

AP1000机组首次临界试验验证计算

首次临界试验是压水堆核电厂调试启动过程的关键环节,旨在确认核反应堆堆芯能按照设计要求达到预期的临界运行状态。本文利用西安交通大学自主研发的NECP-Bamboo程序系统对AP1000机组堆芯的首次临界试验的设计结果进行了验证计算,并与AP1000堆芯的核设计结果进行了比较。计算结果表明：预估临界状态下的硼浓度的偏差为-15 ppm,控制棒积分价值的最大偏差为-52 pcm,硼微分价值的偏差不超过0.2 pcm/ppm,反应性温度系数的偏差不超过1 pcm/K。本文计算结果的精度与高保真计算程序KENO（概率论方法）和VERA（确定论方法）的计算精度相当,为确保AP1000堆芯调试启动阶段的核安全提供了进一步的数据支撑。     

压水堆高保真换料循环计算功能开发与验证应用

在自主开发的数值反应堆物理计算程序NECP-X基础上开发了压水堆的换料循环计算功能，并针对某M310机组首循环、第2循环和第3循环的启动物理实验，以及针对前2个循环的燃耗进行了精细建模计算。计算值与实测值的比较结果表明：首循环、第2循环和第3循环启动物理实验的临界硼浓度、控制棒价值、温度系数计算结果误差均较小，符合验收准则；不同燃耗深度下的临界硼浓度、堆芯功率分布与实测值的比较结果显示，稳定燃耗点处最大硼浓度偏差为-39ppm(1ppm=10^-6)，最大的组件功率误差小于4.5%，随着燃耗的加深，堆芯功率的分布逐渐展平，误差逐渐减小。计算结果表明NECP-X程序已经具备商用压水堆启动物理实验和多燃料循环的计算能力。     

AP1000堆芯仿真计算建模与精度分析

针对核电厂AP1000堆芯描述,建立由组件计算、截面拟合处理计算模型,并得到组件少群常数;采用两群三维,实时中子动力学仿真模型,选取11组衰变功率计算堆芯衰变功率的三维变化,同时为了准确计算反应堆的"中毒"变化,三维空间上考虑氙、钐以及先驱核碘、钜元素浓度的影响特性,建立针对AP1000堆芯实时仿真计算模型,并准确计算反应堆的"中毒"和氙振荡现象,为验证模型建立的正确性与堆芯实时仿真程序SimCore的精准性,对堆芯临界硼浓度、堆芯温度、控制棒价值进行计算,同时选取汽机停机不停堆、反应堆满功率跳堆运行,反应堆正常停堆运行及控制棒落棒、弹棒事故响应等不同测试工况,对结果进行验证及分析。结果表明:建立的三维堆芯实时仿真程序模具有较好的精准性,可以用于全范围模拟机堆芯计算,并广泛应用于核电厂堆芯物理仿真。     

CORCA-3D软件调硼临界燃耗计算功能的开发和初步验证

调硼临界燃耗计算功能是堆芯核设计软件的基本功能,先进节块法堆芯三维少群中子学计算软件CORCA-3D是中国核动力研究设计院研发的堆芯核设计软件,具有完全的自主知识产权。本文介绍CORCA-3D软件的调硼临界燃耗计算功能主要涉及的物理模型,并通过基准题、电厂实测数据及SCIENCE系统对CORCA-3D软件进行了对比验证,结果表明,CORCA-3D软件计算具备较高精度。      

基于蒙特卡罗程序JMCT模拟计算堆芯物理基准题VERA

JMCT是基于蒙特卡罗方法的中子输运程序，具有几何建模精细、截面数据准确、物理过程真实等特点，计算结果具有更高的精度。通过开发临界硼浓度搜索、输运-热工-燃耗耦合功能模块，使JMCT具备了堆芯物理计算功能。本文利用JMCT程序对CASL项目提出的堆芯物理基准题库VERA进行模拟，获得了k_eff、控制棒价值、反应性系数等启动物理参数以及硼降曲线等堆芯运行参数。JMCT计算结果与蒙特卡罗程序KENO-Ⅵ以及MC21进行了对比，结果符合良好，证明了JMCT具有堆芯物理计算能力，并具有较高的精度。     

自主化堆芯三维核设计软件COCO研发

中国广东核电集团正在开发的三维堆芯核设计软件COCO将具备堆内功率分布计算、精细功率分布计算、临界硼浓度搜索、控制棒临界搜索、核子密度计算等基本功能。COCO采用格林函数节块方法作为求解器计算堆芯的功率分布,采用单通道模型和棒传热模型来计算慢化剂的密度和燃料温度。COCO已实现从寿期初到寿期末的燃耗计算能力。通过与参考程序的数值比较发现,COCO采用的理论模型和耦合流程正确,计算精度可满足工程设计的需要。     

Bamboo程序在方形组件压水堆中的适用性验证研究

本文对国产自主化核设计程序Bamboo程序在方形组件压水堆中的适用性开展了研究。主要内容包括：利用Bamboo程序对三种国内典型的方形组件压水堆进行建模,并将堆芯临界硼浓度、堆芯功率分布、堆芯燃耗分布、控制棒价值和反应性系数等参数的计算结果,同堆芯实测结果或SCIENCE程序计算结果进行对比验证。结果表明,Bamboo程序在典型方形组件压水堆堆芯计算中具有良好的精度,能够满足核电厂的堆芯核设计需求。研究结果为Bamboo程序进一步的工程应用奠定了基础。     

非均匀硼稀释瞬态三维流场计算

采用CFX10.0模拟了反应堆发生非均匀硼稀释事故时的瞬态三维流场,得到堆芯冷却剂的硼浓度分布和温度分布。比较三种不同堆芯温度工况计算结果,发现随着堆芯温度的增加,运动阻力下降,清水越快到达堆芯,清水与硼水的搅混时间减少,搅混效果减弱,堆芯中心处冷却剂的硼浓度偏低。     

群常数库TPLIB-95的宏观检验

介绍了群常数库TPLIB-95的宏观检验。TPLIB-95是中国核数据中心为轻水堆燃料组件计算程序包TPFAP建立的更新群常数库,它是基于JENDL-3.1评价核数据库制作而成的。用5个热堆基准问题,一批压水堆零功率临界实验以及秦山300MW核电厂首循环堆芯和大亚湾900MW核电站首循环堆芯对该库作了计算分析。热堆基准问题的计算结果表明,尽管谱指标的计算值与测量值的偏差较大,但k_(eff)的最大偏差仅0.29％。零功率临界实验的计算结果表明,用TPLIB-95得到的k_(eff)比用旧库TPLIB更接近于测量值,与测量值的符合是相当令人满意的。秦山和大亚湾核电站两个首循环堆芯临界硼浓度的计算值与测量值符合较好,在整个燃耗寿期内临界硼浓度的计算值与测量值或法马通原设计值的最大偏差仅为15×10~(-6)/L。     

秦山核电站物理启动试验

介绍了秦山核电公司300MW压水堆核电站首次物理启动试验,包括首次临界和低功率物理试验。测试项目包括临界硼浓度,控制棒价值,硼价值,功率分布,慢化剂温度系数,最小停堆硼浓度,弹棒束价值等。试验结果表明,各项参数满足了堆芯设计和安全上的要求。     

SHB—5临界装置铀水栅堆芯硼微分价值和总后备反应性的测量

介绍了ＳＨＢ－５临界装置铀水栅堆芯硼微分价值的测量，给出了利用非线性牛顿迭代法得到的硼微分价值符合曲线和几种典型硼浓度的硼反应性积分价值；同时给出了利用硼微分价值符合曲线得到的控制棒积分价值、可燃毒物棒总价值和堆芯总后备反应性；这些结果与脉冲中子源法测量结果基本符合。     

压水堆内钍-铀增殖循环研究——堆芯设计

在全UOX（铀氧化物）堆芯平衡循环的基础上,研究了UOX/PuThOX（钚钍混合氧化物）混合堆芯和UOX/U3ThOX（工业级²³³U-钍混合氧化物）混合堆芯的燃料管理方案设计,实现了钍 铀增殖循环。U3ThOX燃料组件在堆内停留6个燃料循环,平均循环长度较参考的全UOX堆芯增加5 EFPD;U3ThOX燃料组件卸料后冷却1年时易裂变核素存量较装料时增加了7%。为比较分析,设计了UOX/MOX（钚铀混合氧化物）混合堆芯的燃料管理方案。核特性分析结果表明：1）装载PuThOX燃料对堆芯核特性产生的影响与装载MOX燃料类似,硼微分价值和控制棒价值减小、临界硼浓度变大、慢化剂温度系数更负、停堆裕量减小、多普勒亏损更大;2） UOX/U3ThOX混合堆芯和参考的全UOX堆芯具备相似的核特性。     

压水堆核电厂长循环停堆日期预测方法研究

长循环压水堆堆芯引入可燃毒物钆,以控制寿期堆芯初临界硼浓度并确保功率峰因子满足限值要求,钆的燃耗将释放正反应性,引起堆芯硼浓度的非线性下降,给长循环停堆日期预测造成干扰。为准确预测长循环的停堆日期,通过对实测硼降外推预测法、理论循环长度预测法、启动物理试验修正预测法和综合预测法的探讨和研究,结合核电厂实际运行数据验证表明,采用综合预测法具有更高的精度,更适用于长循环燃料管理策略下的停堆日期预测。     

基于共轭通量的蒙特卡罗临界硼浓度搜索方法

临界硼浓度搜索是反应堆设计和物理分析的重要组成部分。本文针对传统搜索方法需要多次临界计算、效率低的问题,发展了一种基于共轭通量的蒙特卡罗临界硼浓度搜索方法。该方法将临界硼浓度搜索视为微扰问题,采用共轭通量法进行微扰计算,并在蒙特卡罗模拟中使用反复裂变几率法计算共轭通量,只需对系统进行一次临界计算,就可以得到系统初始的共轭通量以及有效增殖因子对硼浓度变化的响应系数,使用该响应系数可直接计算得到系统临界硼浓度。西屋公司标准17×17组件模型的数值验证结果表明:本文方法可以有效应用于临界硼浓度搜索。