中国实验快堆临界试验研究

中国实验快堆作为我国第1座快堆,于2010年7月21日取得首次净堆临界,完成一系列物理启动试验之后逐步取得冷态临界和热态临界。在临界试验过程中,采用了用控制棒进行临界外推的方法,顺利完成了3个状态的临界外推过程。临界试验的分析结果表明所采用的方法是合理有效的,且针对试验的相关理论计算结果是准确的。首次临界和冷态临界的最终临界状态下控制棒棒位的试验结果与理论计算结果的对比表明,两者符合良好。     

某压水堆首次装料次临界监督结果分析

某压水堆使用已活化的二次中子源（ASNS）完成首次装料。在首次装料期间,堆内临时中子探测器（TND）发生响应试验结果远高于仿真结果问题和计数率大幅度下降问题。为了查明上述问题的原因,监督工作组对二次中子源特性和由ASNS建立的辐射场进行了分析,对核燃料次临界增殖中子对TND计数率的影响进行了分析和验证,对使用ASNS进行反应堆首次装料的次临界监督数据进行了分析。结果表明：TND周围的辐射场为γ射线和中子形成的混合辐射场;在中子源组件与TND之间安装核燃料组件后,核燃料次临界增殖中子对TND计数率的影响是使其升高;ASNS衰变产生了大量γ射线,TND输出的γ脉冲在主放大器内发生峰堆积导致脉冲幅度畸变,TND响应试验结果远高于仿真结果的原因是脉冲幅度甄别器无法有效甄别畸变后的γ脉冲和中子脉冲;TND计数率大幅度下降的原因为核燃料中的铀屏蔽掉了由ASNS射向TND的大部分γ射线。源量程通道和TND的运行状态满足首次装料程序对次临界监督设备的要求。     

蒙特卡罗方法用于HTR-10首次临界燃料装料预估的校算

在10MW球床式高温气冷实验堆(HTR—10)首次临界前．达到首次临界的堆芯燃料球装量预估是物理设计的一项重要任务．为了确保物理设计的可靠性．引入蒙特卡罗程序MCNP对VSOP程序的计算结果进行校验。根据HTR—10的特点对燃料元件和堆结构．设计出近似而合理的MCNP描述;再选择合理的计算特征值问题的参数,包括跳过的周期数、每周期标定的源数目和得到特征值的周期数;研究燃料球结构的不同描述对κeff的影响;确定较优的计算方案。该方案的计算结果表明,在27℃、空气气氛下,MCNP和VSOP程序预估的达到首次临界的总球数分别为16864个和16821个,相对误差为0．25％。HTR-10的首次临界实验表明．预估与实验的结果相对误差小于1．0％。     

启明星Ⅱ号零功率装置铅堆堆芯首次物理启动

启明星Ⅱ号铅堆堆芯的首次物理启动旨在完成国内首座铅冷快堆零功率装置的装料与达临界,掌握堆芯安全特性。考虑铅堆堆芯使用两种燃料元件,临界元件数量较大,不同区域的中子能谱与燃料元件价值差异大的特点,首次物理启动对启动中子源与中子计数探测器进行了选取与验证,评价了模拟元件对中子的散射与吸收的影响,制定了分区外推的装料方案。按照装料方案,铅堆堆芯完成了装料,安全实现了首次临界,测量了模拟元件、燃料元件、安全棒和调节棒反应性。本文工作为后续实验运行提供了重要的实验参数与临界装载方案。     

中国先进研究堆首次临界实验

首次临界对反应堆建设具有重要意义,标志着反应堆基本建成。本文介绍了中国先进研究堆首次临界实验的原理、方法、步骤和结果。在无参考堆,不进行零功率物理模拟实验的情况下,实验进程完全按理论计算的预期进行,向超临界过渡1次成功。实验结果与理论计算结果符合良好。     

5MW低功率堆物理启动

本文介绍5MW 低功率堆(5MW LPR)首次装料及首次临界试验。由于本堆使用有燃耗的燃料元件,铍作反射层,光激中子成为强的内中子源,其强度随着燃料元件装量的增加而增加。因此,装料时元件法外堆结果有较大的涨落,但整个装料过程是安全的。在次临界下,做了控制棒相对效率曲线,然后,提升控制棒,进行计数外推,达到首次临界。     

小型钠冷快堆装料方案研究

由中国原子能科学研究院设计的小型模块化钠冷快堆(简称M1),热功率为3 MW,作为一种封装核电源,采用模块化设计,在工厂进行装料,然后运输到厂址进行安装。考虑到工厂装料的特殊性和钠活泼的化学性质,采用一种新的装料模式——先装料后充钠。通过MCNP程序模拟计算,结果表明:根据M1的装料原则和核测系统,5批装料方案是合理的,同时充钠过程中堆内两个微型裂变电离室也可监测堆芯keff的变化。最终形成一套完备的小型钠冷快堆工厂装料方案,为其他小堆的装料提供启发和指导意义。     

小生境遗传算法优化压水堆换料的研究

提出一种基于小生境遗传算法的压水堆初装料优化方法,以大亚湾压水堆核电站堆芯燃料组件布置为参照模型,通过计算机编程语言将优化算法以及堆芯物理参数计算程序整合,堆内参数计算选用堆芯计算软件"donjon"以及组件计算软件"dragon",以此对大亚湾压水堆核电站初装料燃料组件布置进行优化计算,并将结果与相关研究文献对比分析,验证文中采用方法的正确性。经对比分析,证实文中提出方法能较好解决压水堆初装料问题,且优化过程中在有限初始群体个数及有限迭代次数下,算法全局搜索强,收敛速度快,收敛效果好。优化结果表明,kh满足安全限值范围(kh1.4),与参考方案相比keff得到增加,且在一定程度上优于参考文献值。     

基于正比计数管的核反应堆初次装料监测系统研制

为了确保反应堆初次装料及换料过程的安全临界，防止堆芯装料过程发生临界事故，研制核反应堆初次装料系统。对系统探测器组件、监测机柜、测量通道机箱及吊装方案进行设计，并对系统进行实验验证。对涂硼正比计数管为核心的探测器组件进行耐压、密封结构设计，电缆设计采用一体化、高屏蔽性、抗干扰的方案，以保证信号传输稳定性。信号处理装置采用机柜、插件式机箱形式，实现信号调理、脉冲计数、报警显示、周期值计算及历史记录等功能，测量通道机箱信号处理与显示插件隔离设计进一步保证系统的可靠性。经测试验证，该系统耐水压密封性、辐射特性及稳定性可满足初次装料过程中子注量率监测要求，已应用于防城港核电站3、4号机组。     

中国实验快堆平衡循环不倒料优化初步研究

中国实验快堆现有的平衡循环换料方案由专家经验得到。本工作采用自主开发的快堆堆芯燃料管理优化程序,对中国实验快堆平衡循环进行不倒料优化计算,通过与现有的平衡循环换料方案计算结果比较,对快堆堆芯燃料管理程序进行验证,说明现有的平衡循环换料方案是符合设计限值的较优方案,并给出优化的平衡循环不倒料换料方案。本工作结果表明,自主开发的快堆堆芯燃料管理优化程序可成功用于中国实验快堆的平衡循环不倒料优化。     

CEFR组件替换反应性价值试验测量与计算分析

组件替换反应性价值定义为测量位置组件替换成相应组件时引入的反应性变化。中国实验快堆物理启动试验中组件替换反应性价值测量试验方案中,试验测量了8个典型位置,其中6个位置为燃料组件替换成不锈钢组件,另外两个为不锈钢组件替换成燃料组件。测量结果显示,燃料组件替换反应性价值由内至外依次减少,内圈燃料组件替换反应性价值约-980 pcm,外圈燃料组件替换反应性价值约-470 pcm,补偿棒棒组测量和单根补偿棒测量的结果差别微小。使用CITATION程序对试验方案进行了理论计算,结果表明,计算结果与实验值符合良好,检验了CITATION程序的工程设计实用性。     

钠冷快堆棒状燃料堆芯子通道分析程序开发及验证

热工水力分析软件的验证是安全审查重点关注的问题。为了实现不同设计软件间的对比验证,本工作开发出具有自主知识产权的钠冷快堆堆芯子通道分析程序SSCFR,进行中国实验快堆（CEFR）全堆芯稳态分析、子通道稳态分析及全堆芯瞬态分析,并将分析结果与CEFR运行和设计值进行对比。结果表明,SSCFR程序的计算结果与CEFR运行值及安全分析报告中的设计计算值符合较好,可用于钠冷快堆后续的软件对比验证及设计计算工作。     

中国实验快堆某辐照实验组件燃耗分布测量

在中国实验快堆（CEFR）上建立了实验组件燃耗分布测量的实验装置。对CEFR某一辐照实验组件中的4#及6#燃料元件棒进行了相对燃耗分布的测量,并与理论计算结果进行了比较。结果表明：两根燃料元件棒虽处于实验组件的不同位置,但相对燃耗分布基本一致;燃耗分布的实验测量结果与理论计算结果符合较好;实验组件燃耗分布测量的相对误差在10.2%以内。本文工作为开展快堆乏燃料组件燃耗测量奠定了基础。     

COMMEN程序燃料元件精细模型的开发和验证

COMMEN程序是中国原子能科学研究院开发的钠冷快堆堆芯严重事故分析程序,包含了热工水力学模块、结构模块以及中子学模块。本文介绍COMMEN程序的燃料元件精细模型,该模型对燃料芯块内部节点进行划分,从而详细描述了燃料元件棒的径向温度分布。使用含有燃料元件精细模型的COMMEN程序从反应性反馈方面对中国实验快堆的UTOP（无保护超功率）事故进行计算分析,并将SAS4A程序和COMMEN程序的计算结果进行对比验证。结果显示,燃料元件精细模型计算的燃料温度与SAS4A程序的计算结果符合很好,开发的COMMEN程序适用于UTOP事故分析。     

中国实验快堆燃料破损探测系统建模、计算与分析

在借鉴国外研究成果的同时,结合中国实验快堆(CEFR)燃料破损探测系统的设计特点,建立了CEFR燃料破损探测系统的计算模型,并根据所建计算模型,利用LabWindows/CVI开发了CEFR燃料破损探测系统计算分析程序。用该程序进行了缓发中子探测系统可探测最小破损面积的计算,并对裂变产物的释放产生比进行了计算验证。     

中国实验快堆热工参数的自适应BP神经网络预测方法研究

中国实验快堆（CEFR）堆芯的热工参数是否超出限值是评价反应堆安全运行的标准。本文针对燃料包壳最高温度预测问题,通过堆芯子通道分析程序COBRA生成数据样本后,开发基于BP神经网络自适应算法的智能预测程序,对于特定的单盒组件,仅需给出堆芯进口功率和流量,即可实现燃料包壳最高温度的快速准确预测。结果表明,与COBRA相比,在大规模重复性计算的场景下,自开发程序能节约大量计算时间和算力,提高燃料包壳设计和CEFR运行时的操作效率。实验分析得出BP神经网络方法的最大相对误差不超过6%,平均预测相对误差不超过3%,计算效率提升至原程序的300倍,网络模型的预测精度高,且易推广至实验快堆其他参数预测,具有很大的应用前景。     

六边形套管型燃料堆芯临界物理试验方案设计研究

为验证六边形套管型燃料堆芯核设计计算程序CELL和CPLEV2的计算精度和可靠性,本文根据六边形套管型燃料堆芯临界物理试验内容,提出了11个堆芯临界物理试验方案,并进行了计算论证分析。其中,临界质量测量方案考虑了计算与实际有偏差时,可以对堆芯布置进行微调,确保全提棒有效增殖因子与临界状态的偏差在可接受范围内。论证结果表明,本文提出的堆芯装载方案满足堆芯核设计程序可靠性检验要求,可以作为六边形套管型燃料堆芯临界物理试验方案。      

Research on Adaptive BP Neural Network Prediction Method for Thermal Parameters of China Experimental Fast Reactor

Whether the thermal-hydraulic parameters of China Experimental Fast Reactor (CEFR) core exceed the limit is the standard for evaluating the safe operation of the reactor. For the maximum temperature prediction problem of fuel cladding, after generating the data samples by the core sub-channel analysis code COBRA, an intelligent prediction code based on adaptive BP neural network algorithm was developed in the paper. For a specific single-box component, only the core inlet power and mass flow rate were required to achieve fast and accurate prediction of the fuel cladding maximum temperature. Compared with COBRA, in the scenario of large-scale repetitive calculation, self development code can save a lot of calculation time and rescource, and improve the operating efficiency of fuel cladding design and CEFR operation. The experimental analysis shows that the maximum relative error of BP neural network method is less than 6%, the average prediction relative error is less than 3%, and the calculation efficiency is improved to 300 times of the original code. So the prediction accuracy of the network model is high, and self development code is easy to apply to other parameter predictions of the experimental fast reactor.     

中国实验快堆发电能力分析研究

应用热平衡法建立了堆芯及回路间的换热模型,计算了其换热量及热损失。用等效焓降法建立了蒸汽动力转换系统的数学模型,开发了中国实验快堆(CEFR)发电能力计算分析软件,并利用40%额定功率首次并网发电的实验数据对程序进行了验证。利用开发的程序定量分析了导致实际发电能力与理论发电能力偏差的原因,并对CEFR 100%额定功率时的发电能力进行了预测。结果表明,若三回路热力系统能满足100%额定功率的运行参数,则CEFR的电功率能够达到20 MW的设计要求。