HTR-10余热排出系统的建模计算及试验验证

高温气冷堆的余热排出系统为非能动式系统,是一回路舱室冷却系统的组成部分之一。本文建立了10 MW高温气冷实验堆（HTR-10）余热排出系统在反应堆舱室内结构的三维模型,模拟HTR-10运行过程中余热排出系统的工作状况。在HTR-10上进行余热排出系统试验,获得了HTR-10在最高热功率为3 MW条件下余热排出系统的相关数据。将试验数据与模拟结果进行比对,结果表明：模拟结果与试验数据存在偏差。通过分析,提出从模型设计、工况适应性两方面对模型进行优化。     

10MW高温气冷堆乏燃料元件转运罐罐盖封压机构的研制

文章主要介绍10MW高温气冷堆（HTR-10）乏燃料元件转运罐罐盖封压机构的结构、功能、设计参数和工作原理。实验室和现场安装后的调试试验以及实际运行操作表明，该机构运行良好、可靠，完全满足HTR-10的使用和安全要求。     

HTR-10主氦循环风机的设计、试验和运行

主氦循环风机是10MW高温气冷实验堆(HTR-10)的关键设备,在250℃、3．0MPa的氦气气氛下将反应堆的热能输送到蒸汽发生器。针对反应堆的特殊要求,主氦循环风机的设计包括总体结构、叶轮型式、冷却系统．轴承,测量仪表、电气贯穿件和隔断阀对设计制造的主氦循环风机进行了出厂试验和安装后的冷、热态性能试验。按照反应堆的调试要求,主氦循环风机随反应堆的调试进行了初步运行。试验和运行结果表明,主氦循环风机达到了设计要求,能满足HTR-10的运行要求。     

HTR-10技术规格书在线监督系统

10MW高温气冷堆(HTR-10)技术规格书在线监督系统以HTR-10仪表与控制系统提供的数据为基础,采用智能模拟运行人员行为的方法．实时分析判断反应堆系统和设备的工作状态是否满足技术规格书的要求,同时自动按照规定的频度完成部分定期试验和检查工作．对于不能自动完成的检查项目及时提醒运行人员,弥补了人工执行技术规格书时因工作量大、容易出现漏项的不足。本文介绍了HTR-10技术规格书在线监督系统的模型、组成模块、技术开发特点以及具体应用中的注意事项和方法。     

HTR-10分散控制系统改造方案设计

10 MW高温气冷堆(HTR-10)的分散控制系统(DCS)执行对HTR-10的运行监测和控制功能.原DCS在设备可靠性、历史数据存储和转换等方面存在不足.根据HTR-10各工艺系统及控制对象的要求,分析了DCS的系统架构、功能和性能指标等;对I/O通道进行配置;提出以施耐德Quantum 67160系列产品为主要模件的多重冗余硬件平台以及分别以UNITY和iFIX作为系统软件平台和组态工具的配置方案;采用PTO模块完成对棒控和装卸料系统控制,使用智能仪表对交流采样方案进行改进,在通信网络中加设逻辑网关的办法实现第三方通信功能.该设计方案可有效解决HTR-10原DCS存在的问题,满足HTR-10对DCS的要求.     

HTR-10燃料装卸控制系统的改进

为满足10MW高温气冷试验堆(HTR-10)长期运行的要求,对燃料装卸控制系统进行了改进.利用OMRON C200HS可编程控制器,完成了系统自动化流程的设计;在保留操作台结合模拟屏进行监控的基础上,使用FIX6.15组态软件,实现了监控方式的数字化.本次改进有效地提高了燃料装卸系统的工作效率和安全性.     

高温气冷堆甲烷蒸汽重整制氢系统重整器性能数值分析

甲烷转化率和产氢量是反映重整器性能的重要指标。本文对匹配高温气冷堆HTR-10的蒸汽重整器性能进行数值分析。设定重整器氦气入口流量不变，研究不同氦气入口温度、压力，不同工艺气入口温度、压力、流量，以及不同水碳比对重整器性能的影响。在所研究的范围内，结果表明：氦气的入口温度对重整器性能有明显的影响；氦气的入口压力、工艺气的入口温度和压力对重整器性能影响较小；提高工艺气流量，甲烷转化率降低，但产氢量增加，而提高水碳比则有相反的变化关系。     

10 MW高温气冷实验堆硼吸收球停堆系统气力输送模拟试验研究

吸收球停堆系统是10MW高温气冷实验堆(HTR-10)的第二停堆系统,于紧急事故停堆之后、重新开堆之前投入运行,利用负压输送过程将在紧急停堆时进入反应堆堆芯落球孔道内的中子吸收球输送到位于堆顶的贮球罐内,实现正常开堆或反应堆再临界。运用气力输送的密相输送理论,对回路各部件和各管段的气固两相流阻力进行计算,并在1：1模拟试验台架上,以空气和氦气为载体,真实硼吸收球为物料,进行了气力输送试验研究。试验数据与理论分析相符合,吸收球第二停堆系统的气力输送功能满足HTR-10工程的技术要求。     

HTR-10一回路放射性石墨粉尘实验系统设计及研究

在10MW高温气冷堆(HTR-10)氦净化系统中,设计并建造了用于取样收集一回路放射性石墨粉尘的实验系统。结合国外已有的研究结果,根据HTR-10氦净化系统的运行参数进行了模拟计算。计算结果表明,该实验系统能有效过滤收集到的放射性石墨粉尘。所设计的取样过滤器便于拆卸和后期测量,可实现对放射性石墨粉尘进行长期系统的研究,给出反应堆不同运行工况下一回路氦净化系统中石墨粉尘及固体裂变核素活度的信息,将为HTR-10高温气冷堆裂变产物行为研究提供大量重要的实验研究数据。     

气力输送技术发展及其在高温气冷堆上的应用

气力输送是一种较为理想的输送方式.本文介绍近年来国内外气力输送技术的发展状况及趋势,概述了气力输送技术所涉及到的气固两相流、数值模拟和试验测量方法,总结了气力输送技术在现代工程上的实际应用情况,重点探讨了高温气冷堆HTR-10吸收球停堆系统、燃料球装卸系统上所使用的气力输送装置的设计分析方法与运行经验.     

百万千瓦级环形MOX燃料堆芯设计

对环形UO2燃料及环形MOX燃料组件参数的计算方法进行了研究。设计了包含193盒环形UO2和MOX燃料组件的混合型长周期(18个月)堆芯方案。对设计的堆芯的重要物理参数进行了分析,并对各循环进行了燃耗计算。结果表明,装载约30%MOX组件的堆芯可在百万千瓦功率下实现长周期换料。堆芯从初装载可安全过渡到平衡循环,各循环的重要物理参数均满足设计要求,说明设计的堆芯及燃料管理方案是安全可行的。     

NECP-X程序中基于全局-局部耦合策略的非棒状几何燃料共振计算方法研究

基于NECP-X程序中已经研发的全局-局部耦合共振计算方法,研究了针对非棒状几何燃料的共振计算方法。首先,采用中子流方法计算真实问题的丹可夫修正因子,以处理全局的空间效应;其次,基于丹可夫修正因子等效获得小规模问题周围慢化剂的几何信息;最后,对于小规模问题燃料区的有效自屏截面的计算采用共振伪核素子群方法。将该方法应用于非棒状几何燃料数值计算,结果表明,该方法在处理非棒状几何燃料栅元的共振计算时,与蒙特卡罗结果程序相比,微观吸收截面偏差不超过1.8%,无限介质增殖因数偏差不超过110 pcm(1 pcm=10^-5),具有较高的计算精度;在大规模问题的计算中,基于板状燃料的JRR-3M实验堆全堆在整个燃耗过程有效增殖因数偏差均在300pcm左右,组件功率偏差在整个燃耗过程不超过0.62%。因此,本研究提出的共振计算方法具有较高的正确率和精度。     

包覆燃料颗粒包覆层性能测试方法

高温气冷堆包覆燃料颗粒，是由ＵＯ２燃料核芯和在它上包覆热解碳和ＳｉＣ层材料构成。为测量这些微小颗粒包覆层材料的性能，专门研究了一些测试方法和专用仪器。本文简要地介绍了这些测试方法和测量精度     

ACP1000中MOX燃料组件管理初步研究

使用SCIENCE程序包对MOX燃料组件进行了初步设计和研究。在此基础上,对采用部分MOX燃料组件的ACP1000堆芯开展燃料管理研究,得到由全堆装载UO₂燃料组件向部分MOX燃料组件堆芯过渡的燃料管理方案,并对MOX燃料组件和部分MOX燃料组件堆芯的安全参数及其他重要参数进行分析和比较。分析结果表明,各种安全参数均满足设计要求,证明在ACP1000堆芯应用MOX燃料是可行的,并为进一步研究提供了参考。     

Modeling spent TRISO fuel for geological disposal: corrosion and failure under oxidizing conditions in the presence of water

High temperature gas reactors (HTGRs) are being considered for near term deployment in the United States under the GNEP program and farther term deployment under the Gen IV reactor design (U.S. DOE Nuclear Energy Research Advisory Committee, 2002). A common factor among current HTGR (prismatic or pebble) designs is the use of TRISO coated particle fuel. TRISO refers to the three types of coating layers (pyrolytic carbon, porous carbon, and silicon carbide) around the fuel kernel, which is both protected and contained by the layers. While there have been a number of reactors operated with coated particle fuel, and extensive amount of research has gone into designing new HTGRs, little work has been done on modeling and analysing the degradation rates of spent TRISO fuel for permanent geological disposal. An integral part of developing a spent fuel degradation modeling was to analyze the waste form without taking any consideration for engineering barriers. A basic model was developed to simulate the time to failure of spent TRISO fuel in a repository environment. Preliminary verification of the model was performed with comparison to output from a proprietary model called GARGOYLE that was also used to model degradation rates of TRISO fuel. A sensitivity study was performed to determine which fuel and repository parameters had the most significant effect on the predicted time to fuel particle failure. Results of the analysis indicate corrosion rates and thicknesses of the outer pyrolytic carbon and silicon carbide layers, along with the time dependent temperature of the spent fuel in the repository environment, have a significant effect on the time to particle failure. The thicknesses of the kernel, buffer, and IPyC layers along with the strength of the SiC layer and the pressure in the TRISO particle did not significantly alter the results from the model. It can be concluded that a better understanding of the corrosion rates of the OPyC and SiC layers, along with increasing the quality control of the OPyC and SiC layer thicknesses, can significantly reduce uncertainty in estimates of the time to failure of spent TRISO fuel in a repository environment.     

聚变-裂变混合堆设计研究

利用MCNP5和MONK9A程序对聚变驱动裂变混合堆进行了初步研究,在等离子体第1壁外侧依次包覆长方体形状的燃料组件和产氚组件,形成裂变堆芯包层和产氚区.对分别装载贫铀、天然铀、贫铀MOX和天然铀MOX等4种燃料的混合堆进行了研究分析,其中,后两种燃料在整个运行寿期内的功率放大倍数和氚增殖比满足设计要求.通过随燃耗变化的同位素含量分析,初步探讨了混合堆的铀-钚燃耗循环策略.     

压水堆核燃料组件价格形成及对核发电成本的影响初探

从分析核燃料组件价格的形成入手,讨论了核燃料组件价格的形成特点及其对核发电成本的影响。     

Current status of researches on the plutonium rock-like oxide fuel and its burning in light water reactors

Intention of the ROX-LWR system research is to provide an option for utilization or disposition of surplus plutonium. Researches on inert matrix materials and irradiation performance shows that the most favorable candidate for the ROX fuel is a particle dispersed fuel where small particles consisted of yttria stabilized zirconia, PuO₂ and some additives are homogeneously dispersed in spinel matrix. Reactor safety analyses show that the ROX fueled PWR core has nearly the same performability as the existing UO₂ fueled PWR under both reactivity initiated accidents and loss of coolant accidents.     

燃料破损在线探测系统在核电厂的应用与分析

国内两台核电机组分别安装了1套由中国原子能科学研究院研制的燃料破损在线探测系统（FDDS）。通过FDDS对两台核电机组发生燃料破损时的连续监测和分析,表明FDDS在核电厂一回路放射性核素活度浓度在线测量及燃料破损监测中发挥了良好的作用,弥补了化学取样分析方法的不足。     

Additional studies of criticality safety of failed used nuclear fuel

Commercial used nuclear fuel (UNF) in the USA is expected to remain in storage for periods potentially greater than 40 years. Extended storage (ES) time and irradiation to high burnup values (>45 GWd t^?1) may increase the potential for fuel failure during normal and accident conditions involving storage and transportation. Fuel failure, depending on the severity, could result in changes to the geometric configuration of the fuel, which has safety and regulatory implications. The likelihood and extent of fuel reconfiguration and its impact on the safety of the UNF are not well understood. The objective of this work is to assess and quantify the impact of fuel reconfiguration due to fuel failure on the criticality safety of UNF in storage and transportation casks. Criticality analyses are conducted considering representative UNF designs covering a range of enrichments and burnups in multiple cask systems. Prior work developed a set of failed fuel configuration categories, and specific configurations were evaluated to understand trends and quantify the consequences of worst case potential reconfiguration progressions. These results are summarised here and indicate that the potential impacts on subcriticality can be rather significant for certain configurations (e.g. >20% Δk_eff). However, for credible fuel failure configurations from ES or transportation following ES, the consequences are judged to be manageable (e.g. <5% Δk_eff). The current work expands on the previous efforts by including part length rods in fresh boiling water reactor fuel assemblies and studying the effect of damage in varying numbers of fuel assemblies.