池式钠冷快堆二回路钠比活度研究

池式钠冷快堆中的二回路钠比活度影响二回路钠工艺间中的辐射剂量及分区、二次钠泄漏事故的环境影响和运行维修期间工作人员接受的辐射剂量。二回路钠比活度水平是由堆本体屏蔽决定的。本文以中国实验快堆(CEFR)为研究对象,通过研究它们之间的关系,找到设计池式钠冷快堆时确定二回路比活度设计值的方法。研究表明,二回路工艺间中冷阱间的剂量当量率决定了二回路钠比活度值的上限;而从堆容器材料损伤和二次钠事故后果等方面限制推算出的比活度限值远高于上限值,可以据此规律来确定中国示范快堆的二回路比活度设计值,并通过堆本体的屏蔽达到此设计值。     

钠冷快堆载热系统设计

本文概述钠冷快堆的载热系统,综合快堆冷却系统的设计原则和方法,提供某些重要数据。对钠冷快堆一次钠回路系统的“池式”和“管式”布置方案作了分析比较,认为实验快堆采用“管式”双回路载热系统比较合适。     

钠冷快堆中池式钠火的计算分析

文章论述了根据池式钠火的特点建立了理论模型 ,编制了SPOOL程序。该程序模拟钠燃烧过程中钠和氧气的化学反应 ,钠燃烧热在各种介质中不同方式的传递 ,钠气溶胶的产生、沉积 ,以及在各种通风条件下多种介质的质量和能量交换等瞬态过程 ,描述了钠燃烧过程中各种特征参数随时间的变化。其主要的计算参数包括房间内气体的压力和温度、房间建筑结构的温度、钠气溶胶质量浓度等等。用俄罗斯别洛雅尔斯克核电站实验和法国卡桑德拉 3号实验的数据 ,对SPOOL程序进行验证的结果表明 ,该程序的计算结果可信。该程序为国内钠冷快堆中池式钠火事故的安全分析提供了分析方法     

氢化锆用于小型钠冷快堆屏蔽的初步研究

为减少小型钠冷快堆（SSFR）堆侧的屏蔽厚度,本文选择氢化锆作为SSFR堆侧的屏蔽材料。使用一维离散纵标法（ANISN程序）计算了氢化锆在SSFR堆芯区能谱下的屏蔽特性,并计算了堆侧采用氢化锆和碳化硼的屏蔽厚度。结果表明：与堆侧采用碳化硼和不锈钢屏蔽相比,采用氢化锆和碳化硼屏蔽（碳化硼所占体积比小于0.3）,屏蔽厚度减小了大约20%。氢化锆和碳化硼混合屏蔽材料具有很好的屏蔽性能,可减小SSFR堆侧的屏蔽厚度。     

钠冷快堆中喷雾钠火的计算分析

根据钠冷快堆中喷雾钠火的特点建立了理论模型，编制了SSPRAY程序。该程序模拟钠喷雾燃料过程中钠滴的运动、钠和氧气的燃烧反应、热量传递和质量传递等瞬态过程。用该程序计算了气体和墙壁温度、气体压力、氧气摩尔份额、喷雾流燃烧速率和热量热递速率等主要参数。利用AI实验数据和美国SPRAY－3A的计算结果对程序进行了验证，结果符合较好。     

ATHLET程序的钠冷快堆应用扩展及其验证

系统分析程序是对钠冷快堆的冷却剂回路系统进行全局模拟、瞬态及事故安全分析的重要工具。本工作对德国核设施与反应堆安全机构（GRS）开发的轻水堆最佳估算系统程序ATHLET进行修改,增加了钠的物性公式和传热关系式,将其适用范围扩展到钠冷快堆。为验证修改过的ATHLET程序,对法国凤凰（Phenix）反应堆系统建模,并对其自然对流实验进行模拟,将计算结果与实验数据进行比较。结果显示,ATHLET程序的钠冷快堆应用扩展具有良好的适用性。     

钠冷快堆混合钠火程序开发

钠管道泄漏继而发生钠的燃烧为钠冷快堆特有的事故。在喷雾钠火模型和池式钠火模型基础上,将钠喷雾燃烧和池式燃烧进行了耦合,并针对钠冷快堆钠工艺间的结构特点,最终开发了混合钠火计算程序COMSFIRE。使用该程序计算了FAUNA喷雾钠火试验和CADARACHE池式钠火试验,并与试验结果和部分程序计算结果进行了对比。同时设计了混合燃烧算例,并使用该程序与CONTAIN-LMR程序进行了对比。通过计算结果的对比和分析,初步验证了程序的正确性。     

钠冷快堆系统程序FR-Sdaso开发

为解决600 MW示范快堆（CFR600）事故分析和工况设计中的实际问题,自主开发了钠冷快堆系统程序FR-Sdaso,其建模范围包括堆芯、一回路、二回路、三回路、四回路和事故余热排出系统,主要物理模型包括点堆模型、单通道堆芯热工模型、多区钠池模型、四区蒸汽发生器模型等核岛设备或部件分析模型,汽轮机、凝汽器、给水加热器、除氧器等常规岛设备采用集总参数模型,泵、阀门、管道及控制体等采用通用模型。对程序进行了初步验证,结果表明,FR-Sdaso程序可用于分析全厂瞬态工况及超功率、失流、失热阱等典型事故过程。目前,FR-Sdaso程序已用于CFR600的设计和安全分析。     

钠冷快堆自然循环组件子通道程序初步研发

本文为计算和分析钠冷快堆自然循环组件的热工水力特性,开发了钠冷快堆堆芯自然循环冷却组件子通道分析程序。基于61棒单组件模型,通过将本程序的结果与COBRA程序进行比较,验证了钠冷快堆堆芯自然循环冷却组件子通道分析程序对自然循环冷却组件的适用性。基于多盒组件模型,初步验证了本程序具备自然循环冷却组件的流量分配和盒间换热计算的功能。本程序能为池式快堆自然循环冷却组件提供有效的设计和分析工具。     

池式钠冷快堆系统分析程序开发

针对池式钠冷快堆的特点,在对快堆系统的水力模型、热工模型和中子动力学模型进行详细分类和建模的基础上,利用FORTRAN95语言开发了可用于池式钠冷快堆事故分析的系统分析程序（FASYS程序）。以中国实验快堆为计算对象对FASYS程序模型进行了初步验证,所获得的结果和试验值与其他系统程序计算值符合良好,证明了所开发的系统分析程序的正确性。     

钠冷快堆的失流事故分析

钠冷快堆的失流事故分析王平，朱继洲（西安交通大学）关键词钠冷快堆，事故分析，失流１引言在钠冷快堆中，最典型的堆芯冷却系统故障或破坏事故是失流事故。作为设计基准事故之一，失流事故一旦发生，就要求事故保护停堆系统立即动作，实现事故保护停堆。但是，如果反应...     

钠冷快堆换料系统可靠性研究

由于中子通量以及冷却剂运行温度高,钠冷快中子反应堆（简称钠冷快堆）的换料周期较一般轻水反应堆短。同时,换料过程中隔绝空气的要求以及换料设备本身的复杂性,钠冷快堆只能逐根进行换料,使得总的换料时间较轻水反应堆长。本文采用失效模式与影响分析、故障树分析等方法对典型钠冷快堆换料系统各部分的可靠性进行评价,获得了换料系统每次换料期间的失效概率。基于换料系统各部分失效的影响、失效概率以及恢复时间,分析了换料系统不同失效模式对反应堆运行效率的影响。     

钠冷快堆钠火概率安全评价方法研究

钠火事故是钠冷快堆的典型和特有事故,且很可能是反应堆总风险的主要贡献因素之一。本文在介绍钠火事故特点的基础上,研究使用概率安全分析评价钠冷快堆钠火风险的方法。以中国实验快堆反应堆大厅钠火事故为实例,计算得到反应堆大厅钠火导致的堆芯损坏频率为1.19×10^-8/(堆•年)。在此基础上进一步讨论目前钠火概率安全评价中尚需研究的关键问题。     

池式钠冷快堆熔融物堆内滞留初步分析研究

为防止堆芯熔毁后熔融物熔穿反应堆容器,造成大量放射性释放,三、四代反应堆设计中普遍考虑了熔融物滞留方案。池式钠冷快堆在主容器底部安装堆芯熔化收集器,对熔融物进行有效收集和长时冷却。利用中国原子能科学研究院自主开发的FRTAC程序,计算堆芯熔毁后主容器内的自然循环,分析熔融物长时冷却过程,研究钠冷快堆的熔融物堆内滞留方案。结果表明：熔融物掉落至堆芯熔化收集器上后,主容器内的自然循环可以有效冷却熔融物,并由事故余热排出系统将余热导出至大气环境中。     

钠冷快堆超导钠泵建模与性能研究

为克服钠冷快堆机械式钠泵机械磨损、噪声大、泄漏以及普通电磁泵流量小、扬程小等问题，提出了大流量鞍型磁体的电磁泵作为驱动钠循环的主泵设计方案。对其结构进行了研究并建立了相应的数学模型，利用Matlab编写程序进行了不同电流、磁感应强度和温度条件下泵的扬程、流量和效率的性能研究。结果表明，扬程随通道宽度的增加、电流的减小、磁感应强度的减小而减小，效率随电流的减小、磁感应强度的减小而减小，温度高于400 ℃时由于接触电阻的降低可使效率提高，鞍型超导钠泵的流量可由电流、磁感应强度控制，但较为实用的是电流控制。该研究可为具体设计提供依据。     

钠冷快堆蒸汽发生器小钠水反应现象数值模拟

蒸汽发生器（SG）是钠冷快堆二回路主冷却系统的关键设备之一,其传热管破损会导致钠水反应事故,产生大量氢气、腐蚀性产物并放出热量,严重影响SG的安全运行。本文用FLUENT对小泄漏钠水反应区的瞬态现象进行数值模拟,计算得到泄漏孔径为0.2 mm时反应区最高温度可达1 564 K,最高温度随泄漏率的增加而升高,但保持在一定范围内,结果均与日本实验结果吻合,并且泄漏率会影响产物NaOH和H₂的扩散与分布。本文采用的数值模拟方法可用于小钠水反应现象分析,可得到不同泄漏率下小钠水反应能达到的最高温度、反应区任意位置的NaOH浓度和H₂浓度,以预测邻管损耗和失效时间,有利于进一步开展小钠水反应事故安全分析。     

钠冷快堆控制棒分段设计研究

在钠冷快堆中,反应堆运行时的反应性补偿和停堆安全主要由控制棒来实现。当前的钠冷快堆设计中,一般含有安全棒、补偿棒和调节棒。其中,补偿棒中10B的富集度较高,使补偿棒的燃耗较高,且发热量较大,并造成周围燃料组件功率峰因子偏大。本文提出一种分段设计方案,可用于改进上述缺点。该方案相比于传统方案,控制棒发热减小约30%,控制棒燃耗减小50%,并能有效改善周围燃料组件的功率峰因子,控制棒更换周期可提升1倍。     

钠冷快堆燃料破损定位方法综述

反应堆燃料元件破损后,为了确保运行安全和及时处理破损事故,必须对破损的燃料组件进行定位操作。本文广泛调研了国际上钠冷快堆中采用的各种燃料破损定位方法,介绍了定位原理,评析各种方法的应用范围和缺陷,展望了燃料破损定位技术的研发趋势,为我国钠冷快堆燃料破损定位方法的选择提供了参考依据。     

钠冷快堆钠雾火事故三维数值模拟

针对钠冷快堆可能发生的钠雾火事故,开发和研制了一套用于钠火事故分析,能求解发生钠雾火事故后,事故空间3维的气体温度分布和化学成份分布的程序。本文详细介绍了分析求解钠雾火的燃烧模型和热传输模型,以及计算空间流场采用的计算方法和步骤,并将计算结果与试验值进行了比较：结果表明,二者符合较好。     

基于超临界二氧化碳布雷顿循环的钠冷快堆方案研究

超临界二氧化碳布雷顿循环因热效率高、布置紧凑等特点受到了广泛的关注,多种核能系统将其列为备选的动力循环系统。为研究基于超临界二氧化碳布雷顿循环的钠冷快堆系统的特点,本文在调研和分析的基础上,从反应堆回路数目、动力循环方式、系统参数选取及设备材料选型等方面开展了分析与对比,针对给定的系统配置方式初步分析了系统主要参数特点,并对应用于钠冷快堆的超临界二氧化碳动力循环系统的发展提出了建议。