田湾核电站乏燃料干式贮存临界安全计算研究

以CASTOR 1000/19干式贮存容器装载田湾核电站六角形乏燃料组件为例,研究六角形乏燃料干式贮存的临界安全问题。基于新燃料假设,应用MONK9A程序对贮存容器满装载乏燃料进行不同工况下k_eff的计算。计算结果表明：正常工况下,k_eff远小于临界安全限值,是临界安全的;事故工况下,当²³⁵U富集度大于3.15%时,系统存在临界安全风险,须减少乏燃料装载量来确保临界安全。考虑燃耗信任制后,采用相同的模型计算得出贮存容器满装载的参考装载曲线,按此曲线要求装载能确保所有工况下的系统临界安全。采用燃耗信任制技术提高了贮存容器的利用率。该研究可为田湾核电站采用乏燃料干式贮存方案提供依据。     

截短型燃料组件堆内贮存临界安全分析

基于小型压水堆特有的截短型燃料组件,建立乏燃料贮存水池几何模型,分析正常贮存及事故工况下的临界安全。选取合理的保守假设,建立适当的计算模型,分别计算了一区和二区正常贮存工况、地震事故工况、组件跌落事故工况、新组件误插入事故工况的反应性。计算得到事故工况下有效增值因子最大值为0.932 83。小型压水堆乏燃料贮存水池临界安全分析中,正常工况及事故工况下计算结果均小于0.95。该设计模型可确保燃料堆内贮存区域处于次临界状态,且安全可控。     

基于SCALE的压水堆乏燃料贮存水池临界安全分析

基于国际先进的核设计与安全分析计算程序SCALE,针对我国自主研发的先进压水堆乏燃料贮存水池,建立恰当的计算模型,并选取合理的保守假设,计算乏燃料水池正常贮存及事故工况下的反应性,评估计算模型的临界安全,分析该程序对我国先进反应堆乏池计算的适用性。计算结果表明该先进压水堆乏燃料贮存水池正常贮存工况及事故工况的有效增值因子均小于0.95,处于次临界状态。该设计模型可确保燃料堆内贮存区域临界状态安全可控。SCALE计算程序适用于我国自主研发的先进压水堆乏燃料水池临界安全计算。     

基于SCALE的RFA改进型燃料组件堆内贮存临界安全分析

RFA改进型燃料组件是西屋公司设计的能应用于大功率先进压水堆的改进型燃料组件。SCALE计算程序是一款在国际上得到广泛认可的综合性建模及模拟程序包,可用于核设计与核安全分析。基于SCALE计算程序,针对大功率先进压水堆的乏燃料贮存水池,建立恰当的计算模型,并选取合理的保守假设,分析乏燃料水池正常贮存及事故工况下的临界安全。计算结果表明一区正常贮存工况keff值为0.901 29,组件跌落事故工况下,有效增值因子为0.907 93。二区正常贮存工况下,计算模型keff值为0.909 98,新燃料组件误插入事故工况keff值为0.924 07。先进压水堆乏燃料贮存水池正常贮存工况及事故工况的有效增值因子均小于0.95,处于次临界状态。该设计模型可确保燃料堆内贮存区域临界状态安全可控。     

秦山第二核电厂乏燃料水池失去冷却后最短响应时间分析

全厂断电事故工况下,反应堆乏燃料水池冷却和处理系统存在较大的停运风险。为避免反应堆乏燃料水池失去冷却事故工况的进一步恶化,使用ORIGEN-S程序计算了不同状态下从乏燃料水池失去冷却到乏燃料组件裸露的最短时间。结果表明,在最恶劣工况下,乏燃料组件裸露的最短时间为79.2h,该结果也被用于制定秦山第二核电厂的应急响应行动计划。     

核电厂乏燃料组件厂内转运关键设备研制

乏燃料组件厂内转运是解决核电厂燃料水池贮存空间不足问题的方法之一。本文分析了乏燃料组件厂内转运的设计准则、安全风险,介绍了用于运输容器内破损组件检测和运输容器内组件冷却用设备的工作原理及其应用情况。应用结果表明:破损检测设备可以快速有效地检测乏燃料运输容器内是否存在破损组件;乏燃料组件冷却设备可以较为安全地冷却装有乏燃料组件的运输容器。      

中国实验快堆堆芯围桶开孔对正常运行工况影响的分析

堆芯围桶开孔是中国实验快堆(CEFR)事故余热排出系统的重要组成部分之一,是保证该系统形成自然循环排出反应堆事故后剩余发热的关键环节。本文应用通用计算流体力学软件CFX对CEFR堆芯围桶开孔对反应堆正常运行工况的影响进行了模拟,计算了在正常工况运行时,CEFR的反射组件与屏蔽组件热功率对堆芯围桶开孔附近温度场以及流场的影响,给出了堆芯围桶开孔区域的三维温度场、三维流场以及压力分布矢量图。结果表明,目前的设计在满足事故余热排出的要求同时,对反应堆正常运行工况的影响是可以接受的。     

核电站乏燃料贮存水池失去最终热阱时的安全分析

压水堆核电站一回路和乏燃料贮存水池的设备冷却水由海水冷却器提供.本文假设事故工况下,海水冷却器突然停止工作,利用热平衡方程,计算并分析了乏燃料贮存水池运行的安全性及作为冷却水源冷却其它一回路重要用户的可能性.计算表明:在本文的各种工况下,乏燃料贮存水池运行是安全的;除一种工况外,硼水还具有冷却其它设备的能力.     

海洋核动力平台乏燃料贮存格架设计及安全分析研究

针对海洋核动力平台乏燃料组件海上长期贮存所面临的安全保证问题,通过改进燃料组件与贮存小室之间固定形式、优化贮存小室与贮存格架本体之间连接形式以及增加贮存格架与乏燃料水池池壁之间的缓冲结构,设计了一种满足设计基准以及适应海洋环境的乏燃料贮存格架,并采用蒙特卡罗程序MCNP-5、计算流体力学软件Fluent 14.0、有限元分析软件ANSYS 17.0对该贮存格架进行临界、热工、结构仿真计算。结果表明,该贮存格架设计合理、安全性高,可为海上浮动式核电站乏燃料贮存提供解决方案。      

AP1000核电厂乏燃料贮存安全性分析

福岛事故暴露出了二代沸水堆乏燃料组件贮存的安全问题。本文比较了三代AP1000核电技术与二代沸水堆技术在乏燃料贮存方面的差异。AP1000核电厂乏燃料水池冷却系统运用先进的非能动设计,通过多种补水方式和补水水源以及沸水蒸汽排放控制等措施可有效地解决福岛事故中存在的问题,保障了乏燃料组件贮存的安全性。     

非能动压水堆核电厂乏燃料池风险评价

以非能动压水堆核电厂为研究对象,对可能引起乏燃料损伤的内部事件进行了风险评价。采用PSA软件RiskSpectrum建立事件树和故障树模型,进行乏燃料损伤频率（FDF）定量化。结果表明：在所有工况下总的FDF为2.05×10^-9/(堆•年),远小于堆芯的损伤频率（约2.41×10^-7/(堆•年)）;即使在放射性完全释放的假设下,乏燃料损伤导致的大量放射性释放频率仍较堆芯损伤导致的大量放射性释放频率（约2.38×10^-8/(堆•年)）低1个量级;由于非能动压水堆核电厂有多重预防缓解措施以应对乏燃料池（SFP）事故,SFP风险远低于堆芯风险,可实现核安全导则的安全目标。     

西安脉冲堆满功率运行工况内部始发事件一级概率安全评价

针对西安脉冲堆(XAPR)2 MW满功率运行工况,建立了内部始发事件一级概率安全评价(PSA)模型,对始发事件识别、事故序列分析及可靠性数据处理等进行了研究。应用小事件树-大故障树方法,在Risk Spectrum平台上完成XAPR堆芯损伤事故序列的定量分析。结果表明,XAPR内部事件导致的堆芯损伤频率(CDF)为4.14×10~(-6)/(堆·年),对CDF贡献最大的为堆水池堆芯高度处大破口失水事故,支配性事故序列是大破口失水事故后紧急排水系统失效。研究结果证明XAPR具有较高的安全性。     

福建福清核电厂一期工程乏燃料水池概率安全分析

以福建福清核电厂一期工程乏燃料水池为研究对象,对可能威胁乏燃料水池安全的内部始发事件进行了概率安全分析。评价了乏燃料水池中燃料元件损坏的风险,并将实施应急补水及液位连续监测这两项设计改进后的定量化结果与改进前的定量化结果进行比较分析。结果表明,改进项的实施明显降低了乏燃料水池燃料元件损坏的风险。     

Framework analysis of fluoride salt-cooled high temperature reactor probabilistic safety assessment

Probabilistic safety assessment(PSA) is important in nuclear safety review and analysis. Because the design and physics of the fluoride salt-cooled high temperature reactor(FHR) differ greatly from the pressurized water reactor(PWR), the methods and steps of PSA in FHR should be studied. The high-temperature gascooled reactor(HTR-PM) and sodium-cooled fast reactors have built the PSA framework, and the framework to finish the PSA analysis. The FHR is compared with the PWR, HTR-PM and sodium-cooled fast reactors from the physics, design and safety. The PSA framework of FHR is discussed. In the FHR, the fuel and coolant combination provides large thermal margins to fuel damage(hundreds of degrees centigrade). The tristructuralisotropic(TRISO) as the fuel is independent in FHR core and its failure is limited for the core. The core damage in Level 1 PSA is of lower frequency. Levels 1 and 2 PSA are combined in the FHR PSA analysis. The initiating events analysis is the beginning, and the source term analysis and the release types are the target. Finally, Level3 PSA is done.     

压水堆核电站大破口失水事故分析

压水堆核电站安全分析报告是核安全监管部门对其进行安全审查的重要文件,大破口失水事故是核电站运行的设计基准事故,是安全分析报告中的重要内容。本文使用RELAP5/MOD3.2进行压水堆冷管段大破口失水事故的计算,对比发现一回路冷管段发生双端断裂大破口时燃料元件包壳温度峰值（PCT）最高,且长时间维持在较高温度,此条件下反应堆最危险。计算结果表明,事故发生后,一回路压力迅速下降,堆芯冷却剂的流动性变差,导致堆芯裸露,燃料包壳温度又重新回升。通过安注系统和辅助给水系统等一系列动作,能保证燃料元件包壳温度不超过1204 ℃的限值。     

Gallium-cooled liquid metallic-fueled fast reactor

We have examined the effects on core characteristics of using two different types of Pu-based metallic alloy fuels in the gallium-cooled fast reactor core. In the proposed concept, the liquid metal fast nuclear reactor uses metallic fuel in the liquid phase and gallium coolant at high temperature (inlet 1700K, outlet 1900K). The liquid fuel is continuously supplied to the reactor during operation at full reactor power. The reactor power is controlled by rotational control drums with absorber material. The aim was to evaluate reactor core neutronics and safety characteristics demonstrating a feasibility of the reactor system. Although gallium has large absorption cross section in the high neutron energy region, we can design the core with rather good neutronics performances. The large negative reactivity feedback induced by the thermal expansion of liquid metallic fuel ensures the core's inherent safety against the unprotected loss-of-flow transient.     

事故容错燃料在大破口事故下的安全分析

事故容错燃料（ATF）系统旨在当反应堆失去冷却后,提高核燃料及包壳的安全特性,在正常工况下相比现在的UO₂-Zr系统更好。通过凭借先进材料的特性,ATF系统会明显延缓事故进程,为采取缓解措施提供更大的时间裕度。本文通过分析采用ATF的典型压水堆系统大破口事故（LBLOCA）设计基准事故以及叠加安注系统失效的极限严重事故,初步评估ATF在事故下的性能。分析结果表明,相比UO₂-Zr,ATF能降低大破口设计基准事故下的包壳峰值,延长严重事故下堆芯发生熔化的时间,具有更好的事故容错性。     

Containment for the low temperature district nuclear-heating reactor

An integral arrangement is adopted for the Low Temperature District Nuclear-Heating Reactor. The primary heat exchangers, control rod drives and spent fuel elements are put in the reactor pressure vessel together with the reactor core. The primary coolant flows in natural circulation through the reactor core and the primary heat exchangers. The primary coolant pipes penetrating the wall of the reactor pressure vessel are all of small diameters. The reactor vessel constitutes the main part of the pressure boundary of the primary coolant. Therefore a small sized metallic containment closed to the wall of the reactor vessel can be used for the reactor. Design principles and functions of the containment are the same as for the containment of a PWR. But the adoption of a small sized containment brings about some benefits such as a short period of manufacturing, relatively low cost, and ease for sealing. A loss of primary coolant accident would not be happened during a rupture accident of the primary coolant pressure boundary inside the containment owing to its intrinsic safety.     

功能可靠性分析方法在XAPR堆芯自然循环可靠性评价中的应用

功能失效是导致自然循环系统运行失效的重要因素,需要在其可靠性分析中予以考虑。基于功能可靠性评价流程,通过RELAP5程序模拟自然循环物理过程,对西安脉冲堆（XAPR）池水自然循环冷却堆芯能力的可靠性进行评价。结合中破口失水事故,根据包壳完整性的功能准则,确定影响自然循环的关键参数;采用拉丁超立方抽样确定输入参数组合,进行参数敏感性分析和功能可靠性评价,并将功能可靠性评价结果整合到概率安全评价（PSA）模型中。分析结果表明:在PSA模型中不仅需要考虑硬件可靠性,还应充分考虑功能可靠性,以更好地指导XAPR运行及提高其安全性。      

Inherent Prevention and Mitigation of Severe Accident Consequences in Sodium-Cooled Fast Reactors

Safety challenges for sodium-cooled fast reactors include maintaining core temperatures within design limits and assuring the geometry and integrity of the reactor core. Due to the high power density in the reactor core, heat removal requirements encourage the use of high-heat-transfer coolants such as liquid sodium. The variation of power across the core requires ducted assemblies to control fuel and coolant temperatures, which are also used to constrain core geometry. In a fast reactor, the fuel is not in the most neutronically reactive configuration during normal operation. Accidents leading to fuel melting, fuel pin failure, and fuel relocation can result in positive reactivity, increasing power, and possibly resulting in severe accident consequences including recriticalities that could threaten reactor and containment integrity. Inherent safety concepts, including favorable reactivity feedback, natural circulation cooling, and design choices resulting in favorable dispersive characteristics for failed fuel, can be used to increase the level of safety to the point where it is highly unlikely, or perhaps even not credible, for such severe accident consequences to occur.