压水堆控制棒价值的亏损速率研究

分析了以天然铪、Ag-In-Cd合金、纯银、B4C为吸收体的控制棒的燃耗特性及价值亏损规律。结果表明,天然铪、纯银的控制棒价值随燃耗呈线性递减,而Ag-In-Cd合金、B4C呈非线性递减,在相同燃耗内B4C的控制棒价值亏损幅度最大,纯银的亏损幅度最小。除以Ag-In-Cd合金为吸收体的控制棒价值亏损速率在燃耗初期出现陡降外,其余吸收体的控制棒价值亏损速率均随燃耗的加深而出现不同程度的增加。     

铪替代银-铟-镉合金控制棒价值分析

随着我国锆铪分离技术的突破,核级海绵铪已经实现了工业规模的生产,为国内核电厂使用铪作为控制棒材料奠定了物质基础。本文从控制棒价值及控制棒材料燃耗特性角度,分析天然铪(Hf)、硼化铪(HfB₂)、氢化铪(HfH_X)、氧化铪(HfO₂)4种材料替代银-铟-镉合金(AIC)控制棒的可行性,分析结果表明:从增加控制棒价值的角度,替代AIC的优先顺序为HfB₂>HfH₃>Hf;从工程应用角度,应用于国内主流核电厂时,替代AIC的首选铪材料为Hf。     

小型模块化快堆中含铪控制棒的设计与分析

快堆一般采用以碳化硼（B4C）为吸收剂的控制棒进行反应性控制。小型模块化快堆中子泄漏率较大,增殖能力偏弱,单位燃耗反应性损失较大。模块化反应堆运行周期较长,且需要紧凑型堆芯设计,控制棒数量有限。因此,小型模块化快堆需要高10B富集度的B4C进行反应性控制。由于吸收剂燃耗深、功率密度高且导热能力受辐照削弱严重,B4C的安全使用寿命有限。本文通过对比硼化铪（HfB2）、氢化铪（HfH162）和传统B4C为吸收剂的控制棒的反应性价值、堆芯功率分布、堆芯反应性反馈系数、控制棒温度裕度与吸收剂燃耗深度,发现HfB2有更高的安全裕度和更长的安全使用寿命。HfH162控制棒略微改善了功率分布,但其高温氢气解离问题有待进一步研究。     

高温气冷堆控制棒硼燃耗特性分析

控制棒价值及其燃耗规律是核反应堆物理设计关注的要点之一。球床式高温气冷堆控制棒位于侧反射层石墨孔道中,吸收体为圆环形的B₄C,其燃耗特性具有特殊性。采用MCNP耦合燃耗计算模块的方法,对控制棒吸收体进行精细划分,分析了各子区域硼的详细燃耗特性及控制棒价值的变化规律。计算结果表明,由于强烈的空间自屏效应,虽然吸收体外层硼燃耗很多,但吸收体内层硼燃耗很少,因此,反应堆运行寿期末控制棒价值减少很小。     

低价值控制棒中子吸收体材料燃耗相关数据的制作及验证研究

本文从燃耗方程出发给出了燃耗计算相关数据的内容,提出了使用蒙卡燃耗计算程序作为基准程序进行燃耗计算相关数据制作和验证的方法。应用该方法制作了低价值控制棒中子吸收体材料铽(Tb)和镝(Dy)同位素燃耗计算相关数据。数值计算结果表明,新制作的燃耗计算相关数据具有很高的计算精度。最终给出了满足低价值控制棒中子吸收价值要求的铽镝合金设计方案的计算结果。     

小型长寿命快堆堆芯物理设计研究

完成使用金属燃料、液态钠冷却的小型长寿命快堆设计。长寿命反应堆要求在较长的时间内堆芯能够维持临界而不需任何的倒料或换料操作。燃耗反应性补偿的设计思路为：利用金属燃料较强的增殖能力实现较大的堆芯内转换比，以减小燃耗反应性损失，同时辅以控制棒补偿。     

HFETR控制棒钴吸收体安全性分析研究

高通量工程试验堆（HFETR）控制棒钴吸收体入堆至今已经20余年,本文对59Co的燃耗以及其燃耗对控制棒价值的影响进行了分析计算,结果表明,9#～14#控制棒的钴吸收体的平均燃耗和最大燃耗分别为4.02%和5.45%,4#和7#控制棒的钴吸收体的平均燃耗和最大燃耗分别为6.45%和10.38%;考虑钴吸收体燃耗的影响,9#～14#控制棒价值几乎不变,4#和7#控制棒价值下降0.15βeff（对于HFETR,1βeff=0.0071）;钴吸收体的燃耗使得堆芯次临界度下降0.16βeff,而反应堆的停堆棒位几乎不变,因此HFETR控制棒钴吸收体是安全的,且其燃耗对钴吸收体控制棒价值的影响较小,不影响反应堆的安全运行。      

反应堆控制棒铪板性能研究

铪材因其具有良好的综合性能,是反应堆控制棒的首选材料.在反应堆控制棒用铪材研制过程中,对化学成分、机械性能、腐蚀性能、物理性能等进行了试验研究.结果表明,铪材制造工艺合理,材料性能优良,满足控制棒材料的使用要求.     

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。     

热管式空间快堆精细化燃耗计算分析

裂变气体产物的积累会造成燃料元件失效,本文主要利用蒙特卡罗燃耗计算程序RMC对热管式空间快堆UN燃料精细化燃耗和放射性核素的产生进行了计算,研究了空间堆的精细燃耗分布以及UN燃料中裂变气体(主要是Xe和Kr)的积累随运行时间的变化规律。结果表明:百千瓦热管式锂冷空间堆过剩反应性满足7年不换料要求,寿期末的燃料与包壳之间的压强不足以造成燃料元件的破损,整个寿期空间堆燃料处于安全可靠的状态。     

双富集度18个月换料燃料管理可行性研究

针对核电厂18个月换料模式下组件批卸料燃耗不高、燃料利用率不高等问题,采用富集度分别为4.45%和4.95%的2种燃料组件进行燃料管理方案设计,给出了双富集度18个月换料的主要计算结果。结果表明,通过对燃料组件和可燃毒物进行合理化布置,双富集度18个月换料方案可以满足18个月换料周期运行的设计准则要求。在相同的循环长度下,堆芯平均卸料燃耗更高,组件使用费用更少,经济性更好。     

辐照对银铟镉控制棒价值的影响分析

为分析银铟镉（Ag-In-Cd）控制棒内各核素经反应堆中子辐照后的消耗情况以及核素消耗对控制棒价值的影响，本研究采用蒙特卡罗程序模拟了Ag-In-Cd控制棒内主要核素在反应堆运行期间的燃耗，并结合控制棒宏观中子吸收截面和控制棒内的中子注量率水平变化，分析了辐照前后控制棒价值的变化。研究结果表明，控制棒中113Cd随着辐照时间增加而加速消耗，107Ag、109Ag和115In消耗速率相对较慢；控制棒总的宏观中子吸收截面在辐照后降低，但是107Ag、109Ag和115In的中子吸收截面明显地增加；辐照后控制棒内的中子注量率增大，控制棒总中子吸收率无明显变化，即控制棒价值无明显变化。      

研究堆燃料管理研究

研究堆换料模型以日本JRR3M堆为基础建立,堆芯燃料管理采用以CITATION为主的程序包计算,包括:截面生成程序CSMAKE、堆芯计算程序CITATION、控制棒调节程序ARDP以及燃耗计算程序BURNFCTA。以此程序包对研究堆燃料管理进行改进研究,分别得到了满足不同改进要求的平衡循环方案。     

新型铪控制棒的研制

铪材具有良好的综合性能,是反应堆控制棒的首选材料.为了克服铪板辐照后的变形和力学性能下降等问题,增加控制棒的使用寿命,开展了新型控制棒组件的研制工作.在研制过程中,对铪材的化学成分、机械性能、腐蚀性能、物理性能等进行了试验研究,并进行了成品验证试验,证明此新型控制棒的设计和制造完全满足技术要求,具有良好的机械性能,能有效提高铪控制棒的使用寿命.     

秦山核电二期工程堆芯设计

介绍了秦山核电二期工程堆芯核设计的总体思路、设计内容及电厂实测结果与理论预计值的比较.设计吸取了20世纪90年代初压水堆核电站先进的设计思想,采用了低线功率密度堆芯,提高了堆芯安全裕量;换料设计中,采用1/4换料方式,既满足了年换料制要求,又提高了燃料利用率,燃料组件批平均卸料燃耗满足设计要求.按设计要求确定了堆芯燃料管理方式,完成了堆芯性能参数分析,满足了总体设计对循环长度、堆芯功率分布、慢化剂温度系数、停堆裕量、组件卸料燃耗限制等安全性和经济性要求.1号机组启动物理试验和功率运行实测结果表明,控制棒价值、临界硼浓度、等温温度系数以及堆芯功率分布等设计预期值与实测值符合良好.     

压水堆中嬗变99Tc和129I的计算研究

选取大亚湾压水堆作为嬗变参考堆,研究在压水堆中嬗变长寿命裂变产物⁹⁹Tc和¹²⁹I的可行性。计算结果表明：在1个换料周期（18个月）内,⁹⁹Tc的最大嬗变率为15.69%,¹²⁹I的最大嬗变率为9.18%。通过对不同堆芯方案进行安全性分析发现：添加⁹⁹Tc和¹²⁹I后,堆芯有效增殖因数k_eff降低且随燃耗变化的幅度变小;堆芯径向中子通量密度分布无明显变化但径向功率峰因子降低;考虑燃料温度系数、慢化剂温度系数、硼微分价值以及控制棒价值等,得出在反应性温度系数及反应性控制方面不会导致安全问题,相反有优化作用。因此,从安全角度分析,在压水堆中嬗变⁹⁹Tc和¹²⁹I是可行的。     

遗传算法在AC-600堆芯换料优化中的应用研究

对遗传算法在核电厂堆芯换料优化问题中的应用进行了初步研究,提出了新的编码和译码方法.并以AC-600反应堆为例,分别对低泄漏和外-内布置进行了功率峰因子最小和寿期最长的优化方案计算,得到了满意的优化结果.     

秦山重水堆卸料燃耗下降影响因素研究

秦山CANDU重水堆两个机组近年来卸料燃耗下降明显,直接影响机组的燃料经济性,增加了换料负担。本文从堆芯过剩反应性、慢化剂和冷却剂重水纯度、压力管蠕变和换料设计等各项因素对卸料燃耗的影响进行了理论分析,并使用物理程序根据这些参数的年度平均数据计算年度理论卸料燃耗,分析单项因素和整体的影响,最后总结提出了提升卸料燃耗的可行方法。     

不连续因子应用于高温气冷堆三维扩散计算

高温气冷堆的三维燃耗计算、三维控制棒价值计算、堆芯功率重构以及芯外探测器响应分析都必须通过三维计算实现.由于高温气冷堆侧反射层中控制棒与吸收球区均为强吸收体,因此,在该区域无法直接用扩散方法计算,而用输运方法实现三维计算又过于耗时.根据不连续因子理论,利用二维(R,θ)几何下输运-扩散耦合计算,实现控制棒与吸收球区的局部均匀化,求得不连续因子和均匀化截面.在此基础上,实现带不连续因子的三维扩散计算.计算结果表明:常规的扩散计算会带来误差,采用不连续因子修正的扩散计算,不但对中子注量率分布改善明显,对本征值、控制棒价值等的改善也很明显,可逼近精细的输运方程的结果,而计算量明显减少.带不连续因子修正的扩散计算是实现高温气冷堆三维计算的有效途径.     

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。