CFR600核设计中控制棒价值非均匀效应的群常数修正方法研究

CFR600堆芯反应性控制和停堆仅使用控制棒,其价值计算的准确性对核设计至关重要。CFR600核设计计算中,组件使用直接体积均匀化,不考虑非均匀效应。但控制棒非均匀效应较强,需进行修正。本文研究控制棒非均匀效应的群常数修正方法,推导通量权重和反应性等效方法的理论计算公式;结合细网差分程序,开发完成群常数修正计算程序CREC;对CFR600安全棒和补偿棒的12群群常数进行修正计算研究,并验证了控制棒价值非均匀修正的计算结果。通量权重和反应性等效方法的计算结果与参考值吻合较好,此两种方法均可对控制棒价值非均匀效应进行有效修正。     

考虑格架的控制棒尖齿效应研究

利用节块法计算控制棒效应时,若处理不好控制棒价值会出现锯齿状的变化,即控制棒尖齿效应。本文利用一维模拟三维,分别将体积权重方法、轴向细网通量体积权重方法和带轴向不连续因子的轴向细网通量体积权重方法对不考虑格架和考虑格架时的控制棒尖齿效应进行修正,并比较其结果的差异。结果表明,格架带来的误差不可忽视,应选择较好的方法来得到均匀化截面,此外加入轴向不连续因子可明显减少均匀化所带来的误差。     

可显式处理燃料组件轴向非均匀性的粗网节块方法

针对传统节块方法无法妥善处理节块内由于燃料组件定位格架或部分插入的控制棒而引入的非均匀性这一弱点,提出2种可显式处理这类非均匀性的方法。以国际原子能机构(IAEA)公布的三维基准问题及实际电厂反应堆问题为例对这2种方法进行计算验证,计算验证表明,本文建议的方法可以实现在粗网节块法的框架内直接显式处理燃料组件的轴向非均匀性。     

SPH等效均匀化方法研究

SPH等效均匀化方法是一种通过调整截面参数使得均匀化前后反应率保持守恒的均匀化方法。近年来,由于计算机硬件条件的飞速发展和对更高精度堆芯分析能力的要求,基于Pin-by-Pin的全堆芯计算越来越受到业界的关注。SPH均匀化方法不需要保存额外的均匀化参数(不连续因子),是栅元均匀化的首选方法之一。本文研究了SPH因子的求解方法及其应用,证明了在组件层面上SPH修正后均匀的扩散计算能够完全恢复非均匀输运计算结果。本文对由UO2燃料和MOX燃料组成的Colorset问题进行了检验,数值结果表明,与传统的通量-体积权重的均匀化方法相比,基于SPH均匀化方法的细网计算可以更好的预测控制棒价值和燃料棒功率分布。     

气冷快堆燃料组件均匀化初步研究

气冷快堆是第4代核能系统候选方案之一,具有高温多用途、能增殖等优点。本工作以一气冷快堆的设计方案为研究对象,针对单组件模型和全堆芯模型,采用MCNP耦合ORIGEN的方法,计算了有关临界、燃耗过程的几个重要物理特性,比较了采用精细化结构和组件均匀化方法在计算精度、计算时间等的差别,说明了采用组件均匀化方法进行气冷快堆全堆燃耗计算的必要性和可行性。     

核电厂控制棒价值测量评价方法改进研究

控制棒价值测量是核电厂物理试验的一项重要的内容.试验测量得到的棒价值需要与理论值进行比较,确保其偏差小于要求的限值.该试验不但验证堆芯满足核设计和技术规格书的要求,以保证安全分析结果的有效性.国内各压水堆电厂的大量试验数据表明,传统的控制棒计算方法得到的理论数据用于测量评价往往出现较大偏差.本文通过对传统的控制棒计算方...     

西安脉冲堆反应性测量空间效应修正方法研究

反应性是反应堆重要的物理参数,在西安脉冲堆上增加反应性实时监测功能,能够为操纵员提供反应性实时大小和变化趋势,有利于其安全运行。逆动态方法以其实时性好、能测量任意反应性引入而被广泛应用于反应性测量,但由于控制棒的移动会导致中子注量率空间分布前后不一致,而出现偏差。本文对逆动态方法和静态空间效应因子进行了理论分析,给出了相应的计算方法;以西安脉冲堆为研究对象,使用蒙特卡罗（MCNP）程序计算了探测器三维空间的响应函数,同时计算了归一化节块功率密度,由此得到静态空间效应因子;最后在脉冲堆上进行了不同棒速下插控制棒实验,处理实验数据得到控制棒积分价值曲线。结果表明,进行空间效应修正是必要的,经修正后计算得到的控制棒价值曲线更稳定,计算结果与真实值误差更小。      

粗网节块法中控制棒尖端效应研究

如何处理控制棒部分插入节块情况、避免出现控制棒尖端效应是采用粗网方法计算控制棒微分价值时的一个重要问题。本文在相关研究工作的基础上,研究了该问题的一种处理方法。该方法通过对插棒组件进行附加的一维轴向细网计算来产生部分插棒节块的等效均匀化截面,并对部分插棒节块应用轴向不连续因子,数值验证结果表明,该方法即使在不进行三维-一维耦合迭代计算的情况下,仍然可以有效地消减控制棒尖端效应。     

铅铋堆零功率实验装置控制棒价值测量及方法优化

零功率实验装置的控制棒价值测量一般采用周期法、置换法或落棒法对刻棒实验进行简单处理。为提高刻棒效率,本文提出了无补偿的多步降棒刻棒方法,采用该方法对我国首个铅铋堆零功率实验装置控制棒价值进行了测量,与补偿刻棒方式及落棒法测量结果进行了对比,并通过理论计算验证了该方法的准确性。结果表明：本文方法有效降低了空间效应对测量值的影响,控制棒价值测量结果准确可靠,可在较短时间内完成较高精度的刻棒实验,适用于需经常更换装料方案的临界实验装置。     

组件均匀化中的边界条件误差修正方法研究

目前常用堆芯物理计算程序在进行组件等效均匀化时大都采用反射边界条件,本文分析了真实边界条件对组件均匀化参数的具体影响,并将这些影响归结为四个可以量化的效应,然后通过线性化假设,得到影响公式.在一个测试模型上的计算发现,通过这四个效应的修正能有效还原回Colorset输运解.该方法可以在不增加更多计算时间的前提下,使采用...     

固定棒位法测量控制棒总价值

控制棒价值测量的准确度与效率对核电厂的安全性与经济性具有重要影响。在动态刻棒等反应性测量工作中,本底与中子源对探测器有显著影响,致使根据实测电流计算得到的反应性显著偏离真实值。基于点堆逆动态方程,通过对本底与中子源影响的分析,利用固定棒位状态下的测量数据计算反应性并得到控制棒总价值,给出了一种不受本底与中子源影响的简便的控制棒总价值测量计算方法,并在零功率实验装置上进行验证。结果表明,该方法可有效避免本底和中子源组件对反应性探测的影响,并简化了离线理论计算,其与周期法计算结果的相对偏差在1%以内。     

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。     

Research on Segment Design of Control Rod in Sodium-cooled Fast Reactor

In sodium-cooled fast reactors, control rods are commonly used to compensate for the excess reactivity and shut down the reactor. The traditional sodium-cooled fast reactor design consists of the safety rod, shim rod and regulating rod. The 10B enrichment of the shim rods is relatively higher, which unavoidably increases the burnup, the heat generation and the power peak factor of the fuel assemblies around the shim rods. To solve this issue, the segment design of control rods was proposed. Compared with traditional design, the new design can significantly reduce the heat generation by about 30 percent and burnup of control rods by about 50 percent, as well as improve the power peak factor of the fuel assemblies around the shim rods. The replacement cycle of the control rods can be extended by time.     

Control Rod Worth Measurement and Method Optimization of Lead-bismuth Reactor Zero-power Experimental Device

The control rod worth measurement of the zero-power experimental device is generally performed by the periodic method, the substitution method or the rod drop method. In order to improve the efficiency of measurement, a multi-step rod-insertion method without compensation was proposed. The control rod worth of the first lead-bismuth reactor zero-power experimental device in China was measured by this method, and the results were compared with those obtained by the compensation method and the rod drop method. The accuracy of the method was verified by theoretical calculations. The results indicate that this method effectively reduces the space effect on measured worth, and the measurement results of control rod worth are accurate and reliable. The method can complete the higher precision rod worth measurement in a short time, and is suitable for the critical experimental device that needs to change the charging scheme frequently.     

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。     

Calculational Methods of Control Rod Worth for High Conversion Light Water Reactor

By making use of the isotope approximation; neglecting squares of relative mass differences among the isotopes, the authors derived analytically approximations to ordinary diffusion coefficients in a 3- and 4- component isotope mixture. Moreover, approximations to multi-component diffusion coefficients were given on the analogy of those to the 3- and 4-component coefficients, and these approximations were verified to satisfy constrains on the exact ordinary diffusion coefficients.

For 4-component mixture of uranium hexafluoride isotopes, ²³⁴UF_6- ²³⁵UF_6- ²³⁶UF_6- ²³⁸UF₆, composition dependences of the approximation were equal to those of the exact diffusion coefficients. In addition, relative errors between the exact and the approximations were less than 0.2% for 5-component mixture of krypton 80–82-83-84-86 isotopes.     

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。