含钆首循环长周期低泄漏装载技术研究

为找到含钆首循环实现长周期低泄漏堆芯装载的方法,以在"华龙一号"含钆首循环实现长周期低泄漏堆芯装载.通过研究含钆首循环长周期高泄漏堆芯装载方案的堆芯特性,找到制约含钆首循环实现长周期低泄漏堆芯装载的关键因素为循环寿期内轴向功率偏移变化大.对轴向功率偏移在首循环寿期内大幅变化的成因进行了深入的分析,并基于成因找到了针对性...     

CPR1000机组两种典型首循环长期低功率运行能力分析

针对目前CPR1000机组两种典型首循环堆芯装载方案(含硼玻璃或含钆)的长期低功率运行(ELPO)能力分别进行分析论证。结果表明,在增加适当的运行限制情况下,两种典型首循环堆芯装载方案进行ELPO均是可行的。     

百万千瓦级压水堆堆芯氙稳定性分析

由于压水堆堆芯对于总功率振荡具有固有的稳定性,且控制和保护系统对堆芯总功率不稳定提供了保护,因此关于堆芯稳定性的讨论仅限于氙致功率空间振荡(即氙稳定性)以及对径向功率分布和轴向功率分布的影响。本文主要通过三维及一维程序进行多种氙瞬态构造,对轴向氙振荡及径向氙振荡进行分析,以验证百万千瓦级压水堆堆芯在氙振荡方面是固有稳定的或可被控制的。计算结果表明,该堆芯在径向氙振荡方面固有稳定,首循环在轴向振荡方面稳定性较平衡循环略差,但可通过堆芯控制系统进行控制,使堆芯处于一个安全状态,燃料设计限值不被突破。     

CNP650压水堆不调硼负荷跟踪可行性研究

海南昌江核电厂等CNP650压水堆采用Mode-A控制模式,该模式采用黑体控制棒,有很好的基负荷运行能力,但负荷跟踪能力相对较差。而对一些具有小电网的国家或地区,负荷跟踪运行能力具有一定的市场需求。不调硼负荷跟踪通过棒控系统自动完成,大大减轻了操纵员负担;负荷跟踪过程基本不需要频繁地调硼操作,允许简化化学和容积控制系统设计,减少了废液处理成本。为此,在CNP650压水堆上进行了不调硼负荷跟踪研究。负荷跟踪过程主要有两个控制任务:一是反应性补偿;二是功率分布控制。根据不调硼负荷跟踪的控制任务,重新进行了控制棒的设计、分组和布置,设置两套独立控制的控制棒组(功率补偿棒组和轴向偏移控制棒组),分别用于堆芯反应性控制和轴向功率分布控制,以实现不调硼负荷跟踪。使用SCIENCE程序包进行典型的12h~3h~6h~3h、100%—50%—100%功率水平的日负荷循环计算来进行不调硼负荷跟踪分析。计算步骤为:进行三维堆芯模型计算;根据三维堆芯模型建立一维堆芯模型;在一维模型基础上,进行模拟计算。完成了海南昌江核电厂平衡循环寿期末典型的日负荷循环不调硼运行分析,模拟计算结果表明在CNP650压水堆上不调硼负荷跟踪运行模式是可行的。     

含钆堆芯平衡循环优化技术研究

通过对平衡循环燃料管理技术进行分析,确定对钆棒采用两端装UO₂芯块的轴向分区设计并提高UO₂-Gd₂O₃芯块中235U富集度的优化方法。根据钆棒两端不同长度UO₂芯块对堆芯轴向功率分布的影响初步确定了钆棒两端UO₂芯块的长度,根据UO₂-Gd₂O₃芯块中235U富集度对燃料经济性和制造的影响初步确定了UO₂-Gd₂O₃芯块中的235U富集度。分析了钆棒轴向分区和提高UO₂-Gd₂O₃芯块中235U富集度各自及综合相对于比较基准方案对堆芯功率分布的影响,优化方案相对于比较基准方案在Ⅰ和Ⅱ类反应性事故工况下对安全性的影响,并对优化方案中的UO₂-Gd₂O₃芯块进行了安全验证。研究结果表明,通过在钆棒两...     

AP1000核电厂首循环CIPS风险评价

CIPS(Crud Induced Power Shift),是指反应堆冷却剂系统内腐蚀积垢物在燃料棒表面沉积而导致轴向功率峰值向堆芯入口处偏移的现象.这一现象会影响核电厂运行的安全性,如:使降功率时轴向功率分布控制困难、停堆裕量减少、反应堆启堆时的临界工况评价出现偏差等,进而影响经济性.本文阐述了CIPS现象的成因、危害、风险降低途径,并使用3D核设计程序、热工-水力子通道程序和CIPS评价专用程序对AP1000核电厂首循环的CIPS风险进行了分析并给出了降低风险的建议.     

燃料污垢引发堆芯轴向功率偏移的量化分析研究

压水堆一回路系统产生的氧化腐蚀产物，由于过冷沸腾在燃料棒表面发生沉积产生燃料污垢，冷却剂中的可溶硼也会在其中吸附，进而引发堆芯的轴向功率偏移异常，影响堆芯安全和运行。针对燃料污垢的形貌特征，首先采用蒙特卡罗方法建立燃料污垢层的中子学计算模型，考虑其强中子吸收效应以及空间自屏效应，评价燃料污垢层不同等效模拟方法的计算精度。基于评价结果，确定燃料污垢的模拟方法，并在堆芯核设计程序中予以实现。基于该方法，对设计堆芯的多循环燃料管理方案中，燃料污垢引发的轴向功率偏移进行量化计算分析，结果表明，该堆芯中燃料污垢引发轴向功率偏移的风险较低。     

华龙一号包络功率形状验证方法研究

堆芯功率分布可用径向功率分布和轴向功率分布分别描述,功率分布对堆芯偏离泡核沸腾(DNB)具有较高的重要性.核电厂在运行过程及事故过程中可能出现的功率分布各不相同,为有效简化热工水力设计及事故分析所需的功率形状,根据事故过程中功率分布的变化程度以及核电厂保护系统特性,将事故分析所需的极限功率形状分类包络.根据华龙一号的保...     

轻水堆含钆燃料棒稳态辐照行为分析

国内外的压水堆燃料组件最新设计中,广泛采用钆燃料（UO₂-Gd₂O₃）作为可燃毒物来控制初始反应性和展平堆芯功率分布。钆燃料棒的性能与普通燃料棒存在较大差异,本文利用燃料元件性能分析程序FRAPCON-3.5对BR3堆内含钆燃料棒性能进行计算,并与实验测量值进行比较。结果表明：FRAPCON-3.5对含钆燃料棒的计算结果与实验测量值符合较好;含钆燃料棒在辐照初期强化了燃料棒自屏效应,对燃料的径向功率分布影响显著;在平均功率密度相同的情况下,燃料中加入钆会导致热导率降低,芯块温度升高;钆含量不同,裂变气体释放及燃料和包壳的变形略有差异。     

压水堆一回路应用富集硼酸对堆芯CIPS影响的研究

反应堆冷却剂系统(RCS)内的腐蚀积垢物(又称污垢)在燃料棒表面沉积导致轴向功率峰值向堆芯入口处偏移(堆芯CIPS现象)会影响核电厂运行,它可能导致反应堆降功率时反应堆轴向功率分布控制困难、临界工况评估出现偏差等问题。在压水堆核电厂一回路中采用富集硼酸替代天然硼酸可以降低冷却剂中的硼酸浓度,有利于控制冷却剂pH与降低锂浓度,改善水化学环境与降低材料腐蚀。本文研究压水堆一回路应用采用富集硼酸替代天然硼酸对堆芯CIPS现象的改善作用,参考美国核电厂运行研究所(INPO)发布的CIPS风险评价准则,通过堆芯硼酸沉积量评估堆芯CIPS风险程度。文章以CAP1000的前三循环为例,采用BOA程序研究不同10 B丰度下、堆芯不同时刻的硼酸沉积质量变化规律。结果表明:采用富集硼酸替代天然硼酸可以降低冷却剂中硼酸浓度,硼酸沉积质量因此大幅减少。相对于采用天然丰度硼酸,CAP1000采用40.0%10B丰度硼酸后堆芯最大沉积硼酸质量降低约80%,CIPS风险等级将由中高风险降为低风险。因此,在压水堆核电厂一回路冷却剂中采用富集10B的硼酸对堆芯CIPS现象有良好的抑制效果,有助于提升堆芯运行性能。     

基于MC方法的小型压水堆全堆计算分析

使用蒙卡计算程序MCNP,建立小型压水堆四分之一堆芯几何模型,计算小型压水堆首循环初始装料冷态(20℃)、常压(1.01 bar)下的堆芯反应性、径向功率和轴向功率分布,并与输运+扩散方法程序SCIENCE-V2程序包的计算结果进行对比。结果表明:MCNP程序适用于小型堆堆芯核设计计算,并可与SCIENCE-V2程序包互相验证。     

ACP600主蒸汽管道破裂事故的应对措施研究

针对ACP600取消高压安注系统和浓硼箱、使用一体化钆为可燃毒物、采用Mode-C运行与控制模式等设计改进导致主蒸汽管道破裂（MSLB）事故安全裕量降低的不利情况,对先进三代核电厂ACP600的MSLB事故进行分析研究。为避免MSLB事故下反应堆重返临界后堆芯功率峰值过高导致偏离泡核沸腾比（DNBR）低于限制值,分别从快速注入硼溶液和减缓堆芯冷却率的角度,评价不同的安注系统配置以及停运故障环路主泵对于缓解MSLB事故的作用。研究最佳的缓解方案,并提出增设“蒸汽管线压力低-3”信号停运故障环路主泵的设计优化建议。      

压水堆燃料组件轴向格架的中子学影响研究

基于先进压水堆燃料管理软件Bamboo-C,分别提出了轴向格架非均匀建模方法和均匀建模方法。采用轴向格架的2种不同建模方法,对福清核电厂M310堆型的燃料组件进行建模分析,通过与堆芯实测数据进行对比,检验2种不同建模方法对临界硼浓度、轴向功率分布及轴向功率偏移的影响。数值结果表明,压水堆燃料组件轴向非均匀建模方法能够显著提高堆芯关键物理参数的计算精度。      

压水堆核电厂寿期末堆芯轴向功率偏差控制

堆芯轴向功率偏差(△I)代表轴向功率分布均匀程度,是运行期间需要重点控制的参数.本文对影响△I的各种因素进行了理论分析,结合几次寿期末功率变化时控制△I的实际经验,提供了一种△I控制的方法.     

正则化径向基函数神经网络在堆芯轴向功率分布重构中的应用

将正则化径向基函数(RBF)神经网络应用于堆芯轴向功率分布重构,通过6节堆外中子探测器的读数值重构堆芯轴向功率分布。使用ACP-100模块式小堆的7740套功率分布以及对应的模拟堆外探测器读数,对RBF神经网络重构方法进行了验证,结果表明:正则化RBF神经网络重构方法可以精确地重构出堆芯轴向功率分布,并且具有良好的鲁棒性,可以克服功率分布重构问题所固有的不适定性。     

长寿期小型棒控压水堆控制棒方案研究

小型棒控压水堆舍弃了可溶硼,并高度依赖控制棒与可燃毒物棒控制堆芯的反应性。为研究控制棒对堆芯关键性能的影响,本文以核动力破冰船用KLT-40模型为对象,以轴向功率偏移、堆芯寿期、燃料利用率与径向功率峰因子为指标,开展长寿期小型棒控压水堆控制棒布置与动作策略设计分析。首先,基于OpenMC程序开发带棒燃耗程序;其次,比较堆芯带控制棒与无控制棒运行时的堆芯寿期等指标;最后,分析不同动作策略对轴向功率偏移等指标的影响。结果表明：控制棒将堆芯寿期从590 EFPDs（等效满功率天,Effective full power days）延长至650～698 EFPDs;低价值棒组优先动作策略使轴向功率偏移程度由-0.69与+0.80分别下降至-0.29与+0.52。因此,要准确计算长寿期压水堆寿期必须采用带控制棒燃耗计算策略,并且通过合理的动作策略能够有效减小控制棒带来的轴向功率偏移。     

超临界水冷堆可燃毒物设计与分析

在超临界水冷堆中,为了减少控制棒的使用,采用加入可燃毒物的方式控制初始剩余反应性。目前广泛采用的是稀土氧化物弥散在燃料中的整体型可燃毒物设计。通过对比4种常用的稀土氧化物,选择Er₂O₃作为可燃毒物材料。分析了不同可燃毒物布置方案对组件性能的影响,在不同可燃毒物含量下对组件安全性进行了评价。分析了可燃毒物对堆芯性能的影响,发现加入可燃毒物有利于降低堆芯径向功率峰,但会增大轴向功率峰并使其往堆芯顶部偏移。通过对该现象的分析,提出了降低堆芯底部温度和增大轴向富集度梯度的改进措施。计算结果表明,优化后的堆芯轴向功率峰明显降低,从而降低了最大包壳温度。     

某型空间堆堆芯热工水力特性数值分析

本工作对某型空间堆堆芯内部热工水力不均匀特性进行了数值分析,针对不同工况下空间堆堆芯内部流动和传热特性尝试采用核热耦合方法进行数值模拟计算,首先使用六角形变分节块法三维全堆芯中子学扩散计算得到堆芯功率分布参数,然后对堆芯进行三维建模并导入商用CFD软件STARCCM+进行计算。数值模拟过程中,分析了稳态条件下堆芯径向功率分布不均匀性对内部流动和传热的影响规律;同时分析了当落棒事故发生时,堆芯轴向功率分布不均匀性对流场的影响规律。本研究基于核热耦合技术初步计算得到上述工况下的堆芯流体温度、速度、堆内最高温度点等参数分布,经过对计算结果的分析,获得了稳态工况及落棒事故工况下堆芯内部流动传热情况以及温度和速度三维分布的不均匀特性。     

径向步进倒料行波堆的数值研究

行波堆是一种可实现自持增殖-燃耗的新概念快堆,它可直接使用天然铀、贫铀、钍等可转换核材料,实现非常高的燃料利用率。基于行波堆的原理,提出了具有现实应用价值的径向步进倒料行波堆的概念,并将其与典型钠冷快堆的设计相结合,采用数值方法对由外而内的径向步进行波堆二维渐近稳态特性进行了研究。计算结果表明:渐近keff随倒料循环周期近似抛物线分布,而渐近燃耗随倒料循环周期线性增长,满足临界条件的倒料循环周期中最大燃耗可达38%;堆芯功率峰随着倒料循环周期的增长,从燃料卸出区(堆芯中心)向燃料导入区(堆芯外围)移动,功率峰值逐渐降低,在高燃耗情况下,靠近堆芯中心的轴向功率分布呈M形。     

短棒的作用及其在轴向燃耗管理中的应用

由于短棒长期置于堆芯中,产生了对燃料燃耗的屏蔽效应等原因。因此,后来国际上有关压水堆核电站设计制造公司纷纷取消了短棒。针对这种情况,本文进一步研究了短棒的功能,讨论了短棒用于轴向燃耗控制的原理,提出将短棒分两组使用。短棒长度用三分之一棒或半棒,两组短棒交替进入堆芯的运行方式。其目的是扬长避短,变弊为利,最后达到一举三得的效果:(1)避免了短棒的屏蔽效应,保持了展平轴向功率分布和抑制氙振荡的功能。(2)用于轴向燃耗控制,对300MWe的核电站,首炉料可延长燃耗寿期10—15天,即可多发72—108GWh的电。(3)同四分之一棒相比,加大了短棒价值,兼氙棒使用,提高了电站变工况恢复功率的能力和速度。这种设计,对作日负荷循环的核电站尤为有利。