重水堆医用钴调节棒变更物理分析

2017年6月秦山第三核电厂CANDU6型重水反应堆完成首批高比活度医用59 Co调节棒入堆。文章对医用钴调节棒重新进行堆芯物理建模,采用PPV基本栅元程序,对全堆芯进行RFSP三维扩散跟踪计算。与工业钴调节棒对比,基于堆芯历史通量,模拟辐照18个月钴调节棒堆芯表现,分析医用钴调节棒长期堆内价值趋势与比活度变化;通过模拟数据与堆芯试验数据比较,分析验证医用钴调节棒组件代替工业钴调节棒组件后,单棒束与棒组反应性价值符合设计要求,变更过程中没有引入新的误差;堆芯的功率分布、反应性控制能力等主要安全分析参数改变符合设计预期。调节棒变更后在满足医用钴源高效生产的同时,仍能有效展平堆芯功率分布,调节堆芯反应性。     

轻水堆燃料组件计算程序包TPFAP

TPFAP是一个同时适用于PWR和BWR的穿透几率法燃料组件燃耗计算程序包。它首先利用碰撞几率方法在库能群结构下完成三区或四区圆环几何的栅元输运计算。载钆燃料棒或硼棒可燃毒物栅元的有效吸收截面由微燃耗程序CMB产生,两维穿透几率法组件计算是在(x,y)几何下进行。基模计算用来考虑中子泄漏修正。根据反应率等效,计算组件等效扩散参数。在每一燃料棒和可燃毒物棒进行燃耗计算,TPFAP给出每一燃耗步的组件和栅元少群截面、功率分布,提供核设计和安全分析所需参数。     

秦山CANDU堆物理跟踪计算从基于PPV到WIMS-AECL程序的转换

秦山CANDU重水堆物理跟踪计算使用的基本栅元计算,使用的是PPV程序计算产生的1.5群栅元截面,随着对计算精度越来越高的要求,以及将来新燃料类型的使用,有必要更新为WIMSAECL程序计算产生的2群栅元截面。本文重点研究基本栅元计算程序从PPV到WIMS-AECL的转换,以及基于转换后的程序,堆芯跟踪计算程序系统的更新方法,并对转换前后的计算结果进行了对比分析。     

反应堆热工物理耦合反馈变量敏感性分析

在反应堆设计计算中,堆芯热工水力和堆芯物理的耦合十分重要。本文以秦山二期核电站反应堆堆芯作为研究对象,使用栅元计算程序CASMO4E对各类型的组件进行均匀化参数的计算;完成热工物理耦合反馈变量的敏感性分析;采用两种方法生成耦合需要的截面库,并对其进行误差分析。     

重水堆生产放射性同位素~(60)Co堆芯物理设计研究

放射性同位素~(60)Co是一种性能很好的γ放射源,在工业和医疗方面有广泛的用途。上海核工程研究设计院针对秦山第三核电厂CANDU-6型重水堆调节棒组件进行变更设计,用~(59)Co替换不锈钢经堆内辐照后生产~(60)Co。本文介绍了重水堆生产放射性同位素~(60)Co堆芯物理设计方法和程序系统,并利用电厂实测数据(调节棒组反应性价值和~(60)Co出堆活度)验证本文所建立的堆芯物理设计方法和程序系统是正确和有效的。     

用PARCS/TRACE/ROBIN程序系统研究秦山二期弹棒事故

利用美国核管制委员会(US NRC)堆芯三维中子动力学软件PARCS、热工水力软件TRACE、辅助建模软件SNAP以及具有国内自主知识产权的压水堆燃料组件计算软件RONBIN,建立了秦山二期两环路压水堆物理模型和热工水力系统模型,进行弹棒事故模拟计算,得出合理的计算结果。AFA 3G燃料组件的两维中子输运计算由ROBIN程序完成,生成的宏观中子截面参数被传递给PARCS程序作为输入。然后由PARCS程序进行堆芯三维弹棒模拟计算,得到事故过程中的核功率变化趋势。最后将反应堆功率瞬态数据输入TRACE热工水力系统模型计算系统压力响应以及燃料包壳和芯块温度。本文通过使用与设计单位完全不同的软件体系,独立地验证了该堆型在弹棒事故下的安全性。     

CANDU重水反应堆钴调节棒组件结构设计

利用秦山三期CANDU重水反应堆生产⁶⁰Co放射源具有活度高、产量高、成本低等优点。CANDU重水反应堆原有的21个不锈钢调节棒组件改成同样数量和位置的钴调节棒组件后,在保持原来调节棒功能的条件下,利用⁵⁹Co吸收中子转变为⁶⁰Co,生产放射性钴源。本工作详细阐述了钴调节棒组件设计要求及结构设计过程中与各种设计接口之间的关系,并通过对设计的钴调节棒组件进行结构完整性分析、提插棒时间分析及跌落事故分析,论证了其在重水反应堆内运行的安全性。经反应堆成功运行经验证明,钴调节棒组件结构设计安全可靠。     

秦山重水反应堆医用钴调节棒首次更换后的物理验证试验

为生产医用60Co同位素,首批医用59Co调节棒在秦山第三核电厂一号机组109大修期间更换入堆芯。为验证新换入的医用钴调节棒是否满足设计要求,并确保换入新调节棒后的反应堆运行于安全状态,组织实施了一系列物理验证试验,包括调节棒价值测量、堆芯通量监测等。通过验证,最终结果符合要求。经过上述试验,确认新调节棒性能与原调节棒相当,换入新调节棒后的堆芯通量分布和功率分布均符合要求,反应堆运行于安全状态。     

基于经典微扰理论的特征值灵敏度和不确定度分析

核数据不确定度作为组件/栅元计算不确定度的重要来源,备受重视和研究。本文采用经典微扰理论,推导输运计算中keff对于核数据的灵敏度系数和不确定度的计算方法。基于ENDF/B-Ⅶ.1制作多群协方差数据库,并根据所采用的组件输运求解程序的截面模型对分反应道协方差矩阵进行归并。开发灵敏度和不确定度分析程序COLEUS,对传统压水堆燃料栅元进行计算分析。数值结果表明,栅元计算的keff对235 U每次裂变中子产额的扰动最为敏感,238 U俘获截面对keff不确定度的贡献最大。目前的核数据的不确定度会给keff带来0.4%~0.5%的不确定度。     

先进压水堆燃料组件计算不确定性分析

采用广义微扰理论,研究核数据不确定性对先进压水堆AP1000燃料组件宏观截面参数计算不确定性的贡献与影响机理。通过比较、分析不同因素对组件参数计算不确定性的贡献,给出组件宏观截面参数相关系数矩阵;采用敏感性分析方法及分步比较的思路研究在不同堆芯运行状态下核数据对AP1000燃料组件宏观参数计算不确定性贡献的机理。研究结果表明:核数据自身不确定性通过组件输运计算最终传递给宏观截面参数的不确定性是基本恒定的。其中,~(235)U平均裂变中子数反应、~(238)U辐射俘获反应、~(238)U共振非弹性散射反应及~1H共振弹性散射反应对组件宏观截面参数计算不确定性贡献尤为突出。同时,温度升高导致组件kinf及宏观截面参数计算不确定性增加;燃料富集度降低及可燃毒物的存在均使组件kinf计算不确定性增加;组件快群截面计算不确定性远大于热群截面计算不确定性。其中~(238)U辐射俘获反应、共振非弹性散射反应等截面信息应重点关注并且需要进一步评价和改进。     

压水堆驱动线落棒历程计算

控制棒落棒性能验证是核电厂安全分析的重要部分,研制驱动线落棒历程计算程序有利于验证和改进控制棒驱动线设计。基于驱动线结构特点,分析运动组件的受力情况并进行分解,选择理论或数值方法逐一求取各分力的瞬态值,从而建立驱动线落棒历程的循环步进计算程序。利用秦山核电二期工程驱动线落棒性能试验数据对理论模型和程序计算结果进行对比验证。结果证明：所建立的驱动线落棒历程计算程序适用于压水堆驱动线系统,能正确地对运动组件落棒受力与运动历程进行模拟。     

压水堆核电站堆芯物理/热工水力耦合特性研究

采用RELAP5-HD作为堆芯耦合计算程序,以秦山核电二期工程反应堆堆芯为研究对象,建立堆芯活性区的物理/热工水力耦合模型,在此基础上进行了稳态计算和掉棒事故仿真研究。结果表明,使用RELAP5-HD计算得到的结果与电厂实测值符合较好,获得的掉棒事故参数曲线能准确反映事故工况下的参数变化趋势。稳态和事故工况的计算结果均符合堆芯物理/热工水力反馈效应的理论分析,证实了所建立的堆芯耦合模型的准确性,为下一步进行核电站系统的仿真分析提供基础。     

CANDU堆燃料管理计算软件的应用研究

我国秦山三期核电厂采用的是加拿大CANDU-6反应堆机组。这是我国首次引进重水压力管式反应堆堆型，为了满足这一新堆型燃料管理计算的需要，开发了CANDU堆燃料管理的计算软件DRAGON/DONJON。并采用这套程序对秦山三期CANDU-6反应堆进行了一些初步的燃料管理计算。许算结果表明DRAGON／DONJON可满足秦山三期核电厂燃料管理计算需要。     

不确定度分析方法的改进及实际应用

以不确定度分析作为确定型程序的分析补充，可以获得更丰富更全面的信息。讨论了燃料元件确定型分析程序输出响应不确定度的分析方法及其具体应用，编制了ＩＦＵＡ程序，并用它分析了秦山核电厂稳态满功率运行情况下燃料元件输出响应的不确定度。     

基准模型keff对核数据的灵敏度分析及不确定度量化

为研究有效增殖因数（k_eff）对核反应数据的灵敏度,以科学量化核数据导致k_eff计算的不确定度,编制了输运计算积分量灵敏度及不确定度分析程序SURE。该程序采用多群S_N输运计算方法计算k_eff、角通量和伴随角通量,基于微扰理论确定k_eff对核数据的灵敏度,利用协方差数据量化评估k_eff计算的不确定度。利用ENDF/B-Ⅶ.1评价中子核数据库,制作了输运计算所需的多群核数据、灵敏度分析所需的各反应道多群截面和中子群转移矩阵、不确定度分析所需的多群协方差数据。采用上述数据,利用SURE分析了基准模型Godiva和Jezebel的k_eff计算值对核数据的灵敏度,以及核数据导致的模拟计算的不确定度。SURE的灵敏度计算结果与MCNP程序及FORSS程序计算结果符合较好。     

钴调节棒在堆芯内的发热分析

秦山三期CANDU-6型重水堆中,为了生产工业和医用⁶⁰Co源,采用钴调节棒替换不锈钢调节棒。钴棒由于受到中子及γ射线照射产生热量,此外,⁵⁹Co被活化变成⁶⁰Co,而⁶⁰Co衰变放出的射线被调节棒自身吸收也会产生热量。因此,有必要研究钴调节棒的发热变化,为进一步分析钴调节棒的温度场及慢化剂的热负荷提供设计输入。本工作采用MCNP程序模拟秦山三期CANDU-6型重水堆的全堆芯（包括燃料、控制棒、调节棒、冷却剂和慢化剂等）几何结构,研究不锈钢调节棒和钴调节棒的发热率。将基于上述钴调节棒计算结果的最大发热率提供给热工进行稳态和事故分析,确保反应堆热工安全性。     

堆芯核设计程序CYCAS少群截面模型开发

少群截面模型为堆芯三维扩散计算提供实时的节块均匀少群截面,是堆芯计算程序的关键模型之一。CYCAS程序是上海核工程研究设计院最新开发的堆芯三维核设计程序。本文在详细解析影响节块截面的各种因素的基础上,提出应用于CYCAS程序的少群截面的模型。该模型采用能谱修正方法处理由于能谱变化所引入的二次效应,采用微观燃耗修正方法处理燃耗历史效应。单组件和AP1000核电厂的数值验证计算表明,该模型具有很高的计算精度。     

基于PAnySimu的PWR核电站堆芯建模与仿真研究

基于PAnySimu仿真支撑系统对PWR核电站一回路堆芯部分进行建模与仿真分析.通过研究分析岭澳二期3/4号机组堆芯实际结构,将其分为功率计算、堆芯传递计算、控制棒引起的反应性、反应性反馈、毒物计算五个模型.在此基础上,分析堆芯中子通量,考虑控制棒位置、燃料和慢化剂温度、氙和钐中毒、硼浓度等因素对中子通量的影响.利用P...     

核电厂SCIENCE程序包反射层功能扩展研究

文章根据实际工作需要,阐述了基于来自法国的SCIENCE V1程序包进行反射层计算的功能扩展开发;深入研究部分功能的实现细节,按需增加部分代码,扩展开发出反射层计算功能。应用扩展后的SCIENCE程序包研究秦山二期堆型反射层参数,并与1、2号机组共19个循环堆芯的实测值进行比较,结果符合良好,满足工程精度要求。通过对SCIENCE V1程序包的功能扩展研究,扩大了SCIENCE V1程序包的适用范围,同时积累了大型程序的研发经验。