10MWt固态燃料熔盐堆控制棒失控抽出事故分析

钍基熔盐堆核能系统项目是中科院先导科技专项之一,其战略性目标是研发第四代熔盐冷却裂变反应堆核能系统。基于10 MWt固态燃料熔盐堆的系统设计,开发了适用于球床式反应堆系统的安全分析软件,并以高温气冷堆为对象对程序计算结果的准确性进行了验证。基于该软件程序,对固态燃料球床堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF)控制棒失控抽出事故进行了分析计算,研究了不同停堆限值及各停堆信号对事故的影响。计算结果表明,超功率停堆限值越高,出口温度限值越大,信号延迟时间越长,反应堆停堆越晚,堆芯功率和燃料最高温度越高。在TMSR-SF控制棒失控抽出事故下,燃料最高温度不超过860°C,远低于1 600°C的熔化温度限值。     

控制棒水力驱动系统不产生弹棒事故的实验研究

控制棒水力驱动系统是一种新型的控制棒驱动机构，它整体封装入压力人与堆习 体化结构设计。本文介绍了由压力筒、水力步进缸、加热器、泵及其设备组成的实验因路和测量系统在高温、高压条件睛压力筒失夺时控制棒的棒位测量实验。实验结果表明，控制棒水力驱动在压力壳失压工况下不产生弹棒事故，系统具有固有安全特性。     

带非能动安全系统的一体化船用反应堆研究

一体化船用反应堆可用于极地破冰船和特殊材料运输船、水下海洋观测艇、海水淡化及陆上供热等用途．其主要设计特点是：一体化反应堆。内置型控制棒驱动机构和非能动安全系统．一体化堆型结构紧凑。安全性好，并且减轻了全船的耐压要求．对一体化船用反应堆的研究。主要集中在：①一体化反应堆的研究发展和堆型的选择；②一体化船用反应堆的设计原理和安全要求；③一体化船用堆MRX的堆芯物理和热工设计；④MRX的主回路系统和设备；⑤：MRX的内置型控制棒驱动机构；⑥MRX的非能动应急余热排出系统和充水式安全壳。⑦MRX的安全分析；⑧反应堆和全船的工程模拟系统，研究中特别关注适合高温、高压、高湿度的材料研制以及海洋条件对反应堆安全性能的影响。     

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。     

次临界或低功率启动工况下控制棒组失控抽出事故DNBR裕量分析

次临界或低功率启动工况下控制棒组失控抽出事故定义为RCC-P Ⅱ类事故,它一直是核电厂安全分析的极限事故之一。本文以典型三环路压水堆为对象,分析了热停堆状态下不同停堆棒组组合对该事故DNBR裕量的影响。研究表明,通过优化热停堆状态下停堆棒组组合,在保证足够的停堆深度下,可进一步提高典型三环路压水堆核电厂在该事故下的DNBR裕量。     

控制棒组件在流体环境中下落时所受阻力的计算

基于流体力学和边界理论,探讨了控制棒组件在下落过程中所受的流体阻力。对控制棒组件的3种部件－－控制棒束、驱动杆、星形爪在下落时所受的流体阻力分别按SU／PG迎风修正的有限元数值方法及基于边界层理论的近似解析法进行求解,完成了控制棒组件下落过程的时程分析,并得出该组件的下落参数（位置和速度）与瞬时流体阻力的关系。     

超温ΔT紧急停堆整定值优化研究

对超温ΔT停堆信号中的关键参数进行优化,通过功率运行控制棒组(RCCA)失控抽出事故分析对优化后的超温ΔT停堆信号进行验证研究,采用热工水力子通道分析程序和瞬态分析程序对超温ΔT整定值设定进行分析,新的整定值将对停堆时间、最小偏离泡核沸腾比(DNBR)和反应性引入速率限值方面产生影响.分析结果表明,优化后的整定值在保证反应堆安全裕量的前提下增加了运行裕量,提高了反应堆经济性并能满足反应堆安全运行的要求.     

研究堆控制棒通道冷却剂流动阻力特性实验研究

可移动线圈电磁驱动机构是一种新型的控制棒驱动机构,应用于研究堆.控制棒、跟随组件等在控制棒通道内上下移动,同时冷却剂冲刷控制棒和跟随组件.所以控制棒通道内的流体阻力特性直接关系到整个堆芯的流量分配和控制棒跟随组件是否能得到足够的冷却.在进行了控制棒通道的阻力特性实验后,得到了多种运行工况下阻力与流速、棒位等参数的关系,以及影响驱动线阻力特性的因素.     

小型移动式铅铋堆运输过程堆芯进水事故工况下临界安全问题研究

小型移动式铅铋堆由于在海岛、偏远地区等场景的应用需要,整堆运输的安全可行性成为必要设计目标之一。基于小型移动式铅铋堆自身特点,采用谱移吸收材料的反应性控制手段进行反应性控制方案研究,以确保整堆运输的临界安全。利用MCNP软件计算在运输过程、堆芯进水事故工况下表面涂覆不同厚度Gd2O3涂层的燃料芯块的有效增殖系数（keff）,其中涂层厚度为50μm时满足临界安全要求;分析加入谱移吸收材料后堆芯的燃耗特性、功率分布和传热,验证表明其不影响堆芯正常运行,确定了此种反应性控制方案的可行性。     

200MW核供热堆控制棒水力驱动系统安全特性

２００ＭＷ核供热堆采用控制棒水力驱动系统作为控制棒驱动机构。该系统是以非能动系统为基础设计的，并实现了传动、导向一体化。通过时系统自身固有安全特性及设计安全特性、失压事故下控制棒不发生弹棒的机理以及系统引水管破断冷印剂总丧失量不会导致堆芯裸露的计算结果的分析，表明该系统具有良好的安全特性，在任何失效事故下都能保证反应堆的安全停堆，为具有固有安全特点的２００ＭＷ核供热堆提供了重要的技术支持。     

反应堆堆顶和控制棒驱动机构整体抗震分析

通过建立反应堆堆顶和控制棒驱动机构(CRDM)的整体三维有限元简化抗震分析模型,对反应堆堆顶和CRDM进行了三维非线性抗震分析。该分析模型可真实反映CRDM顶部抗震支承板相互之间、抗震支承板与抗震支承环之间的碰撞作用,以及抗震拉杆的拉压非线性特性,进而获得堆顶和CRDM结构各位置的精确分析结果。通过分析,得到反应堆堆顶和CRDM各部位的载荷,可为部件的应力分析提供必要的地震载荷,为CRDM抗震鉴定试验提供加速度时程等输入数据。     

西安脉冲堆脉冲控制棒驱动机构

西安脉冲堆脉冲控制棒驱动机构是实现反应堆脉冲运行的关键设备。该机构采用滚珠丝杠副的传动方式，通过气压缸实现控制棒的脉冲发射。脉冲控制棒驱动机构具有全行程脉冲时间短、结构简单、维修方便的特点。试验表明：脉冲控制棒驱动机构最大负荷大于300N，全行程脉冲时间小于100ms，落棒时间小于1.2s，寿命大于4000次脉冲发射运行，平均无故障时间大于400次脉冲发现运行。该机构已成功应用于西安脉冲堆。     

船用堆中破口失水加全部电源丧失事故分析

针对船用堆的运行特点,制定了船用堆发生中破口失水叠加全部电源丧失事故时的事故序列,运用RELAP5/MOD3.2程序对某船用堆30%额定功率运行时,一回路主管道上发生30 mm不可隔离的中破口失水叠加全部电源丧失事故进行了分析,并讨论了事故下燃料元件的完整性。结果表明：在发生该类叠加事故后,热阱丧失,反应堆的剩余热将无法导出,堆芯燃料元件会发生大面积破损。研究结果可为运行人员的事故处理和操作提供参考。     

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.     

秦山600MW核反应堆控制棒热态落棒实验模拟分析

本文详细分析了控制棒下落运动的受力情况，并建立了相应的数学模型，结合秦山60MW控制棒热态落棒验数据。对模型中的有关系数进行了拟合。用拟合的系数进行热态落棒数值模拟．模拟结果与实验结果吻合很好，验证了数学模型的正确性。为控制棒下落的机理分析和数值求解控制棒落俸提供了理论依据和求解方法。     

FMEA法评估反应堆控制棒驱动机构可靠性

控制棒驱动机构是反应堆本体中唯一的能动设备,其运行的可靠性对反应堆的反应性控制具有重要的作用。本文在介绍失效模式及影响分析(FMEA)方法的基础上,以我国新设计的反应堆控制棒驱动机构为对象,使用该方法进行可靠性评价。评价结果明确了各设备部件的失效原因和失效模式,确定了各部件的严重性等级和风险等级,为今后控制棒驱动机构的可靠性管理提供支持。     

溶液堆落棒及弹棒事故分析

基于实验给出的溶液堆的气泡模型和温度模型,分别用点堆动力学和三维中子输运理论对溶液堆的瞬态进行了模拟和分析。利用研制的程序,对溶液堆不同工况、引入不同反应性的情况进行了模拟,得到了溶液堆可稳定的功率水平和事故情况下的功率波动。数值计算结果表明,基于点堆动力学和反应性反馈机制建立的模型,计算速度快,适合对溶液堆进行在线模拟和快速分析;而基于三维中子输运理论建立的模型,采用改进的准静态方法进行求解,计算精度较高,计算速度可接受,可用来对溶液堆进行精确的安全分析。     

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。     

西安脉冲堆稳态控制棒驱动机构

西安脉冲堆稳态控制棒驱动机构是实现反应堆启动、功率调节和停堆的关键设备。该机构采用滚珠丝杠副的传动方式，通过电磁铁的吸合，可以带动稳态控制棒上下运行，当释放电磁铁时，可以实现快速落棒。本文介绍了稳态控制棒驱动机构的结构特点、设计参数和试验情况。该机构已成功应用于西安脉冲堆。