ADS次临界堆堆芯功率控制策略硏究

ADS次临界堆的功率控制与临界堆有本质的不同,临界堆大多以控制棒为控制手段来调节功率,而ADS次临界堆以控制棒和外中子源作为控制手段来调节功率.因此ADS系统的控制更为复杂且具有特殊性,有必要确定ADS次临界堆的控制策略.将控制棒反应性和外中子源强度同时设为受控对象,针对不同的堆芯相对功率偏差下,选择不同的受控对象,实...     

加速器驱动次临界堆堆芯物理概念研究

分析了加速器驱动次临界堆芯的裂变核素增殖和平衡条件,主要长寿命放射性废物的积累,裂变产物毒性的影响及次临界堆的运行周期,输出功率和能量增益等主要性质,并对次临界热堆和次临界快堆的物理性质进行了比较。     

ADS次临界实验装置--启明星1#

文章介绍加速器驱动次临界系统（ADS）中次临界实验装置——启明星1#的设计目的、要求、结构和可开展的工作。启明星1#是由快中子能谱区和热中子能谱区耦合组成的堆芯和由高压倍加器氘-氚反应中子源来驱动的次临界系统。快中子能谱区处在堆芯内部，该区提供快中子谱，还可放大外中子源，以驱动热区；热中子能谱区处在堆芯外部，主要用来能量放大，以维持装置的链式裂变反应。     

ADS次临界反应堆的中子共轭方程

与临界反应堆相比,ADS次临界反应堆的外源中子和裂变中子的空间分布具有严重的不均匀性,对应的中子价值也不同。本工作对次临界反应堆的稳态输运方程作分群扩散近似,得到了多群方程,进一步推导出按堆芯功率归一化的中子共轭方程表达式和与功率相关的中子价值函数表达式,给出了次临界反应堆中子价值的物理意义。由稳态中子共轭方程组出发,给出了两种带外加中子源的次临界反应堆增殖因数的表达式。     

工业用铅冷加速器驱动次临界系统(ADS)初步概念设计

本文进行了热功率为800 MW工业用铅冷ADS(加速器散裂中子源驱动的次临界系统)的概念设计.设计要求嬗变堆在运行的全过程中满足设定的各项技术要求散裂源中子的能量增益M＞400,keff＜0.98,峰值线功率密度低于30 kW/m,此外,要求嬗变燃料的平均燃耗深度大于20%.为此,进行了倒料计算,直至堆运行达到平衡状态.设计特点是将嬗变燃料靠近中子源以期提高嬗变率,外围燃料棒含丰产燃料并采用可燃毒物以减缓keff随燃耗的下降.设计考虑了物理与热工问题,说明从堆的角度看,设计方案能满足P&T技术对嬗变堆有效处置次量锕系核素(MA)的要求,平均燃耗深度大于20%,可望将需要深埋处置MA的数量降低至1/100,而支持比则可达10以上.     

基于模糊多模型的堆芯功率控制

传统的堆芯功率PID控制器是基于单一功率水平处的堆芯局部模型设计的,难以准确描述整个堆芯功率水平范围的控制。因此,本文基于5个不同功率水平下的传递函数模型,通过三角隶属度函数加权,建立堆芯模糊多模型,并依据该模型设计堆芯功率模糊PID控制。以TMI型压水堆堆芯为对象,开展不同初始功率水平下的堆芯功率跟踪、堆芯进口温度扰动的控制仿真。结果表明,基于模糊多模型设计的堆芯功率模糊PID控制器可实现对堆芯功率的良好控制。     

ADS"启明星"次临界实验平台物理方案初步设计

使用MCNP程序对几种堆芯均匀化布置进行了临界计算，keff在0．92～1．00之间。计算结果为加速器驱动的次临界系统(ADS)的次临界实验平台物理方案设计提供了初步设计方案。     

ADS次临界实验装置设计方案验证

根据设计要求．使用MCNP／4C程序计算了多种次临界反应堆均匀化堆芯布置方案的临界问题。确保keff在0．92～1．00之间。为加速器驱动的洁净核能系统(ADS：Accelerator Driven system)的次临界实验装置设计提供了初步数据。     

基于示范快堆的ADS次临界快堆堆芯研究

选取中国示范快堆作为次临界快堆参考堆芯,研究次临界快堆作为嬗变PWR(U)乏燃料中次锕系元素的可行性。中国示范快堆堆芯设计是参考目前正在建设的俄罗斯示范快堆BN-800。次临界快堆堆芯在示范快堆堆芯基础上去掉中间7盒组件放置铅靶组件,控制棒组件用含贫铀和次锕系元素(MA)的组件代替,转换区组件用反射层组件代替。采用MCNPX和ORIGEN2程序作为计算软件。计算结果表明:次临界快堆中加入MA后能够保持一定的次临界度且具有较好的嬗变效果,因此,选取示范快堆堆芯作为ADS次临界快堆的参考堆芯研究是可行的。     

ADS散裂中子源用不锈钢和钨的辐照效应研究

作为核能可待续发展的一种新技术,加速器驱动洁净能源（ADS）是当前国内外的研究热点。ADS需要约1018S-1中子驱动次临界装置,散裂中子源是 ADS一个关键部分。散裂中子源的束窗、靶和其它结构材料受到大剂量的中子或质子的照射,辐照损伤非常严重。 不锈钢和钨是重要的散裂中子源的束窗材料、靶材料和结构材料。本工作采用重离子辐照模拟研究了高剂量中子和质于辐照在800C退火的国产改进型316L不锈钢（MSS）、普通不锈钢（SS）和钨（W）产生的辐照效应。辐照采用85 MeV19F或80 MeV　12C,辐照在室温下进行。辐照剂量分别为:W,2.0和20.0dpa（每个原子的位移数）;SS,2.28和22.8dpa:MSS,30dpa。辐照产生的辐射损伤采用正电子湮没寿命方法检测。图1和图2分别是正电子湮没     

ADS次临界反应堆的点堆中子动力学方程

加速器驱动的次临界系统（ADS）中的次临界反应堆与临界反应堆相比,中子注量率的空间分布具有严重的不均匀性,同时中子平均能量较高且中子能量变化复杂,中子价值变化大,因而传统的点堆动力学方程不能较为真实地模拟ADS次临界反应堆。本文从含多群中子多组缓发中子先驱核的动力学方程出发,给出其共轭方程。然后利用稳态扩散方程及其共轭方程的共轭关系,推导得出含有归一化功率的动力学方程表达式。进而定义多个特征算子,导出了含有源中子价值的点堆中子动力学方程,并对几种简单情况进行了初步验证,为进一步分析ADS次临界反应堆的动态过程奠定了基础。     

2 ADS次临界中子学研究进展

ADS系统反应堆物理基础研究为中国科技部973项目“加速器驱动核能系统的物理及技术基础研究”的第2课题。五年来，已经完成了计划任务书中规定的所有的项目，包括第1阶段的稳态外源（^252Cf）驱动水堆零功率次临界（东风3号）实验及分析和第2阶段的建立“启明星”实验装置并开展初步实验研究。     

反应性加入速度和中子源强度对临界事故规模的影响

在没有中子源或中子源强度很弱的核系统中,由于意外发生的临界事故(核闪变)释放的能量远大于反应堆动力学的预估值,为了给反应堆运行启动程序的制定和减小临界事故规模提供参考,本文建立了核闪变能量释放模型.在引发第一个持续裂变链的时间分布的基础上,从理论上推导出核闪变峰内能量释放与中子源强度.反应性加入速度的关系.结果表明:中子源强度越小,反应性加入速度越大,事故规模越大.     

4 ADS次临界实验装置——启明星1#

加速器驱动的次临界系统（ADS）是嬗变放射性核废物、有效利用核资源及产生核能的装置。该系统包括中能强流质子加速器、外源中子产生器和次临界反应堆。当加速器加速的高能质子轰击重金属靶（如铅）时，与重金属靶核发生散裂反应，一个质子引起的散裂反应可产生几十个中子，用散裂产生的中子作为中子源作用于次临界反应堆上，次临界反应堆发生并维持链式反应，在一定功率下运行。因此，ADS概念一经提出就受到极大关注，被世界核能界公认为是目前解决大量放射性废物，降低深埋储藏风险的最具潜力的工具。     

液态熔盐堆堆芯功率模糊PID控制

液态熔盐堆采用熔融氟化盐为燃料,燃料熔盐出口温度是衡量熔盐堆安全的重要指标。通过堆芯功率控制可实现燃料熔盐出口温度控制。将液态熔盐堆堆芯划分成内区和外区,并基于能量守恒原理建立堆芯非线性模型,采用微扰理论对非线性模型进行线性化。基于堆芯线性化模型,采用模糊比例-积分-微分(PID)控制器设计堆芯功率控制系统。以熔盐增殖堆(MSBR)为例,开展堆芯功率控制仿真。结果表明,引入10^-3、2×10^-3阶跃反应性时,模糊PID控制器可以减小系统响应的上冲幅度和超调量,并且在堆芯功率发生了较大的负荷变化时,模糊PID控制器可以对堆芯功率的变化实现良好跟踪。故所采用的模糊PID控制器具有良好的动态性能,可实现对堆芯功率的良好控制。     

聚变中子源驱动的次临界清洁核能系统─聚变能技术的早期应用途径

提出作为聚变能技术早期应用途径的聚变中子源驱动的清洁核能系统概念,并从国家的能源需求、国内外核电发展状况论述开发这种系统的必要性和意义,根据国内外聚变驱动器技术及次临界包层技术进展和国内多年的可行性研究结果,说明开发这种系统的现实性和基础。文中也给出了建议的发展进程。     

小型铅铋冷却快堆堆芯功率控制研究

铅铋冷却快堆多用于海洋、山区等偏远特殊环境的孤网供电,用户特性要求小型铅铋冷却快堆需具有良好的负荷跟踪能力。本文将3种不同的控制方法应用于铅铋冷却快堆堆芯功率控制,通过引入噪声、死区、时滞等环节对控制器的稳定性和设定值跟踪能力进行了测试。结果表明,比例-积分-微分（PID）控制器很难达到较好的控制效果,因此工业应用时往往加入了其他环节以保证PID控制器的稳定性。自抗扰（ADRC）控制器和H∞鲁棒控制器都具有良好的抗噪能力,能够独立地完成较好的控制效果,但良好的抗噪能力要牺牲一定的灵敏性。通过对3种控制器的比较分析表明,由于仿真计算对实际对象进行了简化,在这样的条件下所设计的控制器应选择较为保守的参数。     

ADS注入器Ⅱ控制系统软件平台设计

加速器驱动的次临界系统(ADS)的强流质子加速器(ADS注入器Ⅱ)主要用于产生连续强流质子束,其控制系统需实现对现场加速器设备的远程参数调节和状态监测。整个控制系统基于分布式控制软件实验物理与工业控制系统(EPICS)架构设计。为实现各子系统软件开发平台之间的数据共享和信息通信,基于EPICS软件架构,采用共享内存、通道访问接口软件、CA Lab等多种方法实现各系统间的数据透明访问,提高了上层控制软件的远程诊断和集成控制能力。结果表明:整个软件平台运行可靠、稳定,完全满足目前注入器Ⅱ的调束和运行要求。     

ADS原理验证装置快热耦合次临界堆设计

作为加速器驱动洁净核能系统(ADS)原理验证装置"启明星"一号的次临界驱动堆,堆芯采用快-热耦合方式组成,由天然金属铀组成快中子能谱区能有效地嬗变锕系元素(MA),低浓铀元件组成热中子能谱区能有效地嬗变裂变产物(FP).使用MCNP程序对次临界实验装置进行设计计算,确保keff在0.90～1.00之间.