球床高温气冷堆使用可燃毒物的方案探讨

为改善球床高温气冷堆在特定情况下功率分布的形状和峰值,可在燃料球内添加可燃毒物。本文分析两种可燃毒物的添加方式,燃料球石墨基体均匀添加可燃毒物和燃料球内添加可燃毒物颗粒。由于¹⁰B的强吸收性能,均匀添加可燃毒物的消耗速度过快,不易控制,而通过添加不同尺寸的可燃毒物颗粒可优化燃耗速度,有效改善堆芯功率分布的形状和峰值。     

球床高温堆钍-铀混合氧化物装载方案中子学与事故分析

根据钍-铀混合氧化物燃料在高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)框架下的中子学与瞬态事故特性,基于铀原子份额和燃料碳/重金属比例2种参数的参数分析,寻找混合氧化物(MOX)装载的优化方案。分析结果表明,随着碳/重金属比例的减小,单位产能对应的天然铀需求量降低,同时以失冷失压事故后燃料温度为代表的安全特性参数都逐渐恶化;最优化方案相比于HTR-PM实际燃料装载方案,可节省约8.5%的U3O8需求量[~20 kg/(GW·d)];同时混合氧化物方案对钍燃料的利用率很低,仅为6%左右,必须进一步探索提高钍燃料在线利用率的途径。     

气体离心机流场模拟中源汇的耦合

用源汇模拟同位素分离气体离心机流场的供取料驱动和机械驱动是离心机流场计算中的方法之一。通过重新推导流体动力学方程组中的源汇表达式,得到不同的表达式。推导出的表达式反映了源汇之间的互相关联以及流场与源汇之间的互相影响,即源汇耦合,这些在以往的计算过程中均被忽略。由于考虑了源汇耦合,使得计算过程中部分源汇成为未知量,需在流场求解过程中予以确定。通过比较有无考虑源汇耦合计算得到的离心机流场可知,不考虑源汇耦合得到的结果虽能反映出分离室中流动基本规律,但数值上存在差异,得到的分离功也有较大差别。因此,计算过程中应考虑源汇的耦合。     

离心机流场非稳态过程的初步数值模拟

摘要：从非稳态线性离心机流场运动方程出发，利用有限体积法，采用交错网格得到离散方程。通过数值求解得到了存在温度驱动情况下，离心机内形成小扰动流场的过程。从形成小扰动流场的非稳态过程可以看出扰动流场在开始和稳定阶段的影响因素不同，从温度引起的轴向压强的不平衡引起流动逐渐过渡到压强分布不同而引起的轴向环流。数值模拟为更好地研究离心机内流场的非稳态过程提供了依据。     

高温气冷堆模拟机中控制棒和吸收球等效方法研究

作为调节功率以及启停堆的重要手段的控制棒和吸收球是模拟机模型中不可忽略的一部分。控制棒和吸收球的运动是连续的,在模拟控制棒和吸收球的过程中,控制棒或吸收球有可能不能完全填充1个网格,若网格细化,则会增加计算时间,使计算速度达不到模拟机的要求。本文提出利用吸收等效的方法,通过改变控制棒和吸收球所在位置的网格的宏观截面,模拟控制棒在不同位置对于堆芯状态的影响。与设计结果进行比较可知,使用等效的宏观截面计算的控制棒和吸收球价值与简化前的价值基本吻合,说明吸收等效方法用于模拟机中的控制系统是可行有效的。     

HTR-ESS的堆芯物理仿真方法研究

为满足高温气冷堆工程模拟仿真系统（HTR-ESS）中实时的要求,研究开发了三维圆柱几何堆芯多群中子时空动力学改进准静态方法模拟计算程序,使中子动力学程序满足模拟过程的实时要求。模型利用拟合公式计算宏观截面,使截面可实时反映堆芯状态,与堆芯热工形成反馈。针对高温气冷堆中控制棒的特点,提出使用等效吸收体的方法对控制棒进行等效,等效方法避免了在计算中出现控制棒移动与网格不匹配的问题。最后给出动态过程的简单模拟结果,显示了建立的堆芯物理实时计算模型满足设计条件和要求。     

杂质硼在高温气冷堆中的燃耗特性

在球床式高温气冷堆的堆芯和石墨反射层中,不可避免地含有少量杂质硼。硼杂质的存在及其燃耗会对反应堆的反应性产生影响。对于多次通过的球床堆芯,根据燃料元件的运行历史计算所有元件的硼燃耗,对于中子注量率差别较大的反射层,分区计算了硼燃耗。再采用微扰理论,计算燃耗过程中硼反应性价值的变化。计算结果表明,硼杂质燃耗很快,因此,硼杂质对反应性的影响降低很快。     

包覆颗粒燃料分布随机性的影响研究

高温气冷堆采用弥散在石墨基体中的包覆颗粒燃料。包覆颗粒在燃料球内的离散分布及燃料球在堆芯内的离散分布共同导致了燃料分布的双重不均匀性,其分布还具有随机性,由此可能对反应堆的某些参数造成影响。建立适当燃料颗粒随机分布的几何模型,并用MCNP对模型进行相关计算,并与规则分布模型相比较,分析了分布的随机性对有效增殖因数的影响。结果显示,燃料颗粒随机分布会使全堆有效增殖因数较规则模型的稍大,两种模型偏差的主要原因在于两种颗粒排列方式在空间和角度分布的不同。     

基于蒙特卡罗方法对VSOP模型的keff验证

VSOP程序广泛用于球床式高温气冷堆的工程设计，需对VSOP程序进行验证与确认。针对相同的高温气冷堆堆芯定义，比较了VSOP程序和蒙特卡罗程序采用特殊形状的重复结构来模拟随机分布的球床堆芯的建模结果。对VSOP模型中的侧反射层孔道进行均匀化处理，对球床顶锥和底锥的几何进行等效处理，用蒙特卡罗模型详细比较了近似处理为有效增殖因数k_eff带来的偏差。结果表明，VSOP模型中不同的近似处理方法会带来不同的偏差。但最终VSOP模型与最精细的蒙特卡罗模型在有效增殖因数方面差别不大，进一步说明VSOP模型的可用性和合理性。当然，VSOP程序和模型的验证还需要进一步深入研究。