200MW核供热堆含钆可燃毒物棒

介绍了轻水堆可燃毒物的发展和钆可燃毒物的各种性能。采用压水堆核电厂燃料元件稳态分析程序ＦＲＡＰＣＯＮ２，分析了２００ＭＷ核供热堆（ＮＨＲ２００）采用含钆可燃毒物棒（钆棒）的各种设计考虑，并根据其设计参数，对不同含钆量的可燃毒物棒进行了稳态工况的性能分析。结果表明，ＮＨＲ２００含钆可燃毒物棒能很好地满足堆芯设计要求，并且有较大的安全裕度。值得注意的是，由于钆是强中子吸收剂，存在着自屏效应，引起钆棒径向功率分布随时间变化，造成芯块中心温度峰值更高，其结果造成相同功率的钆棒比普通燃料棒危险。

几种新型可燃毒物的特性以及在我国的应用前景

阐述了现代压水堆可燃毒物的设计要求，评价了几种新型可燃毒物的主要特性，提出了在我国研制和应用新型可燃毒物的具体建议。

FCM燃料压水堆弥散可燃毒物中子学分析

为将全陶瓷微胶囊封装(FCM)燃料应用于小型压水堆,对FCM燃料组件开展了可燃毒物中子学设计与分析。通过寿期初引入负反应性、寿期内消耗速率和寿期末残留3个方面,对弥散在SiC基体中的弥散型可燃毒物Gd2O3、Er2O3、Sm2O3、Eu2O3、Dy2O3及HfO2进行评价。FCM燃料中TRISO颗粒核芯直径达800μm,燃料颗粒自屏效应强烈,在RMC程序中引入随机介质计算功能,对FCM燃料进行随机几何建模,保证了反应性计算精度。分析表明:Er2O3可作为FCM燃料堆芯的候选可燃毒物,Gd2O3和Eu2O3需结合堆芯开展进一步研究,Sm2O3、Dy2O3及HfO2的反应性惩罚过大,不适合作为FCM燃料可燃毒物。

可燃毒物现状

以可燃毒物材料体系为研究对象,综述了可燃毒物材料的研究进展,介绍了可燃毒物材料的元素选择标准,并对各毒物特点进行了较为详尽的介绍。通过对比各可燃毒物材料,指出了其在核电应用中依然存在的问题,最后展望了其未来的发展前景。

百万千瓦级压水堆核电站长燃耗堆芯钆可燃毒物优化研究

对百万千瓦级参考核电站长燃耗堆芯（１８个月换料）采用的可燃毒物（钆）含量与堆芯燃料管理主要结果进行了分析研究。该研究采用先进的燃料管理程序系统，对不同可燃毒物含量和不同可燃毒物棒根数的燃料组件进行了计算，给出了组件无限增殖因子（ｋｉｎｆ）随燃耗的变化关系，据此对参考堆芯采用相同的装载进行了４种方案燃料管理计算。计算结果表明，对于堆芯燃料管理，采用低可燃毒物含量、含可燃毒物棒数多的装载方案明显优于高可燃毒物含量、含可燃毒物棒少的堆芯装载方案。

反相色层分离电感耦合等离子体原子发射光谱法测定可燃毒物(Gd,U)O_2中12种微量元素

采用磷酸三丁酯-聚偏氟乙烯反相分配色层分离法使Al，Ca，Co，Cr，Fe，Mg，Mn，Mo，Ni，Sn，Ti，V，Gd与U分离，用电感耦舍等离子体原子发射光谱法测定Al，Ca，Co，Cr，Fe，Mg，Mn，Mo，Ni，Sn，Ti和V12种元素，大量Gd不干扰。取样100mg时，测定范围为20～640μg／g。方法已用于可燃毒物（Gd，U）O2中上述12种微量元素测定。回收率在94％～110%之间，相对标准偏差（RSD）为4．6%～9．2％。

碳化硼锆合金可燃毒物中空芯块制备工艺研究

以氢化锆粉与碳化硼粉为原料，用橡胶模成型方法成型，真空烧结炉中脱氢；在800～1100℃下保温1h，制得碳化硼锆合金可燃毒物中空芯块烧结体；用浸渍法测量芯块的致密度和开孔率，研究烧结温度和碳化硼含量对烧结体致密度的影响；用扫描电镜分析坯体与烧结体的微观结构。结果表明，碳化硼锆合金烧结体的致密度随烧结温度的升高而增加，随碳化硼含量的增加而降低，碳化硼颗粒在锆合金中分布比较均匀，当碳化硼质量分数为O．5％，烧结温度在1000℃以上时，烧结体致密度达到95％以上，开孔率低于1％。

新型可燃毒物设计与现代堆芯燃料管理

阐述了现代压水堆堆芯燃料管理对可燃毒物的新要求，评价了几种新型可燃毒物的设计特点。

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。

IFBA/WABA可燃毒物元件的燃耗特性分析

针对AP1000反应堆采用的燃料元件表面涂硼毒物(IFBA)和湿式环状可燃毒物棒(WABA),分别采用蒙卡程序MCNP5和组件均匀化计算程序CASMO构建含可燃毒物的燃料组件计算模型,基于MCNP5分析了可燃毒物棒布置方式及数目对组件初始k_(inf)、局部功率分布的影响;基于CASMO分析了不同类型可燃毒物组件的燃耗特性。结果表明:在燃料表面涂硼作为可燃毒物具有良好的燃耗跟踪特性,燃耗寿期内k_(inf)变化较小且几乎没有残留;同时将含IFBA毒物燃料元件交叉布置可获得较小的组件初始k_(inf)值,并能更好地展平组件局部功率分布,但随IFBA涂层变厚,组件k_(inf)的变化率逐渐变小,但温度系数绝对值呈上升趋势。

含有可燃毒物的压水堆核电站堆芯装料设计优化研究

含可燃毒物的压水堆装料优化是燃料管理优化研究中的难点,应用通常的脱耦方法和优化算法效率低、全局性差。研究提出局部脱耦方法用以简化问题规模、缩小搜索空间,选择特征统计算法进行优化方案的搜索。利用局部脱耦方法结合特征统计算法研制出压水堆核电站堆芯LP和BP耦合装料优化程序CSALPBP。使用该程序对大亚湾第10循环和第12循环进行了装料优化计算。结果表明CSALPBP程序在求解含可燃毒物的压水堆装料优化问题方面具有很高的搜索效率和很好的全局性,能够较好地解决含可燃毒物的压水堆堆芯装料优化难题。

含可燃毒物的压水堆堆芯装料优化

含可燃毒物的压水堆堆芯装料优化是燃料管理优化研究中的难点。应用通常的优化算法效率低、全局性差,特征统计算法更适合求解该优化问题。本研究克服了原特征统计算法装料优化将组件布置(LP)优化和新组件可燃毒物配置(BP)优化脱耦处理的缺陷,对LP和BP同时进行优化,结合堆芯分析程序CYCLE2D,成功地研制了压水堆LP和BP耦合优化程序CSALPBP。用该程序对大亚湾2号机组第10循环进行了堆芯装料优化计算。结果表明:CSALPBP程序具有很高的搜索效率和很好的全局性。

碳化硼粒径对可燃毒物成形与烧结性能的影响

以碳化硼微粉和氢化锆-2粉为原料,用钢模成形方法在200~500MPa的压力下制备了碳化硼氢化锆坯体,坯体在高真空烧结炉中于1 100~1 300℃下烧结1h制得碳化硼锆合金可燃毒物中空芯块。用扫描电镜分析坯体的微观形貌,研究了成形压力与碳化硼含量对坯体和烧结体相对密度的影响。结果表明：碳化硼的粒径对粉料能否用钢模成形有关键性影响;碳化硼氢化锆坯体的相对密度随碳化硼含量的增加而略有降低,随成形压力的增加而明显增加;碳化硼微粉严重阻碍了碳化硼锆合金的烧结,即使碳化硼的含量仅为0.49%（质量分数）,芯块的相对密度也会下降18%;提高烧结温度和增加成形压力对芯块的致密化有明显促进作用。

先进聚合物可燃毒物燃耗特性分析

针对当前新提出的先进聚合物材料(PACS),分析聚合物可燃毒物的材料特性与慢化特性,基于秦山核电厂与Crystal River Three两类堆型燃料组件,对比分析采用不同类型可燃毒物材料时组件的燃耗特性。结果表明:聚合物材料的慢化特性随含氢量呈线性变化关系,调节聚合物分子组成可以改变毒物的燃耗特性。相对传统的可燃毒物材料,先进聚合物可燃毒物体现了良好的毒物特性,全寿期具有更低的局部功率峰,在燃耗初期PACS聚合物可燃毒物有较低的初始k_(inf)值,而在燃耗后期释放高于1%的k_(inf)值,可燃吸收体核素B-10消耗更加充分,且具有较大的热通量,可提高热中子利用率,并促进裂变核素Pu的消耗。

可燃毒物组件抓具导向装置的设计改进

导向装置是可燃毒物组件抓具的设计要点之一,在可燃毒物组件提升和下降过程中,通过联动实现可靠、安全、准确地开合动作,完成导向可燃毒物棒束的功能。传统的设计采用四连杆机构,推杆较长且机构较复杂,本文介绍的导向装置采用直线凸轮与滚子机构,并用三维软件做了相应的运动学和动力学仿真、验证和比较,结果表明,设计改进是合理可行的。

颗粒型弥散可燃毒物反应性控制分析

本文从可燃毒物特性出发,分析了不同类型均匀毒物对栅元kinf的影响,同时分析了不同类型可燃毒物以不同半径颗粒形式存在时对栅元kinf的影响,指出对于吸收截面较大消耗速率较快的可燃毒物,可以根据反应性控制需要以一定半径的颗粒形式均匀弥散在燃料中,既能保证在寿期初不会对反应性造成过分压制,又能在寿期中使毒物缓慢消耗,使反应性得到逐渐释放,最后在寿期末由于其较大的吸收截面而消耗充分,反应性惩罚较小。本文为可燃毒物在反应性控制中的应用提供了另一条思路,具有一定的借鉴意义。

阴离子交换分离-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定可燃毒物(Gd,U)O_2芯块中微量钍

0.500 0 g试样溶于硝酸及数滴盐酸中,加入硫酸(1+1)4 mL冒烟,冷却后用3.0 mol.L-1氢氧化钠溶液调节试液酸度至pH 2.0~2.5,将试液以0.5~1.0 mL.min-1流速通过阴离子交换树脂柱。试样中钍(Ⅳ)与铀(Ⅵ)与硫酸根形成络阴离子吸附在树脂上,用0.01 mol.L-1硫酸(20 mL)淋洗树脂,使钍及铀与钆等其他元素分离,弃去洗出液,改用6.0 mol.L-1盐酸作洗提液,流速上同。弃去最先流出的7 mL洗出液,收集之后流出的18 mL洗出液于一小烧杯中,其中含有试样中的钍,铀仍留在树脂上。将溶液蒸至近干,用1.0 mol.L-1硝酸溶解残渣并移入5 mL容量瓶中,用此硝酸溶液洗涤并定容。此溶液供电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定,对仪器的最佳工作条件及钍的分析条件作了较详细的分析。方法的测定下限为0.2μg.g-1,进行加标回收试验及精密度试验,相对标准偏差结果(n=6)为9.6%,平均回收率为105%。

基于遗传算法的可燃毒物设计优化方法研究

可燃毒物可补偿寿期初过剩反应性及展平功率分布,因此对堆芯燃料组件设计具有重要意义。目前传统的优化设计主要依靠设计者的主观经验及判断,复杂耗时,其设计效率及可靠性急待改进。本文将多目标并行遗传算法应用于压水堆组件毒物选型优化,以反应性控制、功率分布和不同时期燃耗剩余等为目标,对可燃毒物材料类型、含可燃毒物燃料棒排列方式、毒物含量、轴向分层等决策变量进行优化,研究了遗传算法在燃料组件毒物多目标优化设计中的理论模型及实现方法。同时将遗传算法与蒙特卡罗粒子输运方法有机结合,应用到压水堆燃料组件设计中,得到了组件可燃毒物优化方案。针对二维和三维燃耗计算,分别筛选了13和40种优化方案。计算结果表明:Er_(2)O_(3)用作毒物的综合效果最好;Gd_(2)O_(3)、Eu_(2)O_(3)和Sm_(2)O_(3)的应用需结合堆芯方案开展进一步研究;HfO_(2)和Dy_(2)O_(3)不适合用作可燃毒物。该结果与通过人工搜索优化得到的结论基本一致。同时,三维轴向分层可为优化提供更多可选的材料种类方案,以部分毒物的分层布置方式可减小功率峰因子。本文研究为堆芯燃料/毒物设计提供了先进方法及工具。

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。

压水堆堆芯可燃毒物装载的优化计算

成功地将遗传算法和禁忌搜索算法应用于核反应堆堆芯可燃毒物装载优化研究。以大亚湾核电厂堆芯第10循环为例,利用遗传算法对硼玻璃、Gd2O3和IFBA三种常用的可燃毒物进行了优化计算。结果表明,遗传算法对反应堆堆芯可燃毒物装载优化问题是有效的,IFBA可燃毒物的优化结果最好。最后应用由遗传算法和禁忌搜索算法混合而成的杂交优化策略进行了优化计算,该方法可大大提高优化速度。