后处理厂乏燃料组件提升机制造工艺研究

核燃料在核电厂经过裂变反应后,成为具有高放射性的乏燃料。乏燃料被运送至乏燃料后处理厂后,会被放入乏燃料准备水池。当进行首端处理时,使用提升机将乏燃料组件从水下提升至剪切热室下方,以备后续处理。组件提升机是乏燃料首端处理的核心设备。文章从组件提升机结构特点入手,剖析液压缸、提升小车和机架等关键零部件的作用、制造技术难点,提出切实可行的解决方案,抓住影响设备性能和精度的关键点进行严格、有效的质量管控和风险防控,同时制作专用试验台架来模拟现场实际工况,以测试组件提升机的整体性能。试验结果表明,提升机的各项性能和技术指标均满足设计要求,充分证明了制造工艺的合理性和质量的可靠性。

钠冷快堆破损乏燃料组件的识别

在钠冷快堆中,为减少在乏燃料贮存池内和后续运输途中对周围环境的放射性污染,需要有效地识别出清洗阱内的破损乏燃料组件。结合乏燃料组件清洗工艺,根据包壳破损特征核素的特性和本底放射性水平,设计了有效的包壳破损探测方法,并探讨了包壳破损的判定依据,以可靠地识别出钠冷快堆各种不同性质和不同时期破损的乏燃料组件。

钠冷快堆乏燃料组件自然循环冷却瞬态过程的数值模拟研究

应用Fluent程序,对处于氩气中的钠冷快堆乏燃料组件自然循环冷却瞬态过程进行了三维数值模拟。计算获得了乏燃料组件内部冷却剂通道和外部区域的热工水力学现象及变化规律。结果表明:利用标记区域分割方法,将燃料棒间隙网格划分为绕丝网格和绕丝周边流体域网格,能在棒束区生成高质量结构化网格;在氩气自然循环冷却瞬态过程中,棒束区内子通道氩气流量增加速度落后于边子通道,内子通道升温更快;乏燃料组件棒束区温度在轴向呈现中心高、边缘低的分布特征;为避免包壳温度超过设计值,乏燃料组件处于氩气中的时间不宜超过6min。

乏燃料组件非破坏性测量的叉形探测器

采用总γ和无源中子测量方法建立了叉形探测器。叉形探测器可用于后处理和贮存工厂中ＰＷＲ和ＢＷＲ型的乏燃料组件的燃耗、冷却时间、总钚和总裂变物质含量的测定。

基于多孔介质和等效热导率模型的快堆乏燃料组件传热特性数值分析

乏燃料组件在运输或转运过程中,组件会裸露在传热较差的气体介质内,需关注其散热性能。为模拟乏燃料组件的传热特性,采用多孔介质模型模拟组件的流动阻力,并利用等效热导率模型模拟组件内部的传热。由于自然对流条件下乏燃料组件内部流动符合层流假设,在多孔介质阻力模型中忽略了惯性力项的作用。将等效热导率模型的模拟结果与SNL-LMFBR实验结果进行对比,证明了该模拟方法的有效性。计算结果表明,在水平放置工况下乏燃料组件温度轴向呈对称分布,在竖直放置工况下轴向呈非对称分布,乏燃料组件的高温区域向组件上方偏移。

反应堆乏燃料组件的破损检测

为了解决某反应堆101盒乏燃料组件外运送贮,对乏燃料组件破损检测方法进行了研究,在已有技术的基础上,根据自身的需求设计、加工了新的采样系统,设计了工作流程,并给出了测量数据的判断依据。该采样系统可以在水下实现一次对一批乏燃料组件进行逐个取样,每个样品对应一个确定的组件,检测效率高。测量破损检测样品101个,根据测量结果判断出1个样品含有85Kr,其余样品不含85Kr或是85Kr的含量低于该条件下仪器的探测限,表明101盒乏燃料组件中有1盒组件包壳存在破损情况,其余组件包壳未破损。

乏燃料组件提升翻转机结构设计及动力学分析

为实现乏燃料组件提升和翻转动作同步进行,本文设计了基于双导轨提升翻转同步机构的提升翻转机,并在结构中设置安全防坠单元,保证紧急情况下乏燃料组件的安全性。为进一步保证乏燃料组件在提升、下降正常工况和钢丝绳断裂异常工况下的结构安全问题,以双导轨提升翻转同步机构为研究对象进行了动力学仿真分析,使用ADAMS软件分析其多体机械系统关键部件的运动规律与运行中复杂的受力特性,获得了不同工况下设备运行全程的速度及加速度特性曲线。结果表明:双导轨提升翻转同步机构工作时乏燃料组件所受的冲击力小于10 kN,翻转提升过程中翻转料仓的速度波动小于10%,仿真结果验证了系统设计的合理性和可行性。

300#反应堆乏燃料组件的转运屏蔽与监测

300#反应堆通过技术改造,增设乏燃料组件转运系统。转运时通过屏蔽吊筒对乏燃料组件进行屏蔽。通过多种仪器现场测量乏燃料组件屏蔽前后的放射性照射量率数据,确认了转运系统的有效性。

SPRR-300堆乏燃料组件初步测量

介绍了SPRR-300堆的现状,描述了该堆乏燃料组件γ照射量率测量和γ谱测量的实验条件、步骤,给出了实验结果,并与相应计算数据的进行对比分析,最后讨论了实验的意义和前景。

压水堆核电厂乏燃料组件γ源强研究

本文运用ORIGEN-ARP计算研究了压水堆核电厂反应堆平衡循环的乏燃料组件的γ源强,对影响γ源强的因素,包括总燃耗、各循环燃耗比例和能群结构划分方式进行了分析。分析结果表明:乏燃料组件中,裂变产物产生的γ源强始终占主要部分。在卸料后的不同冷却时刻,γ总源强与总燃耗或末端燃耗密度存在正比关系。采用不同γ能群结构划分方式对γ总源强计算结果的影响较大。

钠冷快堆乏燃料组件热工水力分析程序开发

为了对示范快堆乏燃料组件的热工水力特性进行分析,自主研发了钠冷快堆乏燃料组件热工水力分析程序SPATANS。该程序基于子通道分析方法,采用适用于低流量下的流动换热和交混关系式。针对乏燃料组件棒束区进行计算,得到组件不同高度处各子通道的温度、压力等热工参数,并将计算结果与三维计算流体力学FLUENT程序的结果进行对比分析。结果表明:自主研发程序的计算结果与FLUENT程序的计算结果较为吻合,偏差在工程可接受范围内,且其计算效率明显高于FLUENT程序。初步表明SPATANS程序可用于钠冷快堆乏燃料组件热工水力分析,并具有良好的应用前景。

压水堆核电厂乏燃料组件源项计算分析

核燃料贮存、运输以及后处理过程中的安全是构成核与辐射安全的重要内容,为保证安全性,提高运输经济性,减小后处理厂对环境的排放,须获得乏燃料组件的包络源项,因此,采用ORIGEN-ARP程序分析组件运行历史、初始富集度、燃耗深度等参数对源项的影响。运行历史在卸料初期对源项略有影响,可采用合适的保守因子予以包络,在冷却一定时间后,其影响可忽略不计;初始富集度、燃耗深度均不同的组件须经对比计算以获得包络源项。计算表明:在目前核电厂乏燃料组件中,235 U初始富集度为4.45%、燃耗深度为55GW.d/tU的AFA-3G型组件源项是包络的,可作为乏燃料水池、运输容器设计,以及后处理厂排放源项分析的初始源项。

中国实验快堆乏燃料组件贮存临界安全分析

本文介绍了利用三维蒙特卡罗输运程序MCNP对中国实验快堆(CEFR)乏燃料贮存系统进行的临界安全评价.在计算中，充分利用MCNP强大的三维几何描述功能，建立了细致的非均匀计算模型，根据核安全法规评价了各种事故情况下的临界安全问题、本文的计算和分析为CEFR乏燃料贮存系统设计的临界安全提供了理论依据。

含钆量对乏燃料组件衰变热的影响

压水堆核电厂乏燃料水池中内的乏燃料组件持续释放衰变热,由冷却系统对其持续冷却以控制乏燃料水池水温低于技术规范限值50℃。因此衰变热的计算对冷却系统的设计至关重要。文中以CPR1000机组的乏燃料组件为研究对象,采用ORIGEN/S程序,开展乏燃料组件燃耗计算和放射性核素衰变计算,并分析了含钆量对乏燃料水池衰变热的影响规律。计算结果表明:乏燃料组件含钆量越高,其衰变热越大;为了确保乏池冷却能力的设计的保守性和安全性,需要考虑含钆棒对燃料组件衰变热的影响。

基于多表面封闭系统网络法的钠冷快堆乏燃料组件内部传热数值分析

钠冷快堆乏燃料组件在转运过程中会暴露在气体环境中,散热性能明显下降。为预测乏燃料组件在气体环境中的温度分布,特别是避免燃料组件包壳最高温度超过设计限值,本文建立了基于多表面封闭系统网络法的数值模型,以此为基础开发了数值分析程序。通过与37棒束模拟组件实验数据的对比,验证了程序的可靠性。通过与Manteufel-Todreas双层模型预测结果的比较,证明了程序更具有保守性。另外,比较了均匀与非均匀加热两种情况下的温度分布,分析了加热功率、表面发射率对温度的影响。

乏燃料组件跌落速度的理论计算和数值模拟

针对乏燃料组件在乏燃料池的水中吊运时有可能发生跌落的情况,通过理论近似解和CFD数值模拟两种方法计算乏燃料组件跌落速度.结果表明两种方法得到的跌落速度相近,最大误差小于5%,都可以用于跌落过程的模拟;采用CFD数值模拟还可以得到乏燃料组件下降过程中周围流场和压强的变化.虽然乏燃料组件的跌落速度逐渐增大,但跌落加速度变化不大,表明水对组件的阻力影响较小.

乏燃料组件燃料棒更换装置抓爪结构的数值分析和试验研究

燃料组件是核电站核反应堆的关键设备之一,涉及燃料组件的维修特别是乏燃料组件破损棒更换维修属于高风险作业。本文主要针对乏燃料组件燃料棒更换装置的核心零件燃料棒抓爪的结构进行研究,通过结构力学分析得到抓爪较优壁厚数值,然后通过有限元计算抓爪的强度固化结构参数,最终进行抓爪试制,并通过抓爪试验台模拟抓爪的实际工况对抓爪进行性能测定,确保抓爪满足使用要求。

用于乏燃料组件上下端部活化源项分析的截面库研究

基于乏燃料组件上下端部活化源项精细化分析的需求,自制精细化问题相关截面库,并通过对比分析,研究不同截面库应用特点:活性区截面库和热中子截面库应用于活化源项计算时均存在较大的计算误差;组合截面库对共振群和快群截面的处理偏保守,当程序应用于上下端头活化源项计算时,分析结果偏保守;基于问题相关中子能谱自制的反应截面更加接近真实情况,基于此的计算结果也最接近真实情况。

101堆乏燃料组件外运的辐射监测

该文介绍了101重水研究堆乏燃料外运前,需要进行的待运乏燃料组件选择,乏燃料组件看号翻转后装入吊篮,吊篮装入运输容器,乏燃料组件包壳破损检验等重水研究堆乏燃料吊装、外运前的辐射监测工作。在确保组件无破损无泄漏,运输容器的表面污染和剂量率水平符合国家运输标准(GB11806-2004)后方可运输。由于乏燃料中含有大量的放射性物质,具有很强的放射性,所以在整个乏燃料吊装过程中,进行严密的辐射防护监测,确保工作人员的辐射安全和环境安全,是非常重要的。

乏燃料组件燃料棒更换抓爪疲劳特性的数值分析和试验研究

本文针对乏燃料组件燃料棒更换抓爪的疲劳特性进行研究,目的在于获得燃料棒抓爪合理可靠的使用寿命。抓爪所用材料属于定制特种材料,为获取不同应力值对应的极限循环次数,拟合出该材料的S-N疲劳特性曲线,本研究中对抓爪所用材料进行了疲劳试验;而后通过ANSYS软件建立抓爪模型并施加载荷。通过S-N疲劳特性曲线数据,对ANSYS进行参数设定,获得抓爪的理论疲劳寿命;通过疲劳试验验证了乏燃料组件燃料棒更换抓爪的使用寿命。