球床氟盐冷却高温堆中^6Li摩尔浓度对冷却剂温度反应性系数影响的研究

球床氟盐冷却高温反应堆作为第四代反应堆,选用2LiF-BeF2做冷却剂。2LiF-BeF2中含有微观吸收截面很大6Li核素,其摩尔含量会对冷却剂的温度反应性系数造成影响,因此研究6Li摩尔含量对冷却剂温度反应性系数的影响十分必要。本文以无限球床为计算模型,利用SCALE6(Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation)对不同6Li摩尔含量的冷却剂温度反应性系数进行研究。分析结果表明,当冷却剂中6Li摩尔含量占Li元素总量的0.005%时,冷却剂中6Li和7Li的宏观吸收截面大致相当;随着6Li摩尔含量的增大,冷却剂的温度反应性系数由负向正转变,并逐渐增大;基于四因子公式的分析表明,引起冷却剂的温度反应性系数由负变正的主要因素为热中子利用系数的变化。

PB-FHR堆芯活性区体积对冷却剂温度反应性系数影响的研究

氟盐冷却球床高温反应堆(Pebble Fluoride-Salt-Cooled High Temperature Reactors,PB-FHR)的冷却剂温度反应性系数与其堆芯活性区的几何尺寸有直接关系,研究选取7Li摩尔含量为99.995%的2Li F-Be F2做冷却剂,对冷却剂温度反应性系数与PB-FHR的堆芯活性区体积的关系进行定量分析。利用SCALE5.1软件对不同堆芯活性区体积的PB-FHR的冷却剂温度反应性系数进行了研究。分析结果表明:堆芯活性区体积越大的PB-FHR,冷却剂温度反应性系数越趋于正值,堆芯活性区体积越小的PB-FHR,冷却剂温度反应性系数越趋于负值。基于四因子公式的分析表明,逃脱共振俘获的概率、不泄漏概率和热中子利用系数在不同堆芯活性区体积的PB-FHR内的差异是影响冷却剂温度反应性系数差异的主要原因。

中国先进研究堆功率反应性系数测量

中国先进研究堆(CARR)功率反应性系数测量试验的目的是获得CARR堆芯满装载时功率反应性系数,为CARR安全运行提供数据参考。试验采用控制棒棒栅效率刻度法。3次试验的测量结果均为负值且与温度反应性系数不矛盾,满足验收准则的要求。文中对引起偏差的原因进行了深入分析,考虑到CARR日后运行的实际情况,选用第3次试验的测量结果为CARR堆芯满装载时的功率反应性系数。

中国先进研究堆燃耗反应性系数测量

中国先进研究堆(CARR)燃耗反应性系数测量试验采用控制棒棒栅效率刻度法来获取初装态反应堆满功率运行时的燃耗反应性系数。该试验的目的是通过测量获得反应堆燃耗反应性系数,为将来CARR长期安全运行提供原始基准数据,同时验证设计理论计算结果。试验采用了两种测量方案,两种测量方案获得的燃耗反应性系数均为负值,且二者数值符合度高,测量结果与核设计值有一定偏差,但满足试验验收准则。

中国实验快堆反应性温度系数理论分析和试验研究

利用CITATION程序对中国实验快堆(CEFR)反应性温度系数进行计算,同时与其他程序计算结果和实验测量值进行比较。CEFR反应性温度系数约为-4pcm/℃,计算结果与实验值吻合较好。升温和降温过程的反应性温度系数测量误差约为11%,满足试验验收准则。测量结果可校核理论计算结果,同时为CEFR的安全运行和在换料情况下的反应性平衡分析提供参考数据。

基于反应性温度系数的金属型脉冲堆波形计算

金属型脉冲堆的反应性反馈效应主要由热膨胀引起,本文在反应性温度系数的基础上建立了波形计算方法,该方法由蒙特卡罗中子输运程序、热力学计算程序和点堆方程3部分组成。首先由三维中子输运程序和热力学计算程序计算出热功率和反应性的耦合关系,然后将耦合关系代入点堆方程,即可求解出波形。采用该方法计算了Lady Godiva的波形,计算结果与LANL的实验结果一致。

摇摆条件下棒束通道自然循环核热耦合特性实验研究

为研究海洋条件下核热耦合对棒束通道自然循环热工参数波动特性的影响,在机械摇摆台上设计并搭建了5×5棒束通道自然循环实验回路。基于单群点堆中子动力学模型,通过实时采集热工参数并计算实时核功率,实现了运动-热工-物理的耦合。对棒束通道单相自然循环核热耦合的瞬态特性进行了实验研究,研究结果显示:在静态工况下,核热耦合使得系统功率发生小幅度波动,当温度反馈系数低于-5×10^(-4)℃^(-1)时,燃料温度反馈对功率的影响比冷却剂温度反馈更大。核热耦合对热工系统的时均参数无显著影响,增大燃料温度反馈系数会降低系统的稳定性。在摇摆运动工况下,摇摆幅度越小或摇摆周期越短,核热耦合引入的功率波动幅度就越小。此外,在摇摆运动启动的瞬态过程中,核热耦合使得系统重新建立稳定自然循环的时间大幅延长。

改进Flower型超临界水冷快堆负空泡反应性初步分析设计

超临界水冷快堆结构简化,堆芯功率密度高并且不存在沸腾危机,是一种比较有前途的先进核能系统.但潜在的正空泡反应性系数是需要认真考虑的安全问题.本文建立了改进Flower型超临界水冷快堆堆芯模型,并通过对堆芯分区布置,冷却剂密度分层、MOX燃料合理设计、燃料富集度轴向分层布置,blanket组件盒厚度增加及内部通道采用贫铀冷却的方案,获得了负的空泡反应性系数,初步达到了堆芯的安全设计要求.

CFBR-II堆反应性温度效应分析

根据单群微扰理论分析了CFBR-II堆反应性温度效应,给出了CFBR-II堆在稳态和脉冲两种运行工况下的反应性温度系数的理论计算公式,分析和讨论了影响CFBR-II堆反应性温度系数的各种因素。结果表明:CFBR-II堆稳态和脉冲反应性温度系数均为负值,其值各不相等;CFBR-II堆稳态反应性温度系数取决于堆体的结构尺寸及材料组成、堆体各部件之间以及堆体与堆外环境之间的换热条件,与稳态运行功率无关;堆脉冲反应性温度系数在整个脉冲过程中近似为常数,其值取决于堆体的结构尺寸及材料组成。

关于深燃耗堆芯的反应性测量

介绍了在实验性PWR堆上完成的深燃耗条件下测量反应性概况。用实验结论剖析了在国外核电站堆芯上应用噪声分析法对慢化剂温度系数作全燃耗期监测研究中出现的测量结果与常规方法相差2～5倍的现象。从测量公式和堆芯扰动模型图入手所作的分析结果说明,没有消除随燃耗不断增长的强自发裂变中子源干扰是产生差异的根本原因。事实说明:在多种噪声分析技术中,只有能够清除自发裂变中子源干扰的方法才能成功地应用于燃耗后堆芯的反应性测量。

基于FLUENT的核热耦合程序反应性反馈参数敏感性

将计算流体力学模型与中子动力学模型耦合来进行反应堆瞬态安全分析的方法,由于可以开展复杂几何结构的三维流动传热分析,因此受到很大的关注。基于FLUENT用户自定义功能(UDF)开发了一套可用于池式铅堆瞬态安全分析的核热耦合程序,程序耦合了临界/次临界点堆中子动力学模型和燃料棒模型。由于反应堆处于不同寿期时,随着燃料燃耗、可燃毒物积累等因素导致反应性反馈系数有较大变化,因此使用开发的核热耦合程序对中国科学技术大学提出的小型自然循环铅冷快堆进行不同关键反馈系数下无保护的瞬态超功率事故安全分析。调整点堆模块考虑到的四个反应性反馈系数,可以发现燃料多普勒系数对堆安全的影响最大,同时定量的分析结果表明超功率事故引入时间长短对事故演化有重要影响。

改进型快谱超临界水冷堆增殖特性初步研究

建立改进型快谱超临界水冷堆(SCFR-M)堆芯模型,探讨点火区燃料棒直径和增殖区水棒直径对堆芯转换比的影响,得到合理的燃料组件设计形式。设计计算6种不同堆芯布置下的增殖特性和空泡反应性,分析燃料组分对堆芯转换比和空泡反应性系数的影响。结果表明:减小氢原子数与重金属原子数之比(H/HM),增加堆芯增殖组件数目并采用合理布置可在满足负空泡反应系数的同时提高转换比;降低燃料中PuO2质量分数可以使转换比大幅增加,同时使堆芯的空泡反应性系数有更大负值;当点火组件采用PuO2质量分数为20.8%的MOX燃料,增殖组件采用235U富集度为0.2%的UO2燃料,方案6的设计可以使堆芯的初始转换比达到1.04395,并且空泡反应性系数为负,初步达到快谱超临界水冷堆的增殖要求。

温度相关核截面数据库在MCNP计算中的必要性研究

MCNP程序由于其几何模拟和核数据上的优越性,现在在反应堆的研究分析中已经得到较多应用。通过基准题的计算,定量地说明MCNP通过其自带的常温(294 K)下的核素截面数据库不能够对反应堆进行非常准确的计算(由于反应堆内各种材料/位置的温度不同),而且,它也不能够计算反应堆中与温度相关的量,如反应性温度系数。选用了一个带有不同温度下核素截面数据的MCNP输入格式的数据库,使用MCNP-4C对基准题进行了计算,发现计算结果与基准值符合得非常好。这说明通过使用不同温度下的核素截面数据库,MCNP可以准确计算温度系数和增殖系数等,从而说明在反应堆设计计算中制作不同温度下的核素截面库的必要性。

噪声法测量临界装置温度系数实验研究

为了用噪声法测量核电站反应堆的负慢化剂反应性温度系数(MTC),本文在铀溶液临界装置上研究噪声法实验测量反应性温度系数αT,并与周期法测量的αT进行比较。结果表明,两种方法测量的αT趋势基本一致。由于铀溶液临界装置中溶液的反应性温度效应与核电站反应堆的慢化剂温度效应的机理相似,因此本文利用噪声法测量铀溶液临界装置的αT对于核电站反应堆利用噪声法测量MTC有一定的参考价值。

水溶液堆中子学优化和提取方式对^(99)Mo生产效率的影响研究

医用同位素生产水溶液堆(Medical Isotope Production aqueous Reactor,MIPR)具有尺寸小、功率低和固有安全性高等优点,是^(99)Mo和其他医用同位素生产的较佳候选堆型之一。本文重点研究低富集铀启堆模式下的提取方式以及处理能力对MIPR生产^(99)Mo效率的影响。采用SCALE6.1蒙特卡罗程序、ENDF/B-Ⅶ238群数据库进行计算。首先,根据已有的实验数据对MIPR中子学计算方法进行了验证,并对堆芯设计进行了中子学优化。然后,根据优化的堆芯模型对不同提取方式以及处理能力下的^(99)Mo生产效率进行了研究,确定了可实现临界的铀浓度与富集度范围。结果表明:在不同富集度下存在最小临界质量,且随235U富集度的增加,最小临界铀质量时的铀浓度减小;有效倍增因子随硝酸浓度增加线性减小,相应的硝酸反应性系数约为-1.400×10^(-2)L·mol^(-1);随着铀浓度的增加,空泡和温度反应性系数减小,对应反应性系数分别约在(-100~-250)×10-3℃^(−1)和(-18~-30)×10-5℃^(−1)范围。MIPR生产^(99)Mo的效率在线提取方式略高于离线批处理方式,5 d生产周期下,生产效率提高约16%。后处理能力对在线提取方式的生产效率影响较大,5 d生产周期下,后处理速率提高5倍,生产效率提高约113%。

CFBR-Ⅱ堆脉冲状态反应性温度系数测量

反应性温度系数是脉冲堆重要参数之一,采用一种特殊的方法测量了脉冲状态反应性温度系数。把脉冲的全过程分为峰和坪两个过程,根据Fuchs-Hansen模型知道脉冲峰过程的反应性减小量为系统初始超瞬发反应性的2倍,采用脉冲波形去坪的方法分离出峰过程贡献的温升,由此得到CFBR-Ⅱ堆的脉冲反应性温度系数αT=-0.002 02＄/K。

铅铋冷却氮化物燃料小型模块化反应堆堆芯中子学特性分析

在充分分析国际上各种小型模块化反应堆优缺点基础上,设计出铅铋冷却氮化物燃料小型模块化反应堆(SMPBN),并对该堆型的中子学特性进行了详细分析。通过分析认为SMPBN具有以下突出优势:以乏燃料钚作为反应堆的驱动燃料,钍作为增殖燃料,可以解决由于铀资源缺乏对核电发展的制约;氮化钚和氮化钍作燃料,可以提高反应堆的安全性和燃料的转换比;液态铅铋作冷却剂和反射层,不仅提高反应堆完全自然循环的能力,而且可以提高中子的经济性;整个寿期内反应性的波动很小并且几个重要反应性系数都为负值,从而保证反应堆具有固有安全性。

基于Dragon与Donjon程序的液态熔盐实验堆临界计算与分析

基于组件输运程序Dragon与堆芯节块法程序Donjon,对包含有上下熔盐腔室、控制棒、实验孔道与中子源孔道的液态熔盐实验堆堆芯进行了计算与分析,给出了液态熔盐实验堆不同组件的等效均匀化模型。根据液态熔盐实验堆特性将中子能群划分为5种少群能群结构,基于所划分的每一种少群能群结构,对单根控制棒与不同控制棒组插入堆芯后的有效增殖因数和控制棒价值进行了计算分析。结果表明,7群能群结构具有更好的计算结果。基于7群能群结构开展了堆芯径向与纵向功率分布,以及控制棒拔出后堆芯的温度反应性系数计算分析,其计算结果与MCNP5计算结果相近,证明了模型等效的合理性以及Dragon和Donjon程序对液态熔盐实验堆的适用性。

熔盐冷却空间堆的初步中子学设计

空间核反应堆(Space Nuclear Reactor,SNR)电源在深空探索中具有重要优势而受到国内外的广泛关注。与传统液态金属、气体和热管冷却方式不同,熔盐冷却剂可溶解裂变材料并具有良好的传热性质,因此可作为SNR方案中的冷却剂。基于国内外SNR设计方案,利用SERPENT蒙特卡罗程序和ENDF/B-Ⅶ.1数据库进行了基于熔盐冷却的空间堆方案的初步中子学设计,研究了不同燃料、包壳材料以及棒间距对燃料棒kinf的影响,以及不同熔盐冷却剂组成、反射层材料对SNR堆芯keff的影响,最终给出一种基于氟化盐7LiF-BeF2-UF4(66.4-32.7-0.9 mol%)冷却UC燃料(质量分数为80%的235U)的SNR初步堆芯方案。结果表明:燃料棒kinf与燃料棒材料密切相关,且随燃料中235U富集度的增大、棒间距的减小而增大,不同的熔盐冷却剂、反射层材料对堆芯keff有较大影响,但冷却剂中UF4的235U富集度对堆芯keff不敏感。