超临界水堆滑压启堆工况下堆芯热工水力动态模拟

对ATHLET-SC系统程序进行改进,实现了两流体模型下的跨临界瞬态计算。以该程序为基础,采用超临界轻水堆型(SCLWR-H)的滑压启堆方案,针对混合谱堆型的堆芯部分进行启堆工况下的热工水力动态模拟。模拟结果表明,整个启堆过程中燃料棒包壳表面温度均未超过限值(650℃),跨临界瞬态下水的物性突变不会对堆芯燃料棒包壳传热造成不良影响。

基于二维S_N方法的岭澳核电站首启堆源量程探测器响应计算分析

采用基于离散纵标方法 (SN)的二维输运程序DORT,对岭澳二期核电站首次启堆情况下的源量程探测器计数进行计算,并对计算过程中会影响结果精度的各种参数进行比较分析;同时将计算结果与岭澳二期核电站实测值进行比较,结果表明:优化模型计算值与测量值之比为1.028±0.050。为后续核电站设计中计算首启堆情况下源量程探测器计数提供借鉴。

快中子堆启堆试验

以大、中型池型试范快堆为例,介绍有关快堆启堆的两个主要试验阶段的经验:(1)装料前预备工作、充钠、堆整体试验;(2)装料、逼近临界及提升功率试验。

MW级热管冷却反应堆反馈特性及启堆过程研究

热管冷却反应堆(简称热管堆)具有系统简单、可靠性高、非能动传热、运行温度高等特点,是当前多用途微型核电源的优选方案。热管的固态属性特征使得热管堆的反应性反馈特点与传统堆芯存在较大差异。热管堆中不仅存在燃料和基体多普勒效应的反应性反馈,还须考虑堆芯热膨胀效应和热管内工质变化可能带来的影响。本文针对美国MW级热管堆MegaPower堆芯方案的启堆工况,进行固态堆芯反馈特性研究。利用反应堆蒙特卡罗程序RMC计算得到堆芯从冷态到热态,燃料、基体、反射层的多普勒系数和热膨胀反馈系数,以及随热管两相工质份额变化的空泡系数。结果表明,在热管堆启堆过程中,堆芯主要受到燃料多普勒效应和基体热膨胀效应的影响,热管内两相分布引起的空泡效应影响可忽略。利用热管堆系统分析程序HPRTRAN分析了MW级热管堆启堆过程及各阶段的特点,研究了控制鼓转动速率对启堆过程的影响,为热管堆启动过程控制策略研究提供参考。

基于自主运行的热管反应堆启堆过程研究

热管反应堆(HPR)的应用对无人自主运行技术提出了迫切需求,将自主运行技术应用于HPR,可实现状态感知、趋势预测、策略优化;能够有效避免人因失误;提升HPR技术性能、拓展核动力应用领域。以MegaPower热管堆为研究对象,以HPRTRAN程序为分析工具,针对热管堆运行过程中的重要组成——HPR启堆过程开展基于自主运行的研究,建立了适用于HPR启堆的、由监测诊断层-预测层-决策层组成的自主运行框架,初步开发了HPR自主运行系统。研究结果表明,自主运行系统预测结果准确性较高,决策方案较为科学且具备一定可行性。相关研究成果可为后续全面实现HPR无人值守自主运行奠定基础。

热管反应堆启堆特性分析

热管反应堆在中子能谱、燃料及堆芯结构、温度反馈系数、反应性控制方式、冷却剂等方面与压水堆存在较大的不同,导致其启堆过程中堆芯可能出现较大的功率峰值并导致热管两端出现较大的温差。针对上述问题,以陆地热管反应堆为研究对象,提出了“蛙跳式”启堆控制策略,通过理论分析的方法提出了策略的控制整定值;在系统设计改进方面,提出了增加空气预热器用于热管完全启动前热管冷凝段预热的方案;并采用数值计算的方法对前述方案的应用效果进行了分析和验证。计算结果表明,提出的启堆控制策略和系统设计改进方案减小了启堆过程中堆芯功率的波动幅度,减小了热管启动过程中热管蒸发段和冷凝段的温差,并相应降低了热管热应力,提高了热管运行的可靠性。其研究成果为控制鼓的设计提供了输入,也为反应堆保护与控制系统相关监测参数的设定和热管堆气体冷却系统的设计方案提供了参考。

热管堆多反馈效应下的启堆特性研究

热管堆采用高温固态堆芯,启堆过程中会经历较大的温升和热膨胀,热管中的工质状态会发生变化,带来复杂的反应性反馈。为研究热管堆反馈机制下的启堆特性,以美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)设计的兆瓦级热管堆MegaPower为研究对象,利用热管堆瞬态分析程序HPRTRAN,采用3种启堆模式对其进行了启堆工况计算,研究了每种模式下的启堆特性。结果表明,热管堆启堆过程中会经历较大的功率波动,可能出现不利于启堆的“温度平台”,间隔转动控制鼓相比于连续转动控制鼓,是一种更安全且实际可行的启堆方案。

空间核动力装置控制系统设计分析及启示

空间核动力装置执行深空任务具有复杂性和特殊性,对其控制系统的研发提出较多独特的挑战。研发具有高可靠性和高自主性的控制系统,一直是空间核反应堆领域的研究重点及难点之一。对美俄(苏联)从20世纪80年代至今典型空间堆控制系统的研发方案展开调研,分别从控制系统的总体要求、架构设计、启动控制策略、额定工况下功率控制方案等方面,对其设计现状进行分析和归纳,总结美俄不同型号空间堆控制系统的设计及其特殊性。在美俄空间堆控制系统设计的经验基础上,为不同型号空间堆装置控制系统的设计提供借鉴。

轴向行波堆堆芯设计

从中子扩散方程和燃耗方程出发,详细推导了轴向行波堆一维简化计算模型,并针对公式推导中的相关假设从反应堆物理的角度进行解释,从理论上论证了轴向行波堆燃烧概念的可行性。针对轴向行波堆设计难点,即启堆区设计,从启堆区长度选取、启堆区轴向分段、启堆区轴向各段核子密度分布等方面进行了计算分析。结果表明,在合理启堆区设计基础上得到的2 000 MW轴向行波堆堆芯方案能满足全寿期内反应性波动小、重要物理特性参数保持一定形状不变在轴向传播的要求。