基于PCA的气冷微型堆堆芯在线监测方法研究

先进微型堆的研发面临仅依靠少量堆外探测器信号实现堆芯在线监测的挑战。本研究提出一种通过主成分分析和堆外探测器空间响应函数进行堆芯功率重构和棒位预测的方法,并在气冷微型堆上初步验证其可行性。研究结果表明,通过核设计程序构建不同工况下堆芯节块功率分布数据库,可以选择少于堆外探测器信号个数的主成分实现堆芯功率分布的降维,且样本恢复精度在2.5%以内;为保证主成分的适用性,应使功率分布数据库包含尽量全面的工况因素;堆外探测器响应函数受其与堆芯节块的相对位置影响显著,轴向探测器响应受前后反射层厚度影响明显,径向探测器响应与全堆燃料组件列均有映射关系;节块级功率重构可基于主成分降维和堆外探测器信号通过最小二乘法实现,重构误差在2.9%以内;轴向芯块级功率重构可基于重构的节块级功率通过多项式拟合实现,最大功率因子拟合误差在0.2%以内;棒位预测可通过构建棒位与功率在主成分上的投影系数之间函数映射模型和非线性最小二乘法拟合实现,棒位预测偏差在0.5 cm以内。该堆芯在线监测方法功率重构、棒位预测精度高,不受堆型和工况限制,可应用在各种先进微堆研发中。

气冷微型堆可燃毒物研究

为分析气冷微型堆可燃毒物布置策略,分别建立长寿期(15 MW-20 a)、短寿期(5 MW-1 a)、较长寿期(5 MW-3~10 a)不换料堆芯模型,利用通用蒙卡程序,研究气冷堆中常用可燃毒物核素种类、可燃毒物布置方案对堆芯反应性、寿期等特性的影响。研究结果表明:长寿期堆芯中,整体型Er2O3可以有效控制堆芯剩余反应性,但在寿期末会造成一定的反应性惩罚;整体型B4C可以较好地控制堆芯剩余反应性,并在寿期末几乎不会造成反应性惩罚,通过分区布置还可以优化功率分布;分离型B4C可以使燃耗特性曲线在寿期初和寿期中变化很平坦。短寿期堆芯中,分离型Gd2O3毒物棒可以很好地控制剩余反应性且不会缩短堆芯寿期;常见的B4C布置方式并不合适,但B4C弥散在堆芯石墨内可以起到较好的毒物效果。较长寿期堆芯中,分离型Gd2O3毒物棒不仅可以有效控制剩余反应性,还可以保证堆芯具备仅依靠温度负反馈实现自动停堆的固有安全性。研究结果将为后续气冷微堆型号研发提供指导。