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。

球床高温气冷堆卸料燃耗阈值对平均卸料燃耗的影响

基于蒙特卡罗方法开发了球床高温气冷堆燃料球运行历史模拟程序,分析不同卸料燃耗阈值对平均卸料燃耗、卸料燃耗分布的影响,并分析了不同球流速度模型下的差别。结果表明,卸料燃耗阈值对于平均卸料燃耗、卸料燃耗分布很大程度上受到各流道燃料增量的特性的影响。

球床高温气冷堆吸收体价值计算的验证

VSOP程序广泛用于球床高温气冷堆的工程设计。对于被布置在堆芯侧反射层孔道中、用于反应性控制的吸收体,由于物理计算方法的限制,VSOP程序不具备计算其价值的功能,必须借助其他确定论程序进行外部耦合计算,涉及到几何的近似处理、截面的归并和转换,可能引入额外的误差。为此,本文采用蒙特卡罗程序建立了精细的堆芯模型,真实描述了堆芯活性区的球床结构、侧反射层的孔道结构、吸收体的形状和位置,在同样的堆芯状态下,比较了确定论耦合程序和MCNP程序计算得到的吸收体价值。结果表明:确定论耦合程序的计算结果是准确的,从设计角度上是偏保守的。

球床高温气冷堆初装堆芯建立过程模拟

针对球床高温气冷堆HTR-PM的初始临界和启动运行问题,提出了一个初装堆芯建立过程的完整方案,并采用VSOP和蒙卡程序进行了模拟,计算了初装堆建立过程关键时刻的Keff、堆芯临界高度和最大单球功率等物理参数。计算结果表明:在冷态、空气气氛下堆芯达到首次临界时,混合区高度为2. 819 3 m;依靠吸收球分组下落,可以将混合区装载到设定值7. 7 m;在进行气氛切换的过程中,堆芯始终处于次临界状态;在功率提升阶段,单球功率的峰值为2. 42 k W/FS,燃料温度的峰值为1 035℃,依靠22组吸收球可以实现冷停堆。计算结果均满足设计要求,证明了所设计的初装堆建立过程方案的安全可行性,可以为HTR-PM初始临界和启动运行提供参考。

350MW环型球床高温气冷堆失冷失压事故下的热工特性研究

由于环型球床高温气冷堆特殊的堆芯结构,使其在失冷失压事故下堆内最高温度能够明显低于模块式球床高温气冷堆在相同事故下堆内最高温度。当堆芯热功率有较大幅度提高时,环型堆芯仍然能够凭借自身传热机能将衰变热量及时排出,满足失冷失压事故下燃料最高温度的限制。这不仅增大了反应堆的安全性能,同时也能够有效地增加反应堆单堆功率,使环型球床高温气冷堆在经济上更具竞争力。本文研究了环型球床高温气冷堆在提高功率水平时,反应堆在失冷失压事故下堆内的热工特性,并综合分析了几个重要的结构尺寸和热工参数对失冷失压事故下燃料最高温度的影响。

球床式高温气冷堆旁流三维数值模拟

针对球床式高温气冷堆中散体布置的石墨砖等结构带来的旁流问题,数值模拟了高温气冷堆满功率稳态运行时卸料管、控制棒通道及窄缝中的旁流特征。通过结合华能集团自主研发的HN-750型球床式高温气冷堆的结构特点和流道特征,建立了包含窄缝、顶反射层、堆芯球床、底反射层及底部球腔的反应堆三维几何模型和近真实物理数学模型,生成了网格数为2.6亿的混合网格。结果表明,总旁流占总流量比例为29.25%,窄缝旁流占总流量比例为24.43%,并且呈现出回流特性,卸料管旁流占比3.87%,控制棒通道旁流占比0.95%。该研究考虑了非轴对称的进出口结构,是对现有的球床式高温气冷堆二维轴对称模型的补充和提升;该研究针对球床式高温气冷堆的大规模三维数值计算,为球床式高温气冷堆的热工水力优化和安全分析提供了丰富的数据支撑。

基于精细燃耗历史及精细燃耗链的球床高温气冷堆燃耗不确定性分析

球床高温气冷堆的燃料管理具有燃料球多次通过堆芯的特点,使得燃料元件经历的燃耗历史十分复杂。球床高温气冷堆堆芯物理设计程序VSOP可以提供燃料元件的精细燃耗历史,但仅包含少量燃耗链和核素种类。而清华大学自主开发的燃耗计算程序NUIT可实现精细燃耗计算,且包含完整燃耗链和核素信息,但不具备精细燃耗历史跟踪功能。本文基于NUIT,结合VSOP提供的球床高温气冷堆精细燃耗历史,开发了球床高温气冷堆堆芯的精细燃耗计算功能,搭建了带有精细燃耗历史模拟和精细燃耗链核素的燃耗分析流程,并实现燃耗不确定性分析功能。在此基础上研究了裂变产额不确定性对球床高温气冷堆燃耗计算不确定性的贡献,并与VSOP的计算结果进行对比。计算分析结果显示,基于NUIT的精细燃耗计算结果和VSOP的燃耗计算结果得到了相互验证,且可以得到更多的核素浓度信息,该计算结果是开展球床高温气冷堆衰变热不确定性研究的基础。

球床高温气冷堆初装堆芯的物理计算方法及验证

球床高温气冷堆在初装堆芯建立过程中,会出现堆芯燃料球比例、空隙填充物质和顶空腔高度等不断变化的情况。基于确定论方法的设计程序VSOP在进行初装堆芯物理计算时需要采用多种特殊处理。为了明确这些特殊处理引入的近似程度,该文选用通用Monte Carlo程序更精细地模拟了初装堆芯。对比结果表明:对于初装堆芯,VSOP程序采用等效球体模型进行热谱计算、通过流修正方法对堆芯空隙填充物质反应性价值进行计算、以真空气氛近似氦气气氛、采用分方向扩散系数的方法对大尺寸顶空腔进行计算所引入的误差都很小。因此,VSOP程序对初装堆芯的这些近似处理是合理可行的。

球床式高温气冷堆初次临界物理计算的蒙特卡罗方法模型分析

对HTR-10初次临界的几何模型进行了对比和分析,运用基于蒙特卡罗方法的MCNP4B和TRIPOLI-4.3程序描述了高温气冷堆的包覆燃料颗粒在燃料球内的随机分布以及燃料球和石墨球在堆芯的随机混合分布。应用TRIPOLI-4.3对HTR-10进行了初次临界物理计算,并且与已有的MCNP4B的计算结果进行了比较。结果表明:基于蒙特卡罗方法的MCNP4B和TRIPOLI-4.3程序,采用适当的几何描述方式可以用于球床式高温气冷堆的初次临界堆芯物理计算。

球床模块式高温气冷堆在线燃耗测量系统准直器性能的Monte-Carlo分析

针对球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)燃耗测量系统的设计特点,利用Monte-Carlo模拟方法,分析球形体源测量中不同形式的限制束流的准直器的性能及其对燃耗测量的影响。结果表明,对HTR-PM在线燃耗测量,选择双锥孔准直器更为适宜。

高温气冷球床堆有效导热系数模型的改进

有效导热系数是高温气冷球床堆热工设计和安全分析程序中的基本参数,ZBS模型广泛应用于球床结构有效导热系数的预测。本文针对ZBS模型中的关键经验型参数——接触面积系数φ进行了分析,通过对不同堆积结构球床有效导热系数的数值分析,获得了12组接触直径比和配位数及其对应的φ值,然后通过多元线性分析获得φ的计算公式。与德国SANA实验结果进行比较,发现改进后的ZBS模型预测能力优于其他模型。改进后的ZBS模型的计算结果与先前实验测量的球床主体区域的有效导热系数吻合也很好。本文研究结果可为高温气冷球床堆的设计和安全分析提供理论支持。

三维球床几何稀疏条数长特征线加速方法

特征线法具有非常强的几何适应性,可用于三维球床高温气冷堆全堆芯求解,但存在迭代次数多、计算速度慢的缺点。本文将长特征线加速方法应用于三维球床高温气冷堆以解决非规则几何数值加速的问题,基于三维模型特征线布置较二维模型稠密的分析,提出了稀疏条数长特征线加速方法,极大地减少了加速方程的计算量,在不降低角度离散精度的前提下,获得了非常好的加速效果。通过基准题对加速参数的选取方式进行了研究,条数稀疏度取3~5、长特征线长度取2.0 cm左右、加速迭代步取20~60步可获得良好的加速效果。小型轻水堆三维基准题和球床堆芯简化模型的计算结果表明,采用稀疏条数长特征线加速可获得7倍左右的时间加速比,此时对应的迭代步加速比为20倍左右。

球床式高温气冷堆的余热不确定性分析

反应堆在停堆后相当长时间内仍具有较高的剩余发热是核电站的重要特性,也是核电站安全分析的关键。因此,对反应堆余热及其不确定性进行分析,对于合理设计余热排出系统、研究论证燃料元件在事故后的安全特性等均具有重要意义。本工作结合德国针对球床式高温气冷堆制定的余热计算标准,介绍了球床式高温气冷堆剩余发热及其不确定性的计算方法,并结合200 MWe球床模块式高温气冷堆示范工程(HTR-PM)的初步物理设计,对长期运行在满功率平衡堆芯状态下的反应堆停堆后的余热及其不确定性进行了计算分析,为进一步的事故分析提供依据。

基于γ测量的球床式高温气冷堆内乏燃料球探测方案的模拟分析

在球床式高温气冷堆中,对排出堆芯的乏燃料球的探测和数量统计是燃料监测的重要内容。按国际原子能机构针对球床式高温气冷堆核安保的要求,对于燃料装卸系统管道内的燃料监测应开发一种独立于现有涡流检测原理的新监测方案。本文提出了一种基于γ测量原理的新探测方案,设计了探测器构型,对其在堆稳态运行时的探测功能进行验证。结合球床式高温气冷堆HTR-10的燃料球放射性核素数据,及对不同球速不同燃耗的燃料球经过探测区域过程的蒙特卡罗模拟分析,验证了此方案对单个燃料球鉴别和计数的可靠性,同时证明了该方案对于燃料球球流探测的可行性,为今后该探测方案的完善和实际装置的制作提供了设计基础。

球床式高温气冷堆球流CT探测器辐照光输出稳定性研究

针对长时间实验过程中CsI(Tl)闪烁体探测器的辐照光输出会不断变化的问题,在实现探测器输出暗场的稳定性控制后,对按实际堆芯5∶1比例缩小设计的球流检测系统进行了长达48h的空载γ射线辐照,并记录了暗场稳定性的控制结果及探测器的辐照光输出。结果表明:各闪烁体探测单元受γ辐照后,辐照光输出先不断上升,达到最大值后再线性下降。分析探测器辐照光输出发现,几何尺寸和物理成分相同的各探测单元彼此间的辐照光输出上升幅度比与辐照损伤均存在差异,但辐照光输出达到最大时对应的累计剂量基本相同,且与初始辐照光输出大小无关。最后提出了对系统辐照光输出的上升和下降阶段分别采用指数校正和线性校正的思路,为球床式高温气冷堆球流检测系统图像重建过程中投影数据的校正提供解决方案。

球床模块式高温气冷堆核电站特点及推广前景研究

结合20万千瓦级球床模块式高温气冷堆核电站示范工程技术特点,从安全性与经济性等角度深入研究高温气冷堆核电站的发展优势和前景。探索球床模块式高温气冷堆核电站潜在商机和未来融资方式。探索未来发展的产业布局和潜在用户。得出结论:球床模块式高温气冷堆核电站采用氦气透平发电技术能充分利用其技术潜力,未来群堆建设的经济性好,在国内和发展中国家大量建设有广阔的市场和重大意义。

球床模块式高温气冷堆中的炭材料(英文)

与人类使用炭材料的悠久历史相比,炭材料在核反应堆的首秀却只是发生在70多年前。凭借其优良的综合性能,炭材料在核反应堆特别是高温气冷堆(HTR)中发挥了重要作用。作为第四代核反应堆候选堆型中最有希望的代表,中国的球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)目前正在建设中。在HTR-PM中,炭材料扮演着堆芯结构材料、反射层、燃料基体、慢化剂、热和中子屏蔽材料等多重角色。由于炭材料的尺寸和性能受高温和中子辐照的影响,因此对于在HTR-PM中使用的炭材料的各项性能都有着严格的要求。本文详细介绍了HTR-PM中各种炭材料的性能及其制造工艺的要求,并简要介绍了HTRPM当前的现状和未来的商业化发展。此外为满足未来高温气冷堆商用核电站的全面国产化需求,对生产核级石墨和石墨粉的主要原材料如焦炭和天然鳞片石墨未来的长期稳定供应进行了展望。最后简要介绍了目前正在美国橡树岭国家实验室入堆进行辐照试验的国产核级石墨的现状和未来的辐照试验计划。本文旨在为有志于研发用于未来商用高温气冷堆核电站中的炭材料的生产厂家提供参考,文中提及的大量信息对于炭材料的科研人员也很有借鉴意义。

高温气冷堆非能动舱室冷却系统排热功率计算分析

非能动舱室冷却系统(RCCS)是模块式球床高温气冷堆(HTR-PM)的重要安全设施,准确预测事故工况下其与反应堆压力容器间的传热量对于RCCS设计具有重要意义。本文依托HTR-PM热态调试阶段反应堆压力容器壁面温度分布,采用计算流体动力学(CFD)方法,开展了RCCS全比例三维辐射传热及对流换热模拟。结果显示,Realizable k-ε湍流模型与Discrete Ordinates辐射传热模型可准确预测RCCS的排热功率,数值结果与测量结果相对误差在10%左右。基于THERMIX程序计算得到的事故工况后反应堆压力容器壁面温度分布,计算分析了投入不同列数RCCS及不同冷却水温度下的排热功率,并给出了不同工况时水冷壁与混凝土温度分布计算结果。

全球首台球床模块式高温气冷堆蒸汽发生器在哈电集团诞生

日前,全球首台球床模块式高温气冷堆蒸汽发生器,在国务院国资委、国家科技部、国家能源局、秦皇岛市委市政府、核能行业协会,以及中国华能集团有限公司(以下简称中国华能)、中国核工业集团有限公司(以下简称中核集团)、清华大学、国核工程有限公司.

基于VSOP的球床式高温气冷堆随机倒料初步研究

球床式高温气冷堆(简称球床堆)具有连续在线换料的特点,燃料球在球床堆堆芯中缓慢流动,使用物理热工计算程序VSOP采用近似、平均的倒料方式模拟此过程,但在一定程度上抹除了球流运动的随机性。本文基于VSOP程序改进了球床堆堆芯倒料模型,提出随机倒料方法,研究了卸料合并平均效应的影响。结果表明,随机倒料能够提供更精细的卸料燃耗深度分布,卸料平均效应会导致燃耗峰展宽重叠。