CN106297905A - 一种径向多分区布置的mox燃料组件装载方法 - Google Patents

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刘国明
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Abstract

本发明涉及一种径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，沿径向对MOX燃料组件进行多个分区，对每个分区中的Pu含量进行设计装载，位于组件外部分区的燃料芯块Pu的含量低于位于组件内部分区燃料芯块Pu的含量，并保证组件平均Pu的含量满足设计要求，同时考虑燃料芯块种类所带来的燃料制造难度问题，以降低MOX燃料组件与UO2燃料组件间能谱的干涉效应引起的MOX燃料组件与UO2燃料组件交界面处较大的堆芯功率峰值因子，实现了全新的MOX燃料组件径向装载设计，提高了燃料组件的性能。

Description

一种径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法
技术领域
本发明属于压水堆堆芯MOX燃料装载技术，具体涉及一种在压水堆堆芯部分装载MOX燃料的情况下，进行径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法。
背景技术
在部分装载MOX燃料的压水堆堆芯中，包括了MOX燃料组件和UO2燃料组件。MOX燃料组件中Pu的含量高，Pu同位素裂变中子能谱比铀同位素裂变中子能谱更硬，且MOX燃料具有更大的热中子吸收截面，导致MOX燃料组件中子能谱较硬，和UO2燃料组件的中子能谱差异较大。对于MOX燃料组件来说，UO2燃料组件就相当于一个热中子源，导致MOX燃料组件边界处产生很大的功率峰，非常不利于展平堆芯功率，更不利于堆芯安全运行。因此，有必要对部分装载MOX燃料的压水堆堆芯中的MOX燃料组件进行全新的设计，以改善MOX燃料组件径向功率分布，降低组件功率峰因子，保证堆芯的安全运行。
发明内容
本发明的目的在于针对目前部分装载MOX燃料的压水堆堆芯，MOX燃料组件边界处产生很大的功率峰的严重问题，提供一种径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法。
本发明的技术方案如下：一种径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，沿径向对MOX燃料组件进行多个分区，对每个分区中的Pu含量进行设计装载，位于组件外部分区的燃料芯块Pu的含量低于位于组件内部分区燃料芯块Pu的含量，并保证组件平均Pu的含量满足设计要求，以降低MOX燃料组件与UO2燃料组件间能谱的干涉效应引起的MOX燃料组件与UO2燃料组件交界面处较大的堆芯功率峰值因子。
进一步，如上所述的径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，其中，所述的MOX燃料组件径向分为4个区，从外到内各区燃料棒数量分别为12根、56根、96根和100根。
进一步，如上所述的径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，其中，所述的MOX燃料组件4个区从外到内各区Pu的含量分别为4.70％、6.65％、8.70％和10.20％，整个组件的平均Pu含量为8.65％。
本发明的有益效果如下：本发明为解决MOX燃料组件边界处产生很大的功率峰的问题，对组件进行径向分区布置，由于MOX燃料组件与UO2组件能谱的差异，与MOX燃料组件相邻的UO2组件将成为MOX组件边缘燃料棒的中子源，因此，降低MOX燃料组件外部各区燃料芯块Pu的含量，增大组件内部各区燃料芯块Pu的含量，并同时考虑燃料芯块种类所带来的燃料制造难度问题，实现了全新的MOX燃料组件径向装载设计，提高了燃料组件的性能。
附图说明
图1为4分区的MOX燃料组件分区方案示意图；
图2为三种分区方案的平衡循环焓升因子随燃耗的变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明所提供的径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法对MOX燃料组件径向采用多分区布置，每个分区的Pu含量不同。分区的原则是由于MOX燃料组件与UO2燃料组件能谱的差异，与MOX燃料组件相邻的UO2燃料组件将成为MOX组件边缘燃料棒的中子源，所以需降低MOX燃料组件外部各区燃料芯块Pu的含量，增大组件内部各区燃料芯块Pu的含量，以降低MOX燃料组件与UO2燃料组件间能谱的干涉效应引起的MOX燃料组件与UO2燃料组件交界面处较大的堆芯功率峰值因子。径向分区可以采用2分区、3分区、4分区等的径向分区布置，更多的分区可以更好的展平径向功率分布，降低功率峰因子，但同时也需要更多的燃料芯块种类，增大燃料制造的难度，所以需同时考虑这两方面的因素，在保证降低组件间干涉效应引起的径向功率峰因子得到明显改善的基础上，尽可能采用可接受的Pu燃料芯块种类数，实现组件的径向装载设计。因此需对比2分区、3分区、4分区等分区方案的堆芯焓升因子和功率峰计算结果，以得到最优的分区方案。对于同一种分区数量的方案，各区的燃料棒数量，需进行多次试算对比，从中选取较好的分区方案。而对于各区Pu的含量，总的原则是组件外部的含量低，内部的含量高，同时保证组件平均Pu的含量满足设计要求，在此基础上对不同的Pu含量的组件进行多次试算对比，从中选取较好的Pu的含量布置。
本发明实施例是以Pu含量为8.65％的MOX燃料组件为例，下面详细描述实施例的具体实施过程。
由于MOX燃料的物理特性，MOX燃料的热中子吸收截面比UO2燃料更大，使得MOX燃料与UO2燃料的中子能谱差别较大，MOX燃料的能谱更硬，当MOX燃料与UO2燃料混合装载时，UO2燃料就会成为MOX燃料的热中子源，使MOX燃料与UO2燃料组件的交界面处产生较大的热中子通量梯度及局部功率峰。为解决MOX燃料组件与UO2燃料组件交界面处的功率峰问题，本发明所提出的方法是对MOX组件进行分区设计。因为在MOX燃料制造时，改变其Pu的含量比较容易，只需在Pu与基体混合时改变比例就可以了，所以这个方法是可行的。
组件参考方案布置是进行3个分区，从外到内各分区燃料棒数量分别为12根、68根和184根。
根据等效性的计算结果，与初始富集度为3.7％的UO2燃料相等效的MOX燃料的Pu的含量为8.65％。以Pu含量为8.65％的MOX燃料的设计为例，各分区的Pu的含量如下表所示。其中，分区方案一为MOX燃料组件各分区Pu含量的参考方案，分区方案二为3分区方案的组件设计优化方案。
表1径向3分区布置方案
在3区设计的基础上提出4区设计的方案，4区设计相对于3区设计能更好的缓解MOX燃料与UO2燃料之间的能谱干涉，减小功率峰。4分区的MOX燃料组件分区方案3如图1所示。其中，从外到内分区分别为：1区、2区、3区和4区，各分区Pu的含量分别为：4.7％、6.65％、8.7％和10.2％。
根据组件计算的结果初步选出了以上3个方案进行堆芯计算，从组件计算的结果来看分区方案2与分区方案3的功率峰值要优于方案1(参考方案)，更详细的对比还需进行堆芯的计算。
通过对上述3种组件设计方案进行混合堆芯计算，结果如下所示。
从3种组件设计的堆芯各循环计算结果可以看出，不同组件设计的堆芯计算结果差别不大，平衡循环对比结果如下表所示。
表2三种组件布置方案堆芯平衡循环计算结果对比
下面分别对3种组件设计平衡循环的焓升因子随燃耗变化的进行了对比，结果如图2所示。
以上为径向分区的具体实施方法，通过不同径向分区方案的对比，从中选出较优的MOX组件径向分区布置。
本发明实施例的优选方案是，部分装载MOX燃料堆芯平衡循环中，MOX燃料组件Pu的含量为8.65％，组件径向共分4区，从外到内分别为1区、2区、3区和4区，各区燃料棒数量分别为12根、56根、96根和100根，各区Pu的含量分别为4.70％、6.65％、8.70％和10.20％。
图1为本发明实施例提供的组件轴向装载设计方案示意图，表3为实施例方案组件和不分区组件在平衡循环相同堆芯装载的情况下焓升因子的计算结果对比。
表3平衡循环堆芯焓升因子计算结果
从表3的计算结果可以看出，采用径向4分区的组件装载设计方案，堆芯的焓升因子得到了明显改善，计算结果满足压水堆设计要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，其特征在于：沿径向对MOX燃料组件进行多个分区，对每个分区中的Pu含量进行设计装载，位于组件外部分区的燃料芯块Pu的含量低于位于组件内部分区燃料芯块Pu的含量，并保证组件平均Pu的含量满足设计要求，以降低MOX燃料组件与UO2燃料组件间能谱的干涉效应引起的MOX燃料组件与UO2燃料组件交界面处较大的堆芯功率峰值因子。
2.如权利要求1所述的径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，其特征在于：所述的MOX燃料组件径向分为4个区，从外到内各区燃料棒数量分别为12根、56根、96根和100根。
3.如权利要求2所述的径向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，其特征在于：所述的MOX燃料组件4个区从外到内各区Pu的含量分别为4.70％、6.65％、8.70％和10.20％，整个组件的平均Pu含量为8.65％。
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