CN109273108B - 六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯及试验方法，所述堆芯包括燃料组件、铍组件、铝组件、控制棒组件、孔道、和水栅元，堆芯共布置265个位置，分别为20盒燃料组件、37盒铍组件、67盒铝组件、12个控制棒组件、2个孔道和115个水栅元，20盒燃料组件集中布置堆芯的中央区域，37盒铍组件围绕燃料组件布置在燃料组件的内侧和外侧，67盒铝组件围绕铍组件布置，12个控制棒组件间隔布置于铍组件和燃料组件之间，2个孔道布置于燃料组件外围且在铝组件内侧，孔道设置在铍组件之间，每个燃料组件、铍组件、铝组件、控制棒组件和水栅元各占1个位置。本发明能够满足检验核设计程序对六边形套管型燃料堆芯孔道计算可靠性的需求。

Description

六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯及试验方法

技术领域

本发明涉及核反应堆设计技术领域，具体涉及六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯及试验方法。

背景技术

核反应堆的发展离不开试验堆，试验堆对各种反应堆堆型的开发有非常重要的作用。先进试验堆的发展趋势是具有高的热中子或快中子注量率，数目多的实验孔道，包括一定数量的大尺寸孔道。

对比文献1(发明专利：高热中子注量率堆芯，专利号201210183206.3)公开了一种高热中子注量率堆芯，该堆芯包括燃料组件、控制棒组件和铍组件；燃料组件为六边形套管型燃料组件，若干个燃料组件呈环形紧凑布置，在燃料组件环形区域的内侧形成热中子阱；紧挨燃料组件环形区域的外侧布置有若干个六边形铍组件，形成倒中子阱；若干根控制棒组件按两行两列呈“井”字型间隔布置在燃料组件之间。所述高热中子注量率堆芯，在保证安全及结构可行的前提下，有利于提高辐照孔道内热中子注量率，增强和拓宽试验堆的辐照能力和应用范围。

对比文献2(发明专利：高快中子注量率堆芯，专利号201210182828.4)公开了一种高快中子注量率堆芯，该堆芯包括燃料组件、控制棒组件和铍组件；燃料组件为六边形套管型燃料组件，若干个燃料组件呈环形紧凑布置，最内层环上有6个燃料组件，在其环形区域的中心处形成快中子阱；紧挨燃料组件环形区域的外侧布置有若干个六边形铍组件，形成倒中子阱；若干根控制棒组件按两行两列呈“井”字型间隔布置在燃料组件之间。所述高快中子注量率堆芯，满足国际限制的U-235富集度水平和国内的燃料芯体制造及冷却剂流速设计水平的要求，可获得较高的辐照孔道内快中子注量率水平，增强和拓宽试验堆的辐照能力和应用范围。

对比文献1和对比文献2分别公开了一种高热、高快中子注量率堆芯，其燃料组件均采用六边形套管型燃料组件，堆芯包括燃料组件、控制棒组件、铍组件等堆芯部件。先进试验堆均可装载一定数量的实验孔道，孔道主要用于放置辐照考验样件，是试验堆堆芯中的重要部件。因此，有必要针对六边形套管型燃料组件堆芯，开展临界物理试验，以检验堆芯核设计程序对孔道的计算精度和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯，以满足检验核设计程序对孔道计算可靠性的需求，依据本发明所述堆芯布置开展临界物理试验，可有效检验核设计程序对六边形套管型燃料堆芯内孔道计算的精度和可靠性。

此外，本发明还涉及上述检验堆芯的试验方法。

本发明通过下述技术方案实现：

六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯，所述堆芯包括燃料组件、铍组件、铝组件、控制棒组件、孔道、和水栅元，所述燃料组件为六边形套管型燃料组件，所述铍组件为六边形铍组件，铝组件为六边形铝组件，所述控制棒组件由圆柱形控制棒和外六角内圆形导向管组成，所述水栅元为六边形水栅元，所述孔道为圆形孔道，所述堆芯共布置265个位置，分别为20盒燃料组件、37盒铍组件、67盒铝组件、12个控制棒组件、2个孔道和115个水栅元，20盒燃料组件集中布置在以L12为中心位置的堆芯的中央区域，37盒铍组件围绕燃料组件布置在燃料组件的内侧和外侧，67盒铝组件围绕铍组件布置，12个控制棒组件间隔布置于铍组件和燃料组件之间，2个孔道布置于燃料组件外围且在铝组件内侧，孔道设置在铍组件之间，每个燃料组件、铍组件、铝组件、控制棒组件和水栅元各占1个位置，每个孔道占7个六边形栅元位置。

本发明所述用于六边形套管型燃料堆芯孔道核设计可靠性检验堆芯，安全棒价值大于1000pcm，满足试验堆芯临界安全对安全棒价值的要求。依据本发明所述用于六边形套管型燃料堆芯孔道核设计可靠性检验堆芯，开展临界物理试验，可有效检验核设计程序对孔道计算的精度和可靠性。通过对比孔道内中子注量率临界试验实测值与核设计程序计算值，可判断是否需要对孔道计算模型进行调整；如孔道内实测中子注量率与计算中子注量率存在偏差，则需调整孔道计算模型，以保证调整后核设计程序计算值与临界试验实测值一致。

进一步地，20盒燃料组件分别布置在J10、J12、K9、K10、K11、K12、K13、K14、L9、L11、L13、L15、M10、M11、M12、M13、M14、M15、N12、N14位置。

进一步地，37盒铍组件分别布置在H7、H8、H12、H13、I7、I8、I9、I12、I13、I14、J8、J14、K7、K8、K15、K16、L7、L8、L12、L16、L17、M8、M9、M16、M17、N10、N16、P10、P11、P12、P15、P16、P17、Q11、Q12、Q16、Q17位置。

进一步地，67盒铝组件分别布置在F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F13、G5、G6、G7、G8、G11、G12、G13、G14、H5、H6、H14、H15、I5、I6、I15、I16、J5、J16、K5、K6、K17、K18、L5、L6、L18、L19、M6、M7、M18、M19、N7、N8、N18、N19、P8、P9、P18、P19、Q9、Q10、Q18、Q19、R10、R12、R13、R16、R17、R18、R19、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19位置。

进一步地，2个孔道分别以H10和Q14为中心栅元，布置在G9、G10、H9、H10、H11、I10、I11和P13、P14、Q13、Q14、Q15、R14、R15位置。

进一步地，12个控制棒组件由4根A棒组安全棒、2根B棒组补偿棒、2根C棒组补偿棒、2根D棒组补偿棒、2根E棒组调节棒组成，4根A棒组安全棒分别布置于J9、J13、N11、N15位置，2根B棒组补偿棒分别布置于J11、N13位置，2根C棒组补偿棒分别布置于L10、L14位置，2根D棒组补偿棒分别布置于J7、N17位置，2根E棒组调节棒分别布置于J15、N9位置。

一种基于上述检验堆芯的试验方法，包括以下步骤：

1)、按照如下顺序依次提出控制棒，直至堆芯达到临界状态：先将A棒组安全棒由堆芯底部提至堆芯顶部，再将E棒组调节棒由堆芯底部提至堆芯半高度，然后依次将D棒组补偿棒、C棒组补偿棒和B棒组补偿棒由堆芯底部提至堆芯顶部；

2)、对比实测孔道内中子注量率与利用核设计程序预示计算获得的孔道内中子注量率，若孔道内实测中子注量率与计算中子注量率一致，则说明核设计程序对孔道计算准确可靠，不需要对孔道计算模型进行调整；若孔道内实测中子注量率与计算中子注量率不一致，则说明核设计程序对孔道计算精度不满足设计要求，需要对孔道计算模型进行调整。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

依据本发明所述用于六边形套管型燃料堆芯孔道核设计可靠性检验堆芯，开展临界物理试验，可有效检验核设计程序对孔道计算的精度和可靠性。通过对比孔道内中子注量率临界试验实测值与核设计程序计算值，可判断是否需要对孔道计算模型进行调整；如孔道内实测中子注量率与计算中子注量率存在偏差，则需调整孔道计算模型，以保证调整后核设计程序计算值与临界试验实测值一致。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为用于六边形套管型燃料堆芯孔道核设计可靠性检验堆芯布置示意图；

图2为用于六边形套管型燃料堆芯孔道核设计可靠性检验堆芯控制棒布置示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

31-燃料组件，32-铍组件，33-铝组件，34-控制棒组件，35-水栅元，36-孔道，37-A棒组安全棒，38-B棒组补偿棒，39-C棒组补偿棒，310-D棒组补偿棒，311-E棒组调节棒。

其中，附图1中其余数字标号表示堆芯的位置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1、图2所示，本发明涉及六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯及试验方法，所述检验堆芯包括燃料组件31、铍组件32、铝组件33、控制棒组件34、水栅元35和孔道36。燃料组件31为六边形套管型燃料组件，铍组件32为六边形铍组件，铝组件33为六边形铍组件，控制棒组件34由圆柱形控制棒和外六角内圆形导向管组成，水栅元35为六边形水栅元，所述孔道为圆形孔，每个孔道36占7个六边形栅元位置。堆芯共布置265个六边形栅元位置，每个燃料组件31、铍组件32、铝组件33、控制棒组件34和水栅元35各占1个位置，每个孔道36占7个六边形位置。所述堆芯中装载20盒六边形套管型燃料组件31，集中布置在以L12为中心位置的堆芯的中央区域，分别布置在J10、J12、K9、K10、K11、K12、K13、K14、L9、L11、L13、L15、M10、M11、M12、M13、M14、M15、N12、N14位置。所述堆芯中装载37盒铍组件32，围绕燃料组件31内外布置，分别布置在H7、H8、H12、H13、I7、I8、I9、I12、I13、I14、J8、J14、K7、K8、K15、K16、L7、L8、L12、L16、L17、M8、M9、M16、M17、N10、N16、P10、P11、P12、P15、P16、P17、Q11、Q12、Q16、Q17位置。所述堆芯中装载67盒铝组件33，围绕铍组件32外布置，分别布置在F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F13、G5、G6、G7、G8、G11、G12、G13、G14、H5、H6、H14、H15、I5、I6、I15、I16、J5、J16、K5、K6、K17、K18、L5、L6、L18、L19、M6、M7、M18、M19、N7、N8、N18、N19、P8、P9、P18、P19、Q9、Q10、Q18、Q19、R10、R12、R13、R16、R17、R18、R19、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19位置。所述2个孔道36布置于燃料组件31外围、铝组件33内侧、铍组件32之间，分别以H10和Q14为中心栅元，布置在G9、G10、H9、H10、H11、I10、I11和P13、P14、Q13、Q14、Q15、R14、R15位置。孔道36内可分为充水和空腔两种情况。所述堆芯中布置12个控制棒组件34，布置于铍组件32和燃料组件31之间，分别布置在J7、J9、J11、J13、J15、L10、L14、N9、N11、N13、N15、N17位置。所述堆芯中除燃料组件31、铍组件32、铝组件33、控制棒组件34和孔道36所占栅元位置外，其余位置均布置为水栅元35，全堆芯共布置115个水栅元35。

如图2所示，本发明所述用于六边形套管型燃料堆芯孔道核设计可靠性检验堆芯中布置12个控制棒组件34，包括A棒组安全棒37、B棒组补偿棒38、C棒组补偿棒39、D棒组补偿棒310和E棒组调节棒311。A棒组安全棒37共4根，布置于J9、J13、N11、N15位置；B棒组补偿棒38共2根，布置于J11、N13位置；C棒组补偿棒39共2根，布置于L10、L14位置；D棒组补偿棒310共2根，布置于J7、N17位置；E棒组调节棒311共2根，布置于J15、N9位置。

如图1所示用于六边形套管型燃料堆芯孔道核设计可靠性检验堆芯及如图2所示用于六边形套管型燃料堆芯孔道核设计可靠性检验堆芯控制棒布置，孔道36内充水和孔道为空腔下A棒组安全棒37冷态反应性价值分别为10547pcm和10785pcm，均大于1000pcm，满足试验堆芯临界安全对安全棒价值的要求。

所述堆芯布置，孔道36内充水时，在控制棒全部提出堆芯状态下，堆芯有效增殖系数核设计程序计算值为1.1808，在控制棒全部插入堆芯状态下，堆芯有效增殖系数核设计程序计算值为0.8684；孔道36内为空腔时，在控制棒全部提出堆芯状态下，堆芯有效增殖系数核设计程序计算值为1.1878，在控制棒全部插入堆芯状态下，堆芯有效增殖系数核设计程序计算值为0.8721。按照提棒程序先将A棒组安全棒37由堆芯底部提至堆芯顶部，再将E棒组调节棒311由堆芯底部提至堆芯半高度，然后依次将B棒组补偿棒38、C棒组补偿棒39、D棒组补偿棒310由堆芯底部提至堆芯顶部。依据所述堆芯布置和上述提棒程序开展临界物理试验，测量孔道内径向、轴向中子通量分布，得到实测中子注量率。对比实测中子注量率与利用核设计程序预示计算获得的孔道36内中子注量率(简称计算中子注量率)，若孔道36内实测中子注量率与计算中子注量率一致，则说明核设计程序对孔道计算准确可靠，不需要对孔道计算模型进行调整；若孔道内实测中子注量率与计算中子注量率不一致，则说明核设计程序对孔道计算精度不满足设计要求，需要对孔道计算模型进行调整。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯，其特征在于，所述堆芯包括燃料组件(31)、铍组件(32)、铝组件(33)、控制棒组件(34)、孔道(36)、和水栅元(35)，所述燃料组件(31)为六边形套管型燃料组件，所述铍组件(32)为六边形铍组件，铝组件(33)为六边形铝组件，所述控制棒组件(34)由圆柱形控制棒和外六角内圆形导向管组成，所述孔道(36)为圆形孔道，所述水栅元(35)为六边形水栅元，所述堆芯共布置265个位置，分别为20盒燃料组件(31)、37盒铍组件(32)、67盒铝组件(33)、12个控制棒组件(34)、2个孔道(36)和115个水栅元(35)，20盒燃料组件(31)集中布置在以L12为中心位置的堆芯的中央区域，37盒铍组件(32)围绕燃料组件(31)布置在燃料组件(31)的内侧和外侧，67盒铝组件(33)围绕铍组件(32)布置，12个控制棒组件(34)间隔布置于铍组件(32)和燃料组件(31)之间，2个孔道(36)布置于燃料组件(31)外围且在铝组件(33)内侧，孔道(36)设置在铍组件(32)之间，每个燃料组件(31)、铍组件(32)、铝组件(33)、控制棒组件(34)和水栅元(35)各占1个位置，每个孔道(36)占7个六边形栅元位置；对265个位置进行编号，所述编号规则为：

所述堆芯、燃料组件(31)、铍组件(32)、铝组件(33)、控制棒组件(34)、和水栅元(35)均为正六边形结构，堆芯一组对边之间的每排编号依次为C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、U、V、W，另一组对边之间的每排编号依次为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21，其中，编号为C的一边与编号为3的一边相邻设置，编号为V的一边与编号为21的一边相邻设置。

2.根据权利要求1所述的六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯，其特征在于，所述20盒燃料组件(31)分别布置在J10、J12、K9、K10、K11、K12、K13、K14、L9、L11、L13、L15、M10、M11、M12、M13、M14、M15、N12、N14位置。

3.根据权利要求1所述的六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯，其特征在于，所述37盒铍组件(32)分别布置在H7、H8、H12、H13、I7、I8、I9、I12、I13、I14、J8、J14、K7、K8、K15、K16、L7、L8、L12、L16、L17、M8、M9、M16、M17、N10、N16、P10、P11、P12、P15、P16、P17、Q11、Q12、Q16、Q17位置。

4.根据权利要求1所述的六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯，其特征在于，所述67盒铝组件(33)分别布置在F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F13、G5、G6、G7、G8、G11、G12、G13、G14、H5、H6、H14、H15、I5、I6、I15、I16、J5、J16、K5、K6、K17、K18、L5、L6、L18、L19、M6、M7、M18、M19、N7、N8、N18、N19、P8、P9、P18、P19、Q9、Q10、Q18、Q19、R10、R12、R13、R16、R17、R18、R19、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19位置。

5.根据权利要求1所述的六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯，其特征在于，所述2个孔道(36)分别以H10和Q14为中心栅元，布置在G9、G10、H9、H10、H11、I10、I11和P13、P14、Q13、Q14、Q15、R14、R15位置。

6.根据权利要求1所述的六边形套管型燃料堆芯孔道核设计检验堆芯，其特征在于，所述12个控制棒组件(34)由4根A棒组安全棒(37)、2根B棒组补偿棒(38)、2根C棒组补偿棒(39)、2根D棒组补偿棒(310)、2根E棒组调节棒(311)组成，4根A棒组安全棒(37)分别布置于J9、J13、N11、N15位置，2根B棒组补偿棒(38)分别布置于J11、N13位置，2根C棒组补偿棒(39)分别布置于L10、L14位置，2根D棒组补偿棒(310)分别布置于J7、N17位置，2根E棒组调节棒(311)分别布置于J15、N9位置。

7.一种如权利要求6所述检验堆芯的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、按照如下顺序依次提出控制棒，直至堆芯达到临界状态：先将A棒组安全棒(37)由堆芯底部提至堆芯顶部，再将E棒组调节棒(311)由堆芯底部提至堆芯半高度，然后依次将D棒组补偿棒(310)、C棒组补偿棒(39)和B棒组补偿棒(38)由堆芯底部提至堆芯顶部；

2)、对比实测孔道(36)内中子注量率与利用核设计程序预示计算获得的孔道(36)内中子注量率，若孔道(36)内实测中子注量率与计算中子注量率一致，则说明核设计程序对孔道(36)计算准确可靠，不需要对孔道(36)计算模型进行调整；若孔道(36)内实测中子注量率与计算中子注量率不一致，则说明核设计程序对孔道(36)计算精度不满足设计要求，需要对孔道(36)计算模型进行调整。

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