CN117198566A - 一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案 - Google Patents
一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117198566A CN117198566A CN202311357811.2A CN202311357811A CN117198566A CN 117198566 A CN117198566 A CN 117198566A CN 202311357811 A CN202311357811 A CN 202311357811A CN 117198566 A CN117198566 A CN 117198566A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel
- fuel assembly
- assembly loading
- core
- loading zone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 243
- 239000002574 poison Substances 0.000 claims abstract description 46
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 claims abstract description 46
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 18
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 18
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 15
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 11
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 claims description 7
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 16
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 abstract description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 3
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 3
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000013316 zoning Methods 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，包括：第一燃料组件装载区；第二燃料组件装载区，其与第一燃料组件装载区间隔交错布置在堆芯中；第三燃料组件装载区，其布置在第一燃料组件装载区和第二燃料组件装载区的外围；第三燃料组件装载区的富集度大于第二燃料组件装载区，第二燃料组件装载区的富集度大于第一燃料组件装载区；第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和/或第三燃料组件装载区的燃料棒采用轴向分段的非均匀布置结构，分段数量为奇数。本发明实现了展平堆芯轴向中子通量的目的，同时在燃料组件中布置可燃毒物棒，在寿期初对堆芯引入的反应性价值更大，寿期内堆芯中的可燃毒物材料的消耗也会相对较快，减少了寿期末堆芯中的可燃毒物的残留。
Description
技术领域
本发明属于核反应堆技术领域，更具体地说，本发明涉及一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案。
背景技术
目前，提高铀的利用率变得极为重要。目前商用压水堆普遍采用径向非均匀的装料方案，对于展平径向功率峰因子很有作用，但在轴向上仍实行均匀装料的方案，均采用添加可燃毒物的方式进行反应性的控制，其优点是在空间布置上非常灵活，能够在弥补过剩反应性的同时兼顾到功率分布的展平。缺点是可燃毒物材料是在在寿期初与燃料一同装入堆芯之中，寿期内无法调整可燃毒物的装载，寿期末可燃毒物材料可能会存在残留从而导致堆芯寿期缩短，影响经济性。
华龙国际核电技术有限公司的马兹容等人设计了一种含Gd材料的燃料芯块，该燃料芯块的上下两端分别为4.45％富集度的UO2燃料，中间段替换为含8％ Gd的2.5％富集度的UO2芯块，这种设计在堆芯轴向功率的展平上起到了一定的作用。国际上对燃料轴向分区在不同堆芯中的装载性能作了很多研究，像法国的Alternative Energies and AtomicEnergy Commission在纳冷快堆堆芯燃料轴向非均匀装载进行了优化研究。Odmaa Sambuu，Jamiyansuren Terbish等人研究了在高温气冷堆上的燃料及可燃毒物材料的轴向非均匀装载。
因此，需要一种堆芯轴向非均匀装载方案，以及适合压水堆使用的可燃毒物棒设计方案。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，包括：
第一燃料组件装载区；
第二燃料组件装载区，其与所述第一燃料组件装载区间隔交错布置在堆芯中；
第三燃料组件装载区，其布置在所述第一燃料组件装载区和第二燃料组件装载区的外围；
所述第三燃料组件装载区的富集度大于第二燃料组件装载区，所述第二燃料组件装载区的富集度大于第一燃料组件装载区；
所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和/或第三燃料组件装载区的燃料棒采用轴向分段的非均匀布置结构，分段数量为奇数。
优选的是，其中，所述第一燃料组件装载区的富集度为2.4％，第二燃料组件装载区的富集度为3.1％，所述第三燃料组件装载区的富集度为4.4％。
优选的是，其中，所述第一燃料组件装载区包括69个燃料组件，所述第二燃料组件装载区包括60个燃料组件，所述第三燃料组件装载区包括48个燃料组件。
优选的是，其中，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料装载区的燃料棒的结构包括：
燃料芯块；
气隙层，其环绕设置在所述燃料芯块的外部；
锆合金包壳，其设置在所述气隙层的外部，所述锆合金包壳的外部设置有冷却剂轻水；
端部包壳，其分别设置在所述燃料棒的两端。
优选的是，其中，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区的燃料棒采用的轴向分段非均匀布置结构具体为：
所述燃料棒的燃料芯块轴向被分为三段，上段和下段的燃料富集度大于中段的燃料富集度；
所述第二燃料组件装载区的燃料棒中，上段和下段的燃料富集度为3.1％，中段的燃料富集度为2.8％。
优选的是，其中，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区、第三燃料组件装载区的燃料棒采用的轴向分段非均匀布置结构具体为：
所述燃料棒的燃料芯块轴向被分为五段，包括1个上段、3个中段和1个下段，上段和下段的燃料富集度大于中段的燃料富集度；
所述第二燃料组件装载区的燃料棒中，上段和下段的燃料富集度为3.1％，中段的燃料富集度为2.8％。
优选的是，其中，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区的每个燃料组件包括264根燃料棒和25根控制棒导向管，所述燃料棒和控制棒导向管在燃料组件内采用17×17的阵列排布结构，其中内层的控制棒导向管呈3×3的矩形阵列间隔排布，相邻控制棒导向管之间间隔有2根燃料棒，外层的16根控制棒导向管环绕内层的控制棒导向管排布，堆芯中心位置的控制棒导向管设置有仪表测量管。
优选的是，其中，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区的燃料组件中布置有可燃毒物棒，所述可燃毒物棒中含有质量分数0.5～6％的氧化钆，所述氧化钆包括155Gd2O3及157Gd2O3，其中155Gd2O3的质量分数为48.6％，157Gd2O3的质量分数为51.4％；其中，第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区的燃料组件内可燃毒物棒的235U富集度与同燃料组件内燃料棒的235U富集度相同。
优选的是，其中，所述可燃毒物棒的数量为8～64根。
本发明至少包括以下有益效果：本发明在堆芯径向非均匀装载额基础上，将燃料棒设置为轴向非均匀的装载结构，实现了展平堆芯轴向中子通量的目的，同时在燃料组件中布置可燃毒物棒，相同初始装料情况下，将可燃毒物材料尽可能地分散在更多的燃料棒上，会使在寿期初对堆芯引入的反应性价值更大，寿期内堆芯中的可燃毒物材料的消耗也会相对较快，寿期末堆芯中的可燃毒物的残留也会相对较少，因而反应性惩罚较小。本文最终从上述五个方案中筛选出了富集Gd2O3作为可燃毒物16根布置及3％含量的设计方案，该方案在寿期初能够引入足够的负反应性以减缓燃料的损耗，寿期内堆芯中的可燃毒物材料能够随着燃耗的进行而逐渐消耗，缓慢释放堆芯中的剩余反应性，寿期末该方案可燃毒物材料的残留也是极小的，所造成的反应性惩罚也最小；此外，在将此方案与轴向均匀装载方案及轴向非均匀5段装在方案的轴向通量不均匀系数进行对比后，发现该方案的轴向通量不均匀系数在寿期内运行时整体上小于轴向均匀装载方案。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为实施例1的堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案的堆芯平面结构示意图；
图2为燃料棒轴向分段数量为3段的轴向剖面结构示意图；
图3为燃料组件的平面结构示意图；
图4为燃料棒轴向分段数量为3段的轴向剖面结构示意图；
图5为对比例1的干净堆芯keff随燃耗的变化曲线；
图6为对比例1的干净堆芯keff随时间的变化曲线；
图7为对比例1的干净堆芯能谱图；
图8为对比例1的干净堆芯keff随温度的变化曲线；
图9为对比例1的干净堆芯轴向中子通量分布图；
图10为对比例1、实施例1和实施例2堆芯keff随燃耗的变化曲线；
图11为对比例1、实施例1和实施例2堆芯keff随时间的变化曲线；
图12为对比例1、实施例1和实施例2堆芯轴向中子通量分布图；
图13为对比例1、实施例1和实施例2轴向通量不均匀系数；
图14为对比例1、实施例1和实施例2堆芯能谱图；
图15为对比例1、实施例2-实施例4堆芯keff随燃耗的变化曲线；
图16为对比例1、实施例2-实施例4堆芯keff随时间的变化曲线；
图17为实施例3-实施例4堆芯富集Gd2O3中155Gd随燃耗的原子核密度；
图18为实施例3-实施例4堆芯富集Gd2O3中155Gd随时间的原子核密度；
图19为实施例3-实施例4堆芯富集Gd2O3中157Gd随燃耗的原子核密度；
图20为实施例3-实施例4堆芯富集Gd2O3中157Gd随时间的原子核密度；
图21为对比例1、实施例3-实施例4不同可燃毒物棒装载方案的轴向通量不均匀系数；
图22为对比例1、实施例3-实施例4不同可燃毒物棒装载方案的轴向通量分布；
图23为对比例1、实施例3-实施例4不同可燃毒物棒装载方案的能谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，包括：
第一燃料组件装载区，其包括69个燃料组件，每个燃料组件中燃料棒的富集度为2.4％；
第二燃料组件装载区，其与所述第一燃料组件装载区间隔交错布置在堆芯中，第二燃料组件装载区包括60个燃料组件，每个燃料组件中燃料棒的富集度为3.1％；
第三燃料组件装载区，其布置在所述第一燃料组件装载区和第二燃料组件装载区的外围，第三燃料组件装载区包括48个燃料组件，每个燃料组件中燃料棒的富集度为4.4％；
第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区的燃料组件中燃料棒的结构包括：
燃料芯块1；
气隙层2，气隙层厚度为0.082mm，其环绕设置在所述燃料芯块1的外部；
锆合金包壳3，其设置在所述气隙层2的外部，锆合金包壳3的厚度为0.572mm，所述锆合金包壳3的外部设置有冷却剂轻水；
端部包壳4，其分别设置在所述燃料棒的两端。本实施例中的堆芯活性段高度为3776mm，堆芯等效直径为3213mm，燃料组件为正方形，燃料组件中心间距为214.2mm，燃料棒的燃料密度为10.41g/cm3，燃料棒外径为9.5mm，燃料棒中心间距为12.6mm，燃料芯块1为二氧化铀燃料芯块，燃料芯块的直径为8.192mm。
其中，如图2所示，第二燃料组件装载区的燃料棒采用轴向分段的非均匀布置结构，分段数量为3段，上段和下段的燃料富集度为3.1％，中段的燃料富集度为2.8％。
如图3所示，第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区每个燃料组件包括包括264根燃料棒和25根控制棒导向管，所述燃料棒和控制棒导向管在燃料组件内采用17×17的阵列排布结构，其中内层的控制棒导向管呈3×3的矩形阵列间隔排布，相邻控制棒导向管之间间隔有2根燃料棒，外层的16根控制棒导向管环绕内层的控制棒导向管排布，控制导向管内径为11.9mm，管壁厚度为0.5mm，堆芯中心位置的控制棒导向管设置有仪表测量管。
实施例2
本实施例提供的一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其与实施例1相比，第二燃料组件装载区的燃料棒采用轴向分段的非均匀布置结构，分段数量为5段，如图4所示，包括包括1个上段、3个中段和1个下段，上段和下段的燃料富集度为3.1％，中段的燃料富集度为2.8％，其余布置方式与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供的一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其与实施例2相比，在第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区中装载有可燃毒物棒，可燃毒物棒含有质量分数6％的氧化钆，氧化钆包括155Gd2O3及157Gd2O3，其中155Gd2O3的质量分数为48.6％，157Gd2O3的质量分数为51.4％，其中，第一燃料组件装载区燃料组件内的可燃毒物棒的235U富集度为2.4％，第二燃料组件装载区的燃料组件内的可燃毒物棒的235U富集度为3.1％，第三燃料组件装载区的燃料组件内的可燃毒物棒的235U富集度为4.4％，每个燃料组件内的可燃毒物棒的装载数量为8根，其余布置方式与实施例2相同，记为Gd2O3-8-6％。
实施例4
本实施例提供的一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其与实施例3相比，第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区中装载的可燃毒物棒含有质量分数7％的氧化钆，每个燃料组件内的可燃毒物棒的装载数量为8根，其余布置方式与实施例3相同，记为Gd2O3-8-7％。
对比例1
本对比例提供了一种干净堆芯的布置方案，其与实施例1相比，第二燃料组件装载区的燃料棒采用轴向均匀的布置方案，即第二燃料组件装载区的燃料棒在轴向上的富集度均为3.1％，其余布置方式与实施例1相同，记为干净堆芯(clean core)。
将对比例1搭建好的堆芯进行燃耗临界计算，功率设置为3050MW，时间选择为1700天(标准的压水堆177堆芯换料周期为540天)，其keff随燃耗深度/时间变化情况如图5和图6所示，由图5和图6可见，在堆芯满功率运行540天后，其keff从1.29109下降到1.05939，keff仍大于临界值，此时燃料平均燃耗为19.4GWd/MTU。延长计算时间，发现计算到约820天后，堆芯转为次临界状态，此时燃料平均燃耗约为29.5GWd/MTU。继续延长计算时间，直至1080天(两个换料周期)，此时平均燃耗深度达到约40GWd/MTU，由于计算后期该堆芯一直处于次临界状态，且在540天时未将外区高富集度燃料转放至内区，导致其燃耗深度未能达到177堆芯两个燃耗周期(1080天)之后的卸料燃耗深度45GWd/MTU。
燃耗计算结束后，利用FMESH网格计数卡统计燃耗540天时的能谱如图7所示。由此图可以看出，该堆芯在0.1eV及1MeV两处有两个中子通量峰，且堆芯中子能量区间主要分布于0.01eV～1MeV之间，平均中子能量约为0.1MeV左右。
图8为干净堆芯的keff随温度变化情况，随着温度的升高，堆芯的keff是不断降低的，压水堆的工作温度一般为290℃到330℃之间，但本文为了方便计算，故对模型进行简化，统一选择600K温度下进行模拟计算。
对比例1的177堆芯的装料只在径向上进行了分区装料，堆芯的径向功率得以展平，但是在轴向上的功率分布很不均匀，峰因子仍然比较大，如图9所示为燃耗540天时的轴向中子通量。因此，为了展平轴向功率，实施例1和实施例2将采用燃料棒轴向分区装载，将模拟177堆芯中的60个3.1％富集度进行轴向分区，在3.1富集度燃料棒中间段混入较低富集度的燃料，以降低堆芯中间段的功率。具体设计方案共有以下两种：实施例1的轴向分为三段和实施例2轴向分为五段。该两种方案与不分段方案的差别只是在燃料棒中对燃料进行轴向分区装载，其他参数(如：包壳厚度、气隙厚度等)均保持不变。具体轴向结构侧面示意图如图2和图4所示。
177堆芯中燃料组件是由17×17排列的燃料棒组成的，其中包括264根燃料棒以及25根控制棒导向管如图3所示。本设计是在177堆芯的基础上进行轴向非均匀装载，对所有3.1％富集度的燃料棒进行了改造，将燃料棒中间段的富集度由3.1％降至2.85。随着堆芯部分燃料富集度的降低，有效增殖因子(keff)是逐渐降低的，如图10和图11所示为燃料轴向非均匀装载keff的变化情况。
由上图10和图11不难发现，即使在轴向上分区装载燃料，减少了部分区域燃料富集度，对于有效增殖因子(keff)的影响也不大，但是轴向的功率分布却得到了显著的改善，展平了堆芯中间部分的功率，如图12所示。同时，本研究也计算了燃料轴向非均匀装载的轴向通量不均匀系数，具体数据下表及图13所示。
从上表可以看出，实施例2燃料轴向非均匀五段装载的轴向通量不均匀系数的改善效果较好，在寿期中、寿期末及整个寿期内平均值，其通量不均匀系数均小于轴向均匀堆芯。从图13可以看出，在堆芯运行的整个过程中，实施例2的非均匀5段装载的不均匀系数大体上是小于均匀装载的，对于堆芯轴向的功率展平能起到一定的作用。
图14是轴向非均匀堆芯与轴向均匀堆芯的能谱对比，从图中我们可以看出在0.1eV及1MeV处仍有两个中子通量峰，能量区间在0.01eV～1MeV的中子通量有所提升，在0.01eV以下的低能区，中子通量有所减少。
分析实施例3-实施例实施例4含可燃毒物材料的燃料棒的布置方案，燃料组件中分别含有8根含可燃毒物的燃料棒，将富集之后的可燃毒物Gd以相同方式分散布置在不同富集度的燃料棒中，含可燃毒物材料的燃料富集度分别为2.4％、2.8％及3.1％，将含可燃毒物材料的燃料棒的235U富集度的布置与同组件内燃料棒的富集度相同，经过模拟计算，研究其中子学性能。
依据模拟计算结果，绘制不同装载方案的有效增值系数(keff)随燃耗/时间变化曲线，并将其与未装载可燃毒物组件的堆芯进行对比，其keff-燃耗/时间曲线如图15和图16所示。
不同可燃毒物装载方案计算结果
绘制155Gd及157Gd在堆芯中的原子核密度随燃耗/时间变化曲线，原子核密度-燃耗/时间曲线如图17-图20，计算在寿期初可燃毒物材料引入的负反应性价值,算出寿期末(平均卸料燃耗以56.89GWd/MtU为例)残留的可燃毒物材料的负反应性，表征堆芯内的反应性惩罚，计算燃耗为2.16GWd/MtU、28.09GWd/MtU和61.2GWd/MtU时的可燃毒物材料反应性价值与寿期初可燃毒物材料反应性价值的比值，该数据主要是用于体现寿期内可燃毒物消耗速率，计算结果见上表。
模拟的177堆芯中的235U平均每次裂变释放的可利用能量为198.22MeV，那么归一化因子即单位时间内堆芯每释放lJ能量所需要的裂变反应次数为:
那么模拟的177堆芯的热功率为3050MW，每次裂变产生的平均中子数为V(在MCNP的输出文件outp中会直接给出)，有效增值系数keff(在输出文件outp文件中直接给出的)，所以本文中的归一化因子为：
n＝3.149126×1010×3050×106×Keff×V(neutron/s)
对MCNP输出结果归一化处理后的轴向中子通量如图22所示，计算不同可燃毒物装载方案寿期末的轴向通量不均匀系数，验证轴向非均匀装载的可行性，如下表所示；绘制通量不均匀系数随时间变化曲线，如图21所示。
不同可燃毒物装载方案的轴向通量不均匀系数
| Gd2O3-8-6％ | Gd2O3-8-7％ | |
| 寿期初 | 1.439692842 | 1.426234644 |
| 寿期中 | 1.306835593 | 1.656444719 |
| 寿期末 | 1.45392907 | 1.463241677 |
| 平均值 | 1.46232018 | 1.459126364 |
从上表、图21以及图22中可以看出，可燃毒物材料轴向非均匀装载方案的轴向通量与轴向均匀堆芯相比，实施例3和实施例4都对轴向通量具有一定的展平能力，其轴向不均匀系数也是处于相对较小的水平，基本维持在轴向均匀堆芯以下。图23为不同可燃毒物装载方案的能谱，从该能谱中我们可以看出堆芯内的中子能量主要分布于0.1eV～1MeV之间，在0.1eV及1MeV这两个点有两个中子通量峰，平均中子能量主要分布于0.1MeV附近。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其特征在于，包括：
第一燃料组件装载区；
第二燃料组件装载区，其与所述第一燃料组件装载区间隔交错布置在堆芯中；
第三燃料组件装载区，其布置在所述第一燃料组件装载区和第二燃料组件装载区的外围；
所述第三燃料组件装载区的富集度大于第二燃料组件装载区，所述第二燃料组件装载区的富集度大于第一燃料组件装载区；
所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和/或第三燃料组件装载区的燃料棒采用轴向分段的非均匀布置结构，分段数量为奇数。
2.如权利要求1所述的堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其特征在于，所述第一燃料组件装载区的富集度为2.4％，第二燃料组件装载区的富集度为3.1％，所述第三燃料组件装载区的富集度为4.4％。
3.如权利要求1所述的堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其特征在于，所述第一燃料组件装载区包括69个燃料组件，所述第二燃料组件装载区包括60个燃料组件，所述第三燃料组件装载区包括48个燃料组件。
4.如权利要求1所述的堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其特征在于，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料装载区的燃料棒的结构包括：
燃料芯块；
气隙层，其环绕设置在所述燃料芯块的外部；
锆合金包壳，其设置在所述气隙层的外部，所述锆合金包壳的外部设置有冷却剂轻水；
端部包壳，其分别设置在所述燃料棒的两端。
5.如权利要求1所述的堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其特征在于，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区的燃料棒采用的轴向分段非均匀布置结构具体为：
所述燃料棒的燃料芯块轴向被分为三段，上段和下段的燃料富集度大于中段的燃料富集度；
所述第二燃料组件装载区的燃料棒中，上段和下段的燃料富集度为3.1％，中段的燃料富集度为2.8％。
6.如权利要求1所述的堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其特征在于，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区、第三燃料组件装载区的燃料棒采用的轴向分段非均匀布置结构具体为：
所述燃料棒的燃料芯块轴向被分为五段，包括1个上段、3个中段和1个下段，上段和下段的燃料富集度大于中段的燃料富集度；
所述第二燃料组件装载区的燃料棒中，上段和下段的燃料富集度为3.1％，中段的燃料富集度为2.8％。
7.如权利要求1所述的堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其特征在于，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区的每个燃料组件包括264根燃料棒和25根控制棒导向管，所述燃料棒和控制棒导向管在燃料组件内采用17×17的阵列排布结构，其中内层的控制棒导向管呈3×3的矩形阵列间隔排布，相邻控制棒导向管之间间隔有2根燃料棒，外层的16根控制棒导向管环绕内层的控制棒导向管排布，堆芯中心位置的控制棒导向管设置有仪表测量管。
8.如权利要求1所述的堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其特征在于，所述第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区的燃料组件中布置有可燃毒物棒，所述可燃毒物棒中含有质量分数0.5～6％的氧化钆，所述氧化钆包括155Gd2O3及157Gd2O3，其中155Gd2O3的质量分数为48.6％，157Gd2O3的质量分数为51.4％；其中，第一燃料组件装载区、第二燃料组件装载区和第三燃料组件装载区的燃料组件内可燃毒物棒的235U富集度与同燃料组件内燃料棒的235U富集度相同。
9.如权利要求8所述的堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案，其特征在于，所述可燃毒物棒的数量为8～64根。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311357811.2A CN117198566A (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311357811.2A CN117198566A (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117198566A true CN117198566A (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=88990736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311357811.2A Pending CN117198566A (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117198566A (zh) |
-
2023
- 2023-10-19 CN CN202311357811.2A patent/CN117198566A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2004507711A (ja) | 改良された核燃料集合体 | |
| Setiadipura et al. | Preliminary neutronic design of high burnup OTTO cycle pebble bed reactor | |
| CN110867261B (zh) | 多类型芯块混合装载金属冷却反应堆及管理方法 | |
| US20130322590A1 (en) | Extension of methods to utilize fully ceramic micro-encapsulated fuel in light water reactors | |
| Baybakov et al. | The dependence of the nuclide composition of the fuel core loading on multiplying and breeding properties of the KLT-40S nuclear facility | |
| CN110853774A (zh) | 一种氢化锆慢化金属冷却反应堆小型化设计方法及反应堆 | |
| Do et al. | Physics study for high-performance and very-low-boron APR1400 core with 24-month cycle length | |
| US20060002503A1 (en) | Optimally moderated nuclear fission reactor and fuel source therefor | |
| Galahom et al. | A novel approach for managing the excess reactivity at the beginning of the fuel cycle of VVER-1200 | |
| CN117198566A (zh) | 一种堆芯展平轴向功率的非均匀布置方案 | |
| CN114496313B (zh) | 一种快中子热中子扇形分区的超高通量反应堆堆芯 | |
| JP3847701B2 (ja) | 軽水炉炉心及び燃料集合体並びに制御棒 | |
| JP2010145140A (ja) | 高速炉の燃料装荷方法 | |
| Joo et al. | Consistent comparison of Monte Carlo and whole-core transport solutions for cores with thermal feedback | |
| CN117133490B (zh) | 一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法及系统 | |
| Wijaya et al. | Neutronic Analysis of an Uprated Soluble-Boron-Free ATOM Core Design Based on the Centrally-Shielded Burnable Absorber | |
| CN113488205B (zh) | 一种具有展平堆芯轴向功率功能的非均匀管式ma嬗变棒 | |
| CN113643838B (zh) | 一种具有展平堆芯轴向功率功能的非均匀ma嬗变棒 | |
| Yamamoto | Compilation of measurement and analysis results of isotopic inventories of spent BWR fuels | |
| CN117153432A (zh) | 一种轴向分段装料的环形燃料小型堆芯 | |
| Khalefih et al. | Preliminary Evaluation of Centrally Shielded Disk-Type Burnable Absorber in Three-Batch Soluble-Boron-Free APR1400 Reactor | |
| Simanullang et al. | Burnup performance of a PBR with an accumulative fuel loading scheme utilizing burnable poison particles in UO2 and ROX fuels | |
| Irwanto et al. | The Effects of the Number of Coated Fuel Particles on the Neutronic Aspects of 25 MWt Pebble Bed Reactor with Thorium Fuel | |
| JP3318210B2 (ja) | Ｍｏｘ燃料集合体及び炉心 | |
| Zhu et al. | Neutronic design and fuel cycle analysis of a fluoride salt-cooled High Temperature Reactor (FHR) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |