核反应堆物理分析10

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1、吴宏春西安交通大学11堆芯物理设计基础2堆芯初始参数的选择3堆芯物堆芯物理设计计算设算4反应堆物理启动试验5换料堆芯安全评价211堆芯物理设计基础常用的设计准则包括：()(1)堆芯具有负的反应性反馈堆具有负的反应性反馈(2)最大反应性的引入率不超过限制(3)反应堆具有足够的停堆裕量(4)()反应堆满足平均和最大燃耗深度限值应堆满均大燃耗深度值(5)反应堆运行中不发生功率振荡堆芯物理设计主要包括三方面的内容：（1）提出初始的堆芯参考方案，计算堆芯寿期内剩余反应性的变化、反应堆功率随空间和时间的变化以及功率功率不均匀系

2、数均匀系数，确保堆芯设计满确保堆芯设计满足反应堆寿期要求应堆寿期求和功率不均匀性的限值。（2）在反应性控制方案设计中，通过计算反应堆运行过程中的各种反应性效应，包括堆芯各类反应性反馈括堆各类反应性反馈系数，如燃料温度系数、慢化剂温度系数；反应堆功率亏损；各种裂变产物中毒的效应以及各种控制毒物的价值等，设计合设计合理的反应性控制方案以确保能够在的应性控制方案确保能够在反应堆运行过程中有效地控制和补偿反应性的变化，并确保反应堆具有足够的停堆裕量并确保反应堆具有足够的停堆裕。（3）在堆芯燃料管理方案设计中，通过燃耗分析并

3、根据燃耗计算结果根据燃耗算，进行燃料管理方案优化和换料行燃料管方案换料安全评价，使得反应堆在满足安全限值的条件下实现更好的经济效益。22堆芯初始参数的选择燃料参数的确定燃料初始参数的选择通常包括燃料富集度的确定燃料始数择通常燃料集度确、燃料棒径的选择、包包壳材料及厚度以及燃料栅格的水铀比。根据线性燃耗的假燃设，可以初步给出某个卸料燃耗深度目标卸料燃耗深度目标下的的富集度选择范围。燃料棒直径的选择需要综合考虑物理和热工的影响。从物理的角度看，燃料棒越细，空间自屏效应的影响越小，逃脱共振俘获概率会减小，同样富集度下会降

4、低燃料的初始剩余反应性。从热工的角度看，在满足燃料表面热流密度要求的条件下条件，更细的燃料棒意味着线功率密度的减小燃棒意味着密度，从而增大了热工裕量，有利于反应堆安全。燃料棒变细带来的燃料平均温度降低也减小了温度效应导致的反应性损失温度效应导致的反应性损失，补偿补偿一部分由于部分由于共振吸收增大导致的反应性减低。压水堆的燃料棒直径压水堆的燃料棒直径一般选择在般选择在9～1010mm0。目前常见的包壳材料主要有锆合金和不锈钢前常的包壳材主有锆合金锈钢。二者相比，不锈钢具有较大的热中子吸收截面，尤其是在压水堆中其中子学

5、性能较差，目前的压水堆主要采目前的压水堆要采用锆合金的包壳，如ZZr-4合金。包包壳的厚度主要考虑结构强度的要求度主考虑构度。随着随着反应应堆的运行，裂变气体会显著增大包壳内的压力，因此，包壳厚度必须满足在最大卸料燃耗深度包壳厚度必须满足在最大卸料燃耗深度下结构的完整包壳厚度须满足在最大卸料燃耗深度下结构的完整结构的完整性，一般选择般选择050.5～0606mm0.6mm。水/铀铀比的选择的选择压水堆设计应选择欠慢化的燃料栅格参数，目前，压水堆燃料组件内栅格的水铀比压水堆燃料组件内栅格的水铀比一般设计为般设计为12

6、1.2～131.3左右。堆芯几何大小的确定在给定堆芯额定功率的基础上在给定堆额定功率的基础，通过线功率密度的限值确定堆芯燃料棒的需求量，并进而给出初始的堆芯高度和等效直径以及燃料的总装载量燃。堆芯内燃料棒的总数堆内燃料棒的总数N可由下式确定由式确定：FPFfQNqHmax总的被控总的被控反应性的确定应性的确定33堆芯物堆芯物理设计计算设计计算主要内容包括：堆芯燃耗和燃料管理计算功率能力计算反应性控制计算反应性系数计算动态参数计算等。堆芯燃耗和燃料管理计算为热工水力设计、燃料性能分析、反应堆功率能力和反应性控制计算

7、提供基础的数据，并确保反应堆从第并确保反应堆从第一循环堆芯至平循环堆芯至平衡循环的燃料管理方案在技术上是可行的燃方可行，为最终安安全分析报告(FSAR)()提供数据支持。堆芯燃耗计算是在堆芯热态满功率(HFP)、控制棒全提()(ARO)条件下进行的。15堆芯功率能力计算算主要目的是确定正常运行工况(I类工况)的运行限值和非正常瞬态工况(II类工况)的保护定值。16为了获得以上限值，必须对堆芯径向和轴向功率分布进行计算。堆芯的功率分布在反应堆运行过程随程中会随着燃耗着、控制棒的移动等堆芯状态的改变等堆态变而发生不断的

8、变化，因此需要计算堆芯各种典型状态态下的功率峰因子以评价堆芯在各种运行工况下的态下的功率峰因子以评价堆芯在各种运行的功率峰因以评价堆芯在各种运行况况下的的功率分布。由由于慢化剂密度差异及控制棒插入等影响慢化剂密度差异控制棒插入等影响，堆芯轴向功率分布并非上下对称的形式，通常寿期初功率峰在堆芯下部而寿期末会发生期初功率峰在堆芯下部而寿期末会发生一定的变功率峰在