长循环堆芯设计.doc

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1、11谭怡等：含MOX燃料堆芯衰变热及裂变产物积存量的特性研究文章编号:0258-0926(2014)02-0008-05含MOX燃料堆芯衰变热及裂变产物积存量的特性研究谭怡，魏述平，邓理邻，刘晓黎中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术国家级重点实验室，成都，610041摘要：我国尚无MOX燃料的工程经验，需开展大量的论证工作。以国内M310型堆芯为对象，对使用30%MOX燃料的堆芯燃料管理方案进行分析，比较含MOX燃料堆芯和全UO2堆芯的衰变热、乏燃料水池热负荷和堆芯裂变产物积存量的特性差异。结果表明，堆芯衰变热、乏燃料水池热负荷变化较小，都不会超过原来的

2、15%，堆芯裂变产物积存量中少量核素偏差较大，135Xe、136Cs等超过40%，其余核素变化较小。研究表明，含MOX燃料堆芯的辐射特性存在一定差异，但变化非常有限，不会对电厂的运行和安全产生影响。关键词：MOX；衰变热；裂变产物积存量；乏燃料水池热负荷中图分类号：TL48文献标志码：A11谭怡等：含MOX燃料堆芯衰变热及裂变产物积存量的特性研究0引言MOX燃料是可用于轻水堆的成熟燃料，对于提高铀资源的利用率，减轻核电厂快速发展对天然铀的需求压力，有着重要作用。含MOX燃料的堆芯，由于Pu同位素的存在，对每次裂变产生的能量、产额、能谱均会产生影响。经辐照后生

3、成的裂变产物、锕系核素等放射性核素的组成与全UO2堆芯相比也会不同，因而体现出来的堆芯衰变热、堆芯裂变产物积存量、乏燃料组件释热等方面特性也会有所区别，而这些特性对于反应堆事故分析、堆芯安全论证、放射性源项和环境安全评价是至关重要的。因此，本项目以国内M310堆芯为研究对象，研究含MOX燃料堆芯与全UO2堆芯在堆芯衰变热、堆芯裂变产物积存量、乏燃料水池热负荷等辐射特性方面的差异，从堆芯辐射安全方面为M310堆芯应用MOX燃料进行理论分析。1研究对象描述1.1全UO2堆芯收稿日期：2012-11-29；修回日期：2013-10-27某国内M310堆芯含有157

4、个AFA3G燃料组件，反应堆第1循环堆芯燃料组件分3区装载，3批燃料组件数目分别为53、52、52个，对应的3种富集度分别为1.8%、2.4%和3.1%。从第2循环开始，堆芯沿用OUT-IN装载方式，每次装入52个新燃料组件，同时卸出52个燃耗较深或富集度较低的燃料组件。装入的新燃料组件富集度为3.2%。反应堆经过4次换料，到第5循环达到平衡年换料。1.2含MOX燃料堆芯含MOX燃料堆芯是在1.1节所述的全UO2堆芯平衡循环（第5循环）的基础上，从第6循环开始，每次装入12个MOX燃料组件和32个AFA3G燃料组件，同时卸出44个燃耗较深的燃料组件。经过4次

5、换料，到第10循环达到平衡年换料。平衡循环时，堆芯含48个MOX燃料组件和109个AFA3G燃料组件，MOX燃料占到整堆芯燃料组件的30%。含MOX燃料平衡循环堆芯的装载如图1所示。其中，AFA3G燃料组件的富集度为3.2%，MOX燃料组件的平均Pu含量为8.6%。图2为MOX燃料组件的示意图。2理论计算堆芯衰变热、堆芯裂变产物积存量、乏燃料水池热负荷等堆芯辐射特性相关的分析均由ORIGEN程序计算完成。对于图2所示的含MOX11谭怡等：含MOX燃料堆芯衰变热及裂变产物积存量的特性研究图1含MOX燃料平衡循环堆芯装载示意图Fig.1LoadingPatter

6、nofEquilibriumCyclewithMOXFuel图2MOX燃料组件示意图Fig.2LayoutofMOXFuelAssembly燃料堆芯，需要专门制作MOX燃料组件截面数据库。2.1MOX燃料组件截面库的建立MOX燃料组件截面库制作分为2个计算步骤：（1）燃料棒栅元的无限排列栅格模型计算。该模型从内到外分为燃料、包壳、慢化剂3区，最外区的边界条件为白边界。该模型用于燃料棒栅元进行共振计算、一维离散纵标输运分析，得到棒栅元通量权重平均截面。（2）燃料组件栅元的无限排列栅格模型计算。该模型从内到外近似成控制区（除燃料棒栅元外的其他类型栅元，如控制棒、

7、可燃毒物棒、测量通道等）、燃料区（燃料棒栅元均匀化后的材料）、组件间隙冷却剂区（燃料组件之间的冷却剂）。计算得到组件栅元的中子能谱分布和各核素的中子反应截面，生成ORIGEN程序所需的截面数据库。使用文献[1]中14×14组件的基准题对截面库制作方法进行验证。该基准题用于比较不同程序系统和核数据库就核燃料的同位素成分进行燃耗计算分析的能力。首先使用本方法建立该组件的ORIGEN截面库，然后采用ORIGEN程序计算出16种核素的理论值，并与基准题中的实测值进行比较。表1列出采用MOX燃料截面库的理论计算结果与基准题中实测数据的比较。从表1可见，本MOX燃料截面

8、库的制作方法是合理的，理论计算与实测值的偏差在9%以