研究堆乏燃料池燃耗信用制应用技术研究.ppt

研究堆乏燃料池燃耗信用制应用技术研究 张亚东,Abstract Burnup credit is the calculational methods which allow one to take credit for the reactivity reduction associated with the changes in the distribution and isotopic composition caused by fuel burnup in calculating the value of the spent fuel system's reactivity. Burnup credit has been used in transport, storage, disposal, or reprocessing in many countries due to the use of burnup credit brings benefits in economy, environment and public health and safety by decreasing radiation dose, especially obvious in the economic interests. Burnup credit only has been used in nuclear power plant and not used in research reactor up to present. This article explores application technology of burnup credit in research reactor by designing spent fuel storage of 49-2 swimming pool research reactor.,第一章 引言 第二章 49-2游泳池式反应堆及其乏燃料保存水池 第三章 研究堆乏燃料同位素成分的计算和选择 第四章 新燃料假设的乏燃料池尺寸 第五章 燃耗信用制下乏燃料池的尺寸 第六章 各种情况下乏燃料池的比较 第七章 总结,第一章 引言 所谓燃耗信用制就是在分析乏燃料临界安全时考虑燃料辐照后由于同位素成分及分布的变化而引起的反应性降低。

使用燃耗信用制的目的和意义 燃耗信用制的分析内容 燃耗信用制的分级 燃耗信用制的使用现状 国外燃耗信用制应用现状 分析燃耗信用制的方法和程序 研究堆乏燃料池现状 燃耗信用制在研究堆上利用的目的和意义 研究堆上使用燃耗信用制的特殊性,,燃耗信用制使用的目的和意义 新燃料假设的优点：计算简单，管理措施要求较小 缺点：过于保守 经济性 燃耗信用制的使用目的： 环境 人员的辐射剂量,,燃耗信用制的分析内容 ： 验证计算乏燃料（SNF）同位素组成的计算机程序系统 验证用于计算乏燃料贮存水池增殖因子的计算机程序系统 确定燃料组件的包络辐照历史和正确估计与燃料组件内轴向和径向燃耗分布有关的反应性效应 建立包络条件(主要考虑程序误差、燃料制造偏差、运行功率和运行历史、轴向和径向燃耗分布的不均匀性、可溶硼浓度、燃料和慢化剂温度、控制棒及可燃毒物棒的影响等) 建立贮存水池的装载曲线 组件燃耗的验证燃耗信用制过程,燃耗信用制的分级 a.净可裂变核素水准----考虑不同可裂变同位素的减少和积累; b.锕系水准----在净可裂变核素水准的基础上考虑到锕系元素的吸收效应 ； c.锕系加裂变产物水准----在锕系水准的基础上考虑到裂变产物的中子吸收 ； d.总的可燃吸收剂水准----在锕系加裂变产物水准基础上考虑到全部可燃中子吸收剂的存在。

目前仅在核电厂使用，不同国家不同核电厂的应用水平不一样 分析燃耗信用制的方法和程序 MCNP ACCP ORIGEN2 SCALE4,MCNP MCNP是美国LOS ALAMOS实验室研制的一个大型的多功能的蒙特卡罗中子-光子-电子耦合输运计算程序该程序可以处理任意三维几何结构的问题，具有较强的通用性，提供了通用源、临界源等多种源分布，使用精细的点截面数据，对热中子可以选用自由气体模型和S(α,β)模型处理，具有良好的计算精度，被国内外用户广泛用于核设施临界设计和评估ORIGEN2 ORIGEN-2程序是美国橡树岭国家实验室研制的点燃耗及放射性衰变计算机程序，用途非常广泛 该程序能够计算核燃料循环过程中放射性物质的积累、衰变和各种处理过程，给出核素的成分、放射性、衰变热、化学毒性以及其它的特性 主要应用于下述领域：其输出结果可作为核燃料循环设施的设计基础；反应堆严重事故源项研究；预测放射性废物的成分和特性等 ORIGEN2程序几乎考虑了燃料循环中所有的同位素链，包含核素1700多种，这些核素被分为三类：活化产物、锕系核素和裂变产物每一类都有与之对应的三种数据库：衰变数据库、光子数据库、截面和裂变产额数据库。

研究堆上使用燃耗信用制的特殊性 由于研究堆在利用目的和堆型上与核电厂反应堆的不同，导致在研究堆上使用燃耗信用制时带来了不同于核电厂的特点 研究堆堆芯一般都比较小； 研究堆一般不采用可溶硼作为控制手段； 补偿棒在反应堆运行时插入堆芯较深； 在研究堆堆芯中有很多辐照孔道，在其内装有辐照样品时会引起周围中子通量密度分布较大的畸变； 与核电厂的批料换料方式不同的是，研究堆的换料方式也多变，每次更换的燃料组件数较少； 研究堆出于实验和辐照材料等目的，其启停堆很频繁，并且功率多变 这些都导致了研究堆的轴向及径向功率的不均匀系数较核电厂反应堆的大，并给确定功率分布的包络、端部效应、乏燃料的成分计算带来了更多的困难，在应用燃耗信用制时同位素种类的选择上也有所不同第二章 49-2游泳池式反应堆及其乏燃料保存水池,新燃料假设的临界： 保守假设： ①16根燃料棒； ②纯水； ③芯块无杂质； ④包壳材料成分实测； ⑤常温第三章 研究堆乏燃料同位素成分的计算和选择 乏燃料同位素成分计算的保守性： 运行历史方案选取的较保守 冷却时间短 （前100年下降，100年后上升） 燃耗较浅 同位素种类选择的原则： 同位素的核密度大或中子吸收截面大，也即该同位素的宏观吸收截面大，对临界程度有明显影响； 在乏燃料储存期间该同位素成分不能有明显减小，即其半衰期要足够长或不衰变； 对卸料前反应堆短期运行功率依赖明显的同位素不宜选取，如 等。

（应用目的不同时，同位素的选择方法不同）,,运行历史方案,运行历史对乏燃料增殖因子的影响,核电厂燃耗信用制同位素种类的选择 ①锕系元素（12种核素）： U…234, 235, 236, 238 Pu.238, 239, 240, 241, 242 Am…241, 243 Np237 ②裂变产物（选择了15种核素）： Mo-95, Tc-99, Ru-101, Rh-103, Ag-109, Cs-133, Sm-147, Sm-149, Sm-150, Sm-151, Sm-152, Nd-143, Nd-145, Eu-153, Gd-155 燃耗引起的反应性损失的2/3是由所有锕系元素的损失和积累造成的研究堆燃耗信用制同位素种类的选择 U-234是Pu-238的衰变子核，其在乏燃料储存过程中是增加的信任） Cm-242的半衰期只有163天，Cm-244的半衰期为18.1年不信任） 在反应堆停堆后Cm-244的核密度变化是先增大后减小 停堆前反应堆的功率越大， 停堆后Sm-149的浓度越高 （不信任）,各种所选同位素对反应性的影响,第四章 新燃料假设的乏燃料池尺寸 4.1 临界准则 其中： 是临界控制值 （0.95） 是为安全所留的裕度（0.03） 是临界计算程序的偏差和各 种不确定性惩罚（0.02） （ 420盒燃料组件）,,,,,4.2 新燃料假设的乏燃料池尺寸 长1664mm，宽1560m,,,,,第五章 燃耗信用制下乏燃料池的尺寸 5.1净裂变核素水准的乏燃料池尺寸 只考虑U235、U238和Pu239的核密度变化 长1480mm，宽1387.5m,5.2 锕系核素水准的乏燃料池尺寸 长1480mm，宽1387.5mm,5.3 锕系核素加裂变产物水准的乏燃料池尺寸 长1464mm，宽1372.5mm,5.4 考虑乏燃料组件的轴向燃耗分布后的乏燃料池设计 “端部效应”: 利用精确的轴向燃耗分布表示方法得到的反应性与假设轴向燃耗均匀所得到的反应性之间的差异。

轴向均匀分布计算的Keff值在低燃耗情况下是保守的，但随着燃耗增加变的越来越不保守 低燃耗：利用均匀燃耗近似分布将人为地降低中心的燃料消耗，而增加了两端附近的燃料消耗人为降低裂变密度最大的中心区域燃料消耗导致反应性的净增加，结果保守 高燃耗：裂变密度峰值由中间偏向两侧，驼峰形状使用均匀轴向燃耗分布人为增加了中心裂变密度，减小了两侧的裂变密度当后者导致的反应性变化更强时轴向燃耗均匀分布假设不保守中子通量分布不变时计算燃耗保守： ①随着燃耗的加深，热中子通量密度 的分布越来越均匀； ②此热中子通量密度分布是在反应堆 功率很低（约200W）时实测的； ③49-2堆冷却剂的流向是自上而下的， 慢化剂负温度系数使得功率运行时的 热中子通量密度分布比图中实测的要 均匀平均燃耗为42%的 轴向燃耗分布,不均匀轴向燃耗与均匀轴向燃耗时的临界比较,选用临界程度较大的E10栅格的轴向燃耗分布重新设计 长1456mm，宽1365mm,5.5乏燃料池装载曲线,某核电厂的乏燃料装载曲线,,第六章 各种情况下乏燃料池的比较 Keff=,,乏燃料池大小比较,第七章 总结 7.1 创新与经验总结 1）新燃料假设与不同燃耗信用制水准下乏燃料池的临界程度差别很大； 乏燃料池的尺寸较新燃料假设时要小20%还多，较大地减少了乏燃料池的建造维护成本。

2）在研究堆燃耗信用制中不考虑Sm-149的信任； 3）在乏燃料池中预留堆芯卸料的储存空位； 4）轴向燃耗的不均匀分布降低了临界程度； 5）研究堆的功率运行史复杂7.2 进一步研究的方向 1）功率运行史的深入研究； 2）燃耗验证； 3）轴向燃耗分布包络的深入研究； 4）临界准则的选取； 5）事故工况的考虑谢谢！,。