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铅冷快堆M~2LFR-1000堆芯燃料管理方案设计与优化研究

 
【摘要】:堆芯燃料管理是反应堆设计中极为重要而且复杂的工作,直接影响着堆芯的经济性。目前国内外对于压水堆等传统热堆已有了较为丰富和成熟的燃料管理计算方法,但对于快堆,由于其中子能谱硬且具有核燃料增殖能力,与传统热堆相比有着不同的控制方式和功率分布,快堆的堆芯燃料管理需要开展相应的研究。本文基于强迫循环冷却的铅基快堆M 2LFR-1000,在充分调研国内外压水堆和快堆的燃料管理研究现状基础上,结合快堆燃料管理的特点,开展了M 2LFR-1000堆芯燃料管理方案设计与优化研究,给出OUT-IN-IN换料方案、低泄漏换料方案和混合式换料方案,并通过比较计算结果对换料方案进行了评估。本文首先给出了M2LFR-1000堆芯燃料管理方案设计方法,包括介绍平衡循环设计,在平衡循环分析基础上引入伪平衡循环分析,总结堆芯燃料管理方案设计的详细流程。同时基于M2LFR-1000设计方案和目标,综合考虑反应堆的安全性、经济性和技术可行性,确定了燃料管理的约束条件和目标。其次,根据M2LFR-1000堆芯目前燃料组件的内外两区布置,分别对内外两区开展3批OUT-IN-1N换料方案设计。对换料方案进行了伪平衡循环分析和优化,通过将外区新燃料组件PuO2体积份额优化至19.9%,延长循环长度至18个月并提高了平均卸料燃耗深度。对优化后的换料方案进一步开展了详细的初始循环、过渡循环和平衡循环的计算与分析,将得到的平衡循环计算结果与伪平衡循环计算结果进行比较,循环长度均为1 8个月,最大卸料燃耗深度和平均卸料燃耗深度相差均不超过0.2G Wd/tHM,虽然功率峰因子在寿期中有微小的差别,但仍处于合理的范围,验证了伪平衡循环可以用于堆芯燃料管理方案的初步分析与优化,并且减少了燃料管理方案设计与优化的计算时间。然后,开展了M 2LFR-1000堆芯低泄漏换料方案设计。考虑到内区中子泄漏到外区不会影响堆芯的经济性,内区仍然采用3批OUT-IN-IN换料,对外区开展3批低泄漏换料方案设计。针对燃料组件功率分布存在的问题,对换料方案进行了伪平衡循环优化。对优化后的M 2LFR-1000堆芯外区低泄漏换料方案开展了详细的初始循环、过渡循环和平衡循环的设计与分析。另外本文还研究了M 2LFR-1000新燃料组件只有一种富集度的全堆芯低泄漏换料方案,对换料方案进行了伪平衡循环分析与评估,发现这种换料方案难以展平堆芯功率分布。最后,开展了M 2LFR-1000堆芯混合式换料方案设计,给出了M2LFR-1 000堆芯混合式换料方案和平衡循环堆芯装载图,对换料堆芯进行了伪平衡循环分析与评估,总结了混合式换料方案的特点。在此基础上比较了三种换料方案的伪平衡循环分析结果,从新燃料富集度、反应性系数和停堆换料时间等方面综合评估其安全性和经济性,混合式换料方案是M2LFR-1000堆芯应该优先考虑的,其次考虑OUT-IN-IN换料方案,谨慎采用外区低泄漏换料方案。本文开展的M2LFR-1000堆芯燃料管理方案设计与优化研究,实现了延长换料周期、提高堆芯卸料燃耗深度和降低堆芯功率峰因子的目标,研究结果可以为铅冷快堆乃至快堆的堆芯燃料管理提供更多选择和重要参考。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TL433

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