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西安脉冲堆衰变热功率精细化计算

杨宁 李华琪 张信一 田晓艳 张强

杨宁, 李华琪, 张信一, 田晓艳, 张强. 西安脉冲堆衰变热功率精细化计算[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 24-31. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0024
引用本文: 杨宁, 李华琪, 张信一, 田晓艳, 张强. 西安脉冲堆衰变热功率精细化计算[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 24-31. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0024
Yang Ning, Li Huaqi, Zhang Xinyi, Tian Xiaoyan, Zhang Qiang. Fine Calculation of Decay Heat Power in Xi’an Pulsed Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 24-31. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0024
Citation: Yang Ning, Li Huaqi, Zhang Xinyi, Tian Xiaoyan, Zhang Qiang. Fine Calculation of Decay Heat Power in Xi’an Pulsed Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 24-31. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0024

西安脉冲堆衰变热功率精细化计算

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0024
详细信息
    作者简介:

    杨 宁(1981—),男,副研究员,主要从事反应堆安全和事故后果评价方面的研究,E-mail: yangnweb@163.com

  • 中图分类号: TL364

Fine Calculation of Decay Heat Power in Xi’an Pulsed Reactor

  • 摘要: 为了给脉冲堆的余热导出数值计算提供更为精细可信的能量源项,通过耦合MCNP程序和ORIGEN2程序,提出了计算方法XAPRDH以及开发了同名程序。方法实现上,首先将每个燃料元件的燃料部分(含控制棒跟随体)以轴向10等分、径向3等分的形式分割为30个独立单元,全堆共形成3180个单元;然后通过灵活调用MCNP程序和ORIGEN2程序获取每个单元的材料组分、核反应截面、中子通量密度和裂变功率,最终实现对各单元衰变热的独立计算和跟踪。分析表明,本文的燃耗评价数据与文献值符合较好,与实验值在测量误差范围内吻合,全堆衰变热计算结果也与行业标准符合,说明本文建立的衰变热精细化计算方法可行,计算结果可信。

     

  • 图  1  西安脉冲堆衰变热精细化计算方法

    keff—有效增殖因子

    Figure  1.  Fine Calculation Method of XAPR Decay Heat

    图  2  西安脉冲堆堆芯结构

    Figure  2.  Configuration of XAPR Core

    图  3  内圈D5、外圈G14位置燃料元件的燃耗评价

    文献值—MCNP-WIMS耦合分析结果;实验值—γ能谱法无损检测结果      

    Figure  3.  Burnup Evaluation for Fuel Element Located at Inner Ring D5 and Outer Ring G14 Positions  

    图  4  停堆初始时刻燃料元件单元的衰变热功率

    Figure  4.  Decay Heat Power of Fuel Element Unit at Initial Shutdown Point

    图  5  停堆初始时刻燃料元件单元的平均体积释热率

    Figure  5.  Average Volume Heat Release Rate of Fuel Element Unit at Initial Shutdown Point

    图  6  停堆初始时刻燃料跟随体单元的衰变热功率

    Figure  6.  Decay Heat Power of Fuel Follower Unit at Initial Shutdown Point

    图  7  某单元衰变热功率随停堆后时间变化

    Figure  7.  Variation of Decay Heat Power of a Unit with Time after Shutdown

    图  8  不同运行时长脉冲堆衰变热功率随停堆后时间变化

    Figure  8.  Variation of Decay Heat Power with Time after Shutdown of Pulsed Reactor with Different Running Times

    图  9  与典型公式法计算全堆衰变热功率的结果比较

    Figure  9.  Comparison of Full-Core Decay Heat Power with Those from Typical Formula Method

    表  1  西安脉冲堆MCNP建模参数

    Table  1.   MCNP Modeling Parameters for XAPR

    部件名称结构体材料密度/(g·cm−3)内径/cm外径/cm长度/cm
    燃料元件锆棒Zr6.4400.4639
    燃料芯块UZrH1.66.17920.463.6139
    上反射层石墨1.6503.619.6
    下反射层石墨1.6503.619.75
    气隙4He1.6094×10−43.613.6258.35
    上端塞0Cr18Ni11Ti7.903.621.6
    下端塞0Cr18Ni11Ti7.903.621.45
    包壳0Cr18Ni11Ti7.93.623.7261.4
    石墨元件石墨芯块石墨1.6503.458.5
    气隙4He1.6094×10−43.43.558.5
    上下端塞Al2.70703.51.45
    包壳Al2.7073.53.761.4
    稳态控制棒吸收体B4C1.85103.5739
    锆棒Zr6.4400.4639
    燃料跟随体UZrH1.66.17920.463.6139
    上反射层石墨1.6503.6116
    下反射层石墨1.6503.6114
    气隙4He1.6094×10−43.57/3.613.6278
    上下端塞0Cr18Ni11Ti7.903.622.25
    包壳0Cr18Ni11Ti7.93.623.72112.5
    脉冲控制棒吸收体B4C1.85102.9739
    气隙空气1.293×10−32.973.0239
    下部气腔空气1.293×10−303.0254.6
    上部簧室空气1.293×10−303.0215
    上下端塞0Cr18Ni11Ti7.903.021.95
    包壳0Cr18Ni11Ti7.93.023.12112.5
    中子源元件源盒内腔AmO2−Be1.501.63
    源盒外壁0Cr18Ni11Ti7.91.63.13
    源盒上下端盖0Cr18Ni11Ti7.903.10.9
    上部气腔空气1.293×10−303.16.85
    下部气腔空气1.293×10−303.17.15
    上下端塞0Cr18Ni11Ti7.903.16.63
    外套管0Cr18Ni11Ti7.93.13.672.06
    围筒及堆池内层围筒Al2.69969.872.271
    水隙0.998272.273.471
    铝反射层Al2.69973.47571
    铅屏蔽层Pb11.35758071
    外层围筒Al2.6998081.671
    堆池0.99820120200
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-05
  • 修回日期:  2021-01-20
  • 刊出日期:  2021-12-09

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