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铅基全陶瓷微封装弥散燃料堆芯概念设计初步研究

娄磊 王连杰 彭星杰 赵晨 张斌 周冰燕 周楠 胡钰莹 王星博 赵子凡

娄磊, 王连杰, 彭星杰, 赵晨, 张斌, 周冰燕, 周楠, 胡钰莹, 王星博, 赵子凡. 铅基全陶瓷微封装弥散燃料堆芯概念设计初步研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 100-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0100
引用本文: 娄磊, 王连杰, 彭星杰, 赵晨, 张斌, 周冰燕, 周楠, 胡钰莹, 王星博, 赵子凡. 铅基全陶瓷微封装弥散燃料堆芯概念设计初步研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 100-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0100
Lou Lei, Wang Lianjie, Peng Xingjie, Zhao Chen, Zhang Bin, Zhou Bingyan, Zhou Nan, Hu Yuying, Wang Xingbo, Zhao Zifan. Preliminary Study on Conceptual Design of Lead-based Fully Ceramic Microencapsulated Dispersion Fuel Core[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 100-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0100
Citation: Lou Lei, Wang Lianjie, Peng Xingjie, Zhao Chen, Zhang Bin, Zhou Bingyan, Zhou Nan, Hu Yuying, Wang Xingbo, Zhao Zifan. Preliminary Study on Conceptual Design of Lead-based Fully Ceramic Microencapsulated Dispersion Fuel Core[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 100-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0100

铅基全陶瓷微封装弥散燃料堆芯概念设计初步研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0100
基金项目: 中国科协青年人才托举工程( 2019QNRC001)
详细信息
    作者简介:

    娄 磊(1988—),男,高级工程师,现从事反应堆物理设计研究工作,E-mail: 371682011@qq.com

    通讯作者:

    王连杰,E-mail: mcd2264@126.com

  • 中图分类号: TL329

Preliminary Study on Conceptual Design of Lead-based Fully Ceramic Microencapsulated Dispersion Fuel Core

  • 摘要: 为了充分利用全陶瓷微封装弥散燃料(FCM)的耐事故特性,进一步提高铅基反应堆的安全性,将FCM应用于铅基冷却剂反应堆中,给出了铅基FCM堆芯的初步概念设计,并与传统铅基UO2燃料堆芯在燃料装量、燃料利用率、能谱及反应性等方面进行了对比分析。对比结果表明,FCM对堆芯能谱有少量的慢化效果,同时需采用高富集度UO2燃料核芯以保证堆芯235U装量满足能量输出需求,采用FCM堆芯235U装量较UO2堆芯有相应降低,燃料利用率进一步提高。最后对铅基FCM堆芯布置进行功率展平优化,通过径向FCM相体积分区对堆芯功率进行了展平。计算结果显示,堆芯功率峰因子(FQ)由2.43降低至1.93,堆芯核焓升因子(FDH)由1.79降低至1.33。

     

  • 图  1  组件示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of Assemblies

    图  2  SLBR-50-FCM堆芯径向布置示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of SLBR-50-FCM Core Radial Arrangement

    图  3  堆芯轴向布置示意图

    Figure  3.  Schematic Diagram of Core Axial Arrangement

    图  4  SLBR-50-FCM优化堆芯径向布置示意图

    Figure  4.  Schematic Diagram of SLBR-50-FCM Optimized Core Radial Arrangement

    表  1  FCM TRISO 参数

    Table  1.   Parameters of FCM TRISO

    结构参数尺寸
    /μm
    密度
    /(g·cm−3)
    成分
    UO2核芯直径800>10.4U、O原子比1:2
    UN核芯直径13.6(95%孔隙率)U、N原子比1:1
    疏松PyC层50<1.1C
    IPyC层351.9C
    SiC层35≥3.18Si、C原子比1:1
    OPyC层201.9C
    总直径1080
      注:PyC—热解碳;IPyC—内部热解碳层;OPyC—外部热解碳层
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    表  2  SLBR-50-FCM堆芯主要设计参数

    Table  2.   Main Design Parameters of SLBR-50-FCM Core

    参数名参数值参数名参数值
    堆芯热功率/MW50燃料芯体直径/mm8.0
    堆芯寿期/EFPD2000气隙厚度/mm0.1
    燃料有效温度/K900包壳厚度/mm0.6
    冷却剂温度/K700包壳外直径/mm9.4
    TRISO颗粒相体积/%42燃料棒中心距/mm10.9
    235U富集度/%90组件中心距/mm93.5
    U装量/kg659组件盒内对边距/mm88.0
    235U装量/kg593组件盒内外边距/mm92.0
    控制棒吸收体材料B4C组件盒厚度/mm2.0
    反射层材料BeO组件内燃料棒数目/个61
    包壳材料不锈钢堆芯活性区高度/mm950
    冷却剂铅基反射层外接圆直径/mm820
    燃料组件数目/个144控制棒组件数目/个18
    反射层组件数目/个48
      注:EFPD—有效满功率天
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    表  3  SLBR-50-FCM与SLBR-50堆芯主要设计参数对比

    Table  3.   Comparison of Main Design Parameters between SLBR-50-FCM and SLBR-50 Cores

    参数SLBR-50SLBR-50-FCM
    堆芯热功率/MW5050
    堆芯寿期/EFPD20002000
    堆芯寿期初U装量/kg3862659
    堆芯寿期初235U装量/kg770593
    堆芯寿期初全提棒keff1.037201.16057
    堆芯寿期末全提棒keff1.003191.01734
    堆芯全寿期最大FQ2.062.43
    堆芯全寿期最大FDH1.531.79
      注:keff —堆芯有效增殖因子;FQ—堆芯功率峰因子;FDH—堆芯核焓升因子
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    表  4  SLBR-50-FCM堆芯优化前后主要设计参数对比

    Table  4.   Comparison of Main Design Parameters before and after Optimization of SLBR-50-FCM Core

    参数名参数值
    优化前优化后
    堆芯热功率/MW5050
    堆芯寿期/EFPD20002000
    堆芯寿期初U装量/kg659658
    堆芯寿期初235U装量/kg593592
    堆芯寿期初全提棒kinf1.160571.16020
    堆芯寿期末全提棒kinf1.017341.01319
    堆芯全寿期最大FQ2.431.93
    堆芯全寿期最大FDH1.791.33
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-20
  • 修回日期:  2022-08-30
  • 刊出日期:  2022-12-31

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