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长寿期小型铅基快堆反应性控制研究

金鑫 王立鹏 郭辉 陈立新 江新标 顾汉洋

金鑫, 王立鹏, 郭辉, 陈立新, 江新标, 顾汉洋. 长寿期小型铅基快堆反应性控制研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 32-39. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0032
引用本文: 金鑫, 王立鹏, 郭辉, 陈立新, 江新标, 顾汉洋. 长寿期小型铅基快堆反应性控制研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 32-39. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0032
Jin Xin, Wang Lipeng, Guo Hui, Chen Lixin, Jiang Xinbiao, Gu Hanyang. Study on Reactivity Control of Long-life Small Lead-cooled Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 32-39. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0032
Citation: Jin Xin, Wang Lipeng, Guo Hui, Chen Lixin, Jiang Xinbiao, Gu Hanyang. Study on Reactivity Control of Long-life Small Lead-cooled Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 32-39. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0032

长寿期小型铅基快堆反应性控制研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0032
基金项目: 国家自然科学基金项目(12105170, 12135008)
详细信息
    作者简介:

    金 鑫(1990—),男,博士研究生,现从事先进反应堆设计与安全分析研究,E-mail: jinxinsjtu@sjtu.edu.cn

    通讯作者:

    郭 辉,E-mail: hui.guo@sjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL324

Study on Reactivity Control of Long-life Small Lead-cooled Fast Reactor

  • 摘要: 长寿期小型铅基快堆寿期燃耗反应性损失较大,需要建立有效的反应性补偿手段。小型堆紧凑的堆芯布置制约了控制棒系统的设计,且过高的控制棒价值会带来堆芯安全隐患。本研究针对自主设计的长寿期小型铅基快堆LFR-180(寿期反应性波动为6681pcm,1pcm=10−5)开展反应性控制研究,探索基于可燃毒物实现反应性控制的方案,并进行事故瞬态安全特性分析。结果表明,以ZrH1.6为慢化剂,B4C为可燃毒物,在组件内联合布置,可将LFR-180寿期内反应性波动降低到575pcm。同时,该反应性控制方案显著提高了堆芯在控制棒意外提出(CRW)事故下堆芯的温度安全裕量,并保证了无保护一回路失流(ULOF)和无保护失热阱(ULOHS)事故下堆芯安全。本研究建立的可燃毒物控制方案能够应用于长寿期小型铅基快堆的反应性补偿。

     

  • 图  1  LFR-180堆芯燃料组件布置

    LBE—铅铋合金冷却剂;PCR—补偿控制棒;SCR—停堆控制棒

    Figure  1.  Assembly Arrangement of LFR-180

    图  2  CRW事故下堆芯燃料温度和包壳温度安全裕量

    Figure  2.  Safety Margin of Fuel and Cladding Temperatures under CRW

    图  3  LFR-180BP堆芯与组件设计

    Figure  3.  LFR-180BP Core and Fuel Assembly Design

    图  4  补偿效果示意图

    Δρ—寿期反应性波动

    Figure  4.  Compensation Effect of Burnable Poison Scheme

    图  5  LFR-180BP中心燃料组件内功率分布

    Figure  5.  Power Distribution in Center Fuel Assembly of LFR-180BP

    图  6  LFR-180BP堆芯功率分布

    括号内数字表示LFR-180BP组件功率峰因子相对于LFR-180组件功率峰因子变化百分比(%)

    Figure  6.  LFR-180BP Core Assembly Power Distribution

    图  7  CRW事故下温度安全裕量

    Figure  7.  Temperature Safety Marginunder CRW Accident

    图  8  CRW事故堆芯功率

    Figure  8.  Core Power under CRW Accident

    图  9  CRW事故LFR-180BP堆芯结果

    Figure  9.  Results of LFR-180BP under CRW Accident

    图  10  ULOF瞬态下堆芯功率

    Figure  10.  Core Power under ULOF Transient

    图  11  ULOF瞬态下LFR-180堆芯结果

    Figure  11.  Core Results of LFR-180 under ULOF Transient

    图  12  ULOF瞬态下LFR-180BP堆芯结果

    Figure  12.  Core Results of LFR-180BP under ULOF Transient

    图  13  ULOHS瞬态下堆芯功率

    Figure  13.  Core Power under ULOHS Transient

    图  14  LFR-180堆芯ULOHS瞬态结果

    Figure  14.  Core Results of LFR-180 under ULOHS Transient

    图  15  LFR-180BP堆芯ULOHS瞬态结果

    Figure  15.  Core Results of LFR-180BP under ULOHS Transient

    表  1  LFR-180控制棒系统设计

    Table  1.   Design of Control Rod System of LFR-180

    堆芯物理参数 PCR SCR
    反应性波动/pcm 6681±21
    反应性反馈: HFP to CZP/pcm 751±51
    反应性反馈: HFP to HZP/pcm 459±39
    控制棒组数量 19 12
    总价值/pcm 14005±23 3370±19
    反应性裕量/pcm 358±21 358±21
    “卡棒”准则反应性裕量/pcm 846±24 281±19
    停堆深度/pcm 5369±68 2272±52
    下载: 导出CSV

    表  2  LFR-180BP控制棒系统设计

    Table  2.   Control Rod System Design of LFR-180BP

    堆芯物理参数 PCR SCR
    反应性波动/pcm 575±23
    反应性反馈: HFP to CZP/pcm 1065±53
    反应性反馈: HFP to HZP/pcm 745±39
    控制棒组数量 6 6
    总价值/pcm 4361±23 2377±21
    控制棒意外提出反应性裕量/pcm 96±21 96±22
    “卡棒”准则反应性裕量/pcm 727±23 396±19
    停堆深度/pcm 1898±69 1140±53
    下载: 导出CSV

    表  3  堆芯最高线功率值 W/cm

    Table  3.   Peak Linear Power in Core

    堆芯设计 BOL EOL
    LFR-180 325 300
    LFR-180BP 363(38) 414(114)
      括号内数字表示相对于LFR-180的增加值
    下载: 导出CSV

    表  4  堆芯反应性反馈系数

    Table  4.   Reactivity Coefficients of Core

    参数 LFR-180 LFR-180BP
    BOL EOL BOL EOL
    缓发中子份额/pcm 777 658 776 674
    寿期反应性波动/pcm 6681 575
    堆芯空泡价值/pcm −16515±25 −16380±25 −10425±25 −9796±25
    冷却剂密度反应性反馈系数/(pcm·K−1) −0.68±0.02 −0.60±0.03 −0.43±0.03 −0.37±0.03
    多普勒常数/pcm 燃料 −476±27 −481±31 −834±31 −1011±30
    结构材料 −24±26 −57±26 −82±30 −23±30
    堆芯径向膨胀反应性反馈系数/(pcm·K−1) −0.45±0.04 −0.44±0.04 −0.50±0.04 −0.48±0.04
    燃料包壳轴向膨胀反应性反馈系数/(pcm·K−1) 0.18±0.02 0.14±0.03 0.17±0.03 0.12±0.03
    燃料轴向膨胀反应性反馈系数/(pcm·K−1) −0.18±0.05 −0.17±0.05 −0.28±0.05 −0.19±0.05
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-30
  • 修回日期:  2023-12-18
  • 刊出日期:  2024-10-14

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