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小型铅铋快堆全寿期精细棒功率计算与验证

高杰豪 杜夏楠 陈文杰 郑友琦

高杰豪, 杜夏楠, 陈文杰, 郑友琦. 小型铅铋快堆全寿期精细棒功率计算与验证[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 181-191. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0181
引用本文: 高杰豪, 杜夏楠, 陈文杰, 郑友琦. 小型铅铋快堆全寿期精细棒功率计算与验证[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 181-191. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0181
Gao Jiehao, Du Xianan, Chen Wenjie, Zheng Youqi. Fine Rod Power Calculation and Verification for the Entire Lifetime of a Small Lead-Bismuth Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 181-191. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0181
Citation: Gao Jiehao, Du Xianan, Chen Wenjie, Zheng Youqi. Fine Rod Power Calculation and Verification for the Entire Lifetime of a Small Lead-Bismuth Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 181-191. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0181

小型铅铋快堆全寿期精细棒功率计算与验证

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0181
基金项目: 国家自然科学基金(U2167205)
详细信息
    作者简介:

    高杰豪(2000—),男,博士研究生,现主要从事快堆堆芯计算研究,E-mail: gjh0721@stu.xjtu.edu.cn

    通讯作者:

    杜夏楠,E-mail: xndu0615@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL32

Fine Rod Power Calculation and Verification for the Entire Lifetime of a Small Lead-Bismuth Fast Reactor

  • 摘要: 小型铅铋快堆因其紧凑化设计带来的特殊性,对反应堆物理分析程序计算提出了更高要求。本文针对小型铅铋快堆SVBR-100,进行全寿期精细棒功率计算方法的探究。结果表明:针对该类型堆芯,在使用两步法程序进行精细棒功率计算的过程中,堆芯程序需要考虑组件均匀化计算过程获得的组件内功率分布信息(形状因子),而计算形状因子的过程中需要考虑组件布置、材料信息对计算的影响。在上述计算方法的基础上,本文应用西安交通大学核工程计算物理实验室(NECP)的SARAX程序,针对SVBR-100堆芯问题进行反应堆全寿期精细棒功率计算,并将计算结果和蒙特卡罗程序的计算结果进行对比。计算结果表明,SARAX程序在小型铅铋快堆的全寿期精细棒功率计算上具有较高的精度。本文工作为后续程序应用于小型铅铋快堆的堆芯设计及多物理场耦合的高分辨率计算奠定了基础。

     

  • 图  1  计算模型堆芯排布

    1~9—组件编号。

    Figure  1.  Core Layout of the Calculation Model

    图  2  燃料组件轴向设计

    Figure  2.  Axial Design of Fuel Assembly

    图  3  小型铅铋快堆全寿期精细棒功率计算流程

    Figure  3.  Calculation Process of Fine Rod Power for the Full Life Cycle of Small Lead-Bismuth Fast Reactor

    图  4  引入形状因子修正前后的计算偏差对比

    Figure  4.  Comparison of Calculation Results before and after Introducing Shape Factor Correction

    图  5  控制棒未插入时典型易裂变核素原子核密度随燃耗的变化

    Figure  5.  Variation of Atomic Nucleus Density of Typical Fissile Nuclides with Burnup When the Control Rod Is Not Inserted

    图  6  控制棒插入时相对裂变截面和裂变反应率分布随燃耗的变化

    Figure  6.  Variation of Relative Fission Cross-Section and Fission Reaction Rate Distribution with Burnup When the Control Rod is Inserted

    图  7  寿期初的组件精细棒功率计算结果与偏差

    图中数字表示计算结果和蒙特卡罗程序的计算偏差,下同。

    Figure  7.  Calculation Results and Deviations of Fine Rod Power in the Assembly at the Beginning of Lifetime

    图  8  寿期末的组件精细棒功率计算结果与偏差

    Figure  8.  Calculation Results and Deviations of Fine Rod Power in the Assembly at the End of Lifetime

    表  1  计算模型几何参数

    Table  1.   Geometric Parameters of the Calculation Model

    参数 数值
    燃料棒直径/cm 1.1
    燃料芯块直径/cm 1
    控制棒直径/cm 1.2
    燃料棒数量/根 13860
    燃料组件数量/根 55
    组件对边距/cm 22.545
    燃料组件高度/cm 150
    控制棒移动腔室内对边距/cm 4.5
    控制棒移动腔室外对边距/cm 5.5
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    表  2  控制棒未插入组件中心时的形状因子

    Table  2.   Shape Factor When the Control Rod Is Not Inserted at the Center of the Assembly

    燃耗/[GW·d·t−1(HM)]形状因子
    区域1区域2区域3区域4区域5区域6区域7
    00.997870.999301.000181.000791.001231.001621.00193
    100.997830.999271.000171.000801.001251.001641.00196
    200.997780.999251.000171.000801.001271.001671.00199
    300.997740.999221.000161.000811.001291.001691.00201
    400.997690.999191.000151.000821.001311.001711.00204
    500.997650.999171.000141.000821.001321.001741.00206
    600.997600.999141.000131.000831.001341.001761.00209
    700.997560.999121.000131.000831.001351.001781.00211
    800.997530.999101.000121.000841.001371.001801.00213
    900.997500.999081.000111.000841.001381.001821.00215
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    表  3  控制棒插入组件中心时的形状因子

    Table  3.   Shape Factor When the Control Rod Is Inserted at the Center of the Assembly

    燃耗/[GW·d·t−1(HM)] 形状因子
    区域1 区域2 区域3 区域4 区域5 区域6 区域7
    0 0.95143 0.98078 1.00065 1.01424 1.02320 1.02854 1.03082
    10 0.95115 0.98069 1.00068 1.01434 1.02335 1.02871 1.03100
    20 0.95088 0.98061 1.00072 1.01445 1.02350 1.02888 1.03117
    30 0.95062 0.98054 1.00075 1.01455 1.02364 1.02904 1.03135
    40 0.95037 0.98047 1.00079 1.01466 1.02378 1.02920 1.03151
    50 0.95013 0.98040 1.00083 1.01475 1.02392 1.02936 1.03167
    60 0.94990 0.98033 1.00086 1.01485 1.02404 1.02950 1.03182
    70 0.94967 0.98027 1.00089 1.01494 1.02417 1.02964 1.03197
    80 0.94945 0.98020 1.00092 1.01502 1.02429 1.02978 1.03211
    90 0.94924 0.98013 1.00094 1.01510 1.02440 1.02991 1.03225
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    表  4  不同燃料富集度下形状因子计算结果

    Table  4.   Calculation Results of Shape Factor under Different Fuel Enrichment Levels

    235U富集度/% 形状因子
    区域1 区域2 区域3 区域4 区域5 区域6 区域7
    9.95 0.94752 0.97921 1.00069 1.01539 1.02509 1.03085 1.03329
    16.07 0.95143 0.98078 1.00065 1.01424 1.02320 1.02854 1.03082
    19.30 0.95317 0.98147 1.00062 1.01372 1.02236 1.02751 1.02972
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    表  5  不同10B富集度下形状因子计算结果

    Table  5.   Calculation Results of Shape Factor under Different 10B Enrichment Levels in Control Rod

    10B富集度/% 形状因子
    区域1 区域2 区域3 区域4 区域5 区域6 区域7
    19.00 0.97885 0.99160 1.00022 1.00612 1.01005 1.01247 1.01359
    62.80 0.95143 0.98078 1.00065 1.01424 1.02320 1.02854 1.03082
    90.00 0.94007 0.97624 1.00077 1.01755 1.02862 1.03518 1.03795
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    表  6  不同材料温度下形状因子计算结果

    Table  6.   Calculation Results of Shape Factor under Different Material Temperatures

    温度/K 形状因子
    区域1 区域2 区域3 区域4 区域5 区域6 区域7
    300 0.95143 0.98078 1.00065 1.01424 1.02320 1.02854 1.03082
    600 0.95152 0.98081 1.00064 1.01421 1.02316 1.02848 1.03076
    900 0.95156 0.98083 1.00064 1.01419 1.02313 1.02846 1.03073
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    表  7  全寿期堆芯临界计算结果

    Table  7.   Calculation Results of Core Criticality over the Full Lifetime

    燃耗时间/d 燃耗/
    [GW·d·t−1(HM)]
    keff(MCNP6) keff (SARAX) 偏差/pcm
    0 0 1.01616±0.00009 1.01641 25
    100 3.362 1.01219±0.00006 1.01253 44
    200 6.724 1.00840±0.00004 1.00908 68
    300 10.090 1.00463±0.00004 1.00560 97
    400 13.450 1.00078±0.00004 1.00210 122
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    表  8  组件精细棒功率计算偏差

    Table  8.   Calculation Deviations for Fine Rod Power in the Assembly

    相对功率 燃耗/
    [GW·d·t−1(HM)]
    燃料棒
    数量/根
    最大偏
    差值/%
    平均
    偏差/%
    均方根
    偏差/%
    相对功率 燃耗/
    [GW·d·t−1(HM)]
    燃料棒
    数量/根
    最大偏
    差值/%
    平均
    偏差/%
    均方根
    偏差/%
    ≥1.20 0 998 2.27 0.20 0.65 [0.80,0.9) 0 199 −1.13 −0.03 0.44
    3.362 2.14 0.48 0.60 3.362 −2.32 −0.54 0.57
    6.724 2.38 0.53 0.57 6.724 −1.61 −0.28 0.56
    10.090 1.97 0.50 0.47 10.090 −2.36 −0.78 0.71
    13.450 2.12 0.44 0.53 13.450 −2.27 −0.78 0.92
    [1.10,1.20) 0 307 2.71 1.09 0.73 [0.70,0.80) 0.000 152 1.22 0.21 0.45
    3.362 2.39 0.99 0.72 3.362 −1.84 −0.35 0.52
    6.724 2.56 1.22 0.68 6.724 −1.36 0.06 0.56
    10.090 2.09 0.91 0.70 10.090 −2.25 −0.63 0.64
    13.450 2.68 1.12 0.79 13.450 −2.21 −0.69 0.86
    [1.00,1.10) 0 175 2.22 0.20 0.64 <0.70 0 200 −3.36 0.30 1.15
    3.362 2.11 −0.19 0.74 3.362 3.48 −0.51 1.02
    6.724 1.86 0.13 0.72 6.724 −3.45 −0.08 1.19
    10.090 −1.84 −0.37 0.79 10.090 −3.76 −0.79 1.08
    13.450 −2.37 −0.16 0.98 13.450 −4.64 −1.11 1.06
    [0.90,1.00) 0 237 −1.29 −0.12 0.47 所有区间 0 2268 −3.36 0.27 0.76
    3.362 −2.00 −0.65 0.54 3.362 −3.48 0.14 0.87
    6.724 −1.65 −0.29 0.58 6.724 −3.45 0.35 0.82
    10.090 −2.70 −0.80 0.71 10.090 −3.76 0.05 0.94
    13.450 −2.32 −0.74 0.89 13.450 −4.64 0.04 1.05
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-12-19
  • 修回日期:  2025-02-27
  • 刊出日期:  2025-07-09

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