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铅冷行波堆反应性变化规律及其影响因素研究

秦天骄 夏榜样 李晴 李司南 张策 卢迪

秦天骄, 夏榜样, 李晴, 李司南, 张策, 卢迪. 铅冷行波堆反应性变化规律及其影响因素研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(4): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0206
引用本文: 秦天骄, 夏榜样, 李晴, 李司南, 张策, 卢迪. 铅冷行波堆反应性变化规律及其影响因素研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(4): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0206
Qin Tianjiao, Xia Bangyang, Li Qing, Li Sinan, Zhang Ce, Lu Di. Study on Reactivity Variation and Its Influencing Factors of Lead-cooled Traveling Wave Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(4): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0206
Citation: Qin Tianjiao, Xia Bangyang, Li Qing, Li Sinan, Zhang Ce, Lu Di. Study on Reactivity Variation and Its Influencing Factors of Lead-cooled Traveling Wave Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(4): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0206

铅冷行波堆反应性变化规律及其影响因素研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0206
详细信息
    作者简介:

    秦天骄(1997—),男,硕士研究生,现从事反应堆物理研究,E-mail: qintianjiao@yeah.net

  • 中图分类号: TL425

Study on Reactivity Variation and Its Influencing Factors of Lead-cooled Traveling Wave Reactor

  • 摘要: 铅冷行波堆具有安全性好、倒换料周期长、铀资源利用率高等突出优势,是先进核能系统的重点发展方向之一,实现反应性微小变化是铅冷行波堆堆芯方案设计的关键技术问题。本文以热功率700 MW、采用金属燃料的铅冷行波堆物理方案为研究对象,重点研究了堆芯点火区及增殖区设计参数变化对有效增殖因子(keff)的影响,分析了全寿期堆芯反应性的变化趋势。数值结果表明:点火区设计参数显著影响堆芯初始keff,点火区的易裂变核素装量越大,初始keff越大,通过调整点火区在堆芯轴向位置及其燃料富集度可有效降低反应性变化幅度;堆芯装载的可转换核素与易裂变核素之比越高,增殖产生的239Pu越多,整体增殖性能越好;增殖区越长,平衡态持续时间越长,堆芯寿期越长。本文研究结论可为铅冷行波堆堆芯物理方案设计及关键参数选择提供重要理论依据。

     

  • 图  1  蜂窝型燃料组件

    Figure  1.  Honeycomb Fuel Assembly

    图  2  堆芯布置示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Core Layout

    图  3  1/8堆芯计算模型

    Figure  3.  1/8 Core Calculation Model

    图  4  不同点火区长度下堆芯keff随燃耗变化

    Figure  4.  Variation of keff with Burnup under Different Ignition Zone Lengths

    图  5  不同点火区长度下239Pu核子密度随燃耗变化

    Figure  5.  Variation of Nucleon Density of 239Pu with Burnup under Different Ignition Zone Lengths

    图  6  不同235U富集度下堆芯keff随燃耗变化

    Figure  6.  Variation of keff with Burnup under Different 235U Enrichment

    图  7  不同235U富集度下239Pu核子密度随燃耗变化

    Figure  7.  Variation of Nucleon Density of 239Pu with Burnup under Different 235U Enrichment

    图  8  不同点火区位置堆芯keff随燃耗的变化

    Figure  8.  Variation of keff with Burnup under Different Ignition Zone Locations

    图  9  不同点火区位置下239Pu核子密度随燃耗的变化

    Figure  9.  Variation of Nucleon Density of 239Pu with Burnup under Different Ignition Zone Locations

    图  10  不同增殖区长度下堆芯keff随燃耗变化

    Figure  10.  Variation of keff with Burnup under Different Breeder Zone Lengths

    图  11  不同增殖区长度下239Pu质量随燃耗变化

    Figure  11.  Variation of Mass of 239Pu with Burnup under Different Breeder Zone Lengths

    表  1  燃料组件设计参数

    Table  1.   Fuel Assembly Design Parameters

    参数名参数值
    几何形状正方形
    冷却剂流道外径/mm7.2
    冷却剂流道内径/mm6.2
    流道中心距/mm10.0
    冷却剂流道排列15×15
    燃料组件横截面积/mm224649
    燃料体积份额/%54.1163
    结构材料体积份额/%14.5400
    冷却剂体积份额/%31.3437
    燃料组件对边距/mm154.0
    燃料组件盒厚度/mm2.0
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    表  2  点火区金属燃料成分

    Table  2.   Metal Fuel Composition in Ignition Zone

    核素质量分数/%核素质量分数/%
    235U3.3600238U80.6400
    238Pu0.1596239Pu2.8386
    240Pu1.5048241Pu0.9360
    242Pu0.561091Zr10.0000
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    表  3  HT-9不锈钢成分

    Table  3.   HT-9 Stainless Steel Composition

    元素质量分数/%元素质量分数/%
    Fe84.200Mn0.590
    Cr12.100W0.580
    Ni0.600Si0.390
    Mo0.920V0.310
    Ti0.002C0.171
    O0.016
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    表  4  增殖区金属燃料成分

    Table  4.   Metal Fuel Composition in Breeder Zone

    核素质量分数/%核素质量分数/%
    235U0.6029240Pu0.3311
    236U0.6608241Pu0.2060
    238U97.2323242Pu0.1235
    237Np0.0742241Am0.0014
    238Pu0.0351243Am0.0333
    239Np0.0566242Cm0.0011
    239Pu0.6247244Cm0.0176
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    表  5  组件材料参数

    Table  5.   Assembly Meterial Parameters

    材料体积份额/%密度/(g·cm−3平均温度/K质量分数/%
    核燃料54.1214100063.55
    结构材料14.547.37100008.99
    冷却剂31.3410.4470027.46
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    表  6  不同点火区长度堆芯寿期末238U和239Pu变化

    Table  6.   Variation of 238U and 239Pu at the End of Life of Core under Different Ignition Zone Lengths

    点火区长度/cm406080
    238U利用率/%32.5032.0631.66
    239Pu产生量/kg370.3353.2337.6
    239Pu产生率/%479.3373.7301.9
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    表  7  不同235U富集度下堆芯寿期末238U和239Pu变化

    Table  7.   Variation of 238U and 239Pu at the End of Life of Core under Different 235U Enrichment

    235U富集度/%567
    238U利用率/%32.532.332.1
    239Pu产生量/kg370.3368.6367.7
    239Pu产生率/%479.3477.2476
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    表  8  不同点火区位置堆芯寿期末238U和239Pu变化

    Table  8.   Variation of 238U and 239Pu at the End of Life of Core under Different Ignition Zone Locations

    方案40/16020/40/14040/40/120
    238U利用率/%34.634.734.8
    239Pu产生量/kg354.3360.6367.4
    239Pu产生率/%358.6365371.8
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    表  9  不同增殖区长度堆芯寿期末238U和239Pu变化

    Table  9.   Variation of 238U and 239Pu at the End of Life of Core under Different Breeder Zone Lengths

    增殖区长度/cm120140160
    238U利用率/%3834.731.7
    239Pu产生量/kg319.8360.6381.2
    239Pu产生率/%338.2365369.8
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-31
  • 修回日期:  2022-05-13
  • 网络出版日期:  2022-08-12
  • 刊出日期:  2022-08-04

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