SiC基體TRISO燃料小型壓水堆堆芯物理設(shè)計(jì).pdf

1、成功應(yīng)用于高溫氣冷堆的TRISO燃料顆粒，因其包覆層設(shè)計(jì)特點(diǎn)，具有良好的阻擋裂變產(chǎn)物釋放、適應(yīng)高燃耗和防核擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于中小型反應(yīng)堆具有很大潛力。本文旨在結(jié)合TRISO燃料優(yōu)勢(shì)和成熟的壓水堆技術(shù)，以CASMO-4E/SIMULATE-3軟件包為工具，設(shè)計(jì)一個(gè)350MWt SiC基體UO2核芯TRISO燃料小型壓水堆堆芯，然后在該堆芯基礎(chǔ)上將TRISO顆粒的UO2核芯更換為MOX核芯，設(shè)計(jì)出全堆芯裝載MOX核芯 TRISO燃料的小型壓

2、水堆堆芯，并對(duì)設(shè)計(jì)的兩個(gè)堆芯進(jìn)行堆芯物理特性和安全裕度分析。為了適應(yīng)小型反應(yīng)堆的特點(diǎn)要求，堆芯設(shè)計(jì)目標(biāo)為一批換料、長(zhǎng)壽期和無(wú)硼運(yùn)行。
　　本文首先選取MCNP-4C作為基準(zhǔn)程序，分別利用 CASMO-4E和MCNP-4C進(jìn)行TRISO燃料柵格計(jì)算，通過(guò)對(duì)比不同燃料處理模型下的k∞計(jì)算結(jié)果偏差，來(lái)探討TRISO燃料雙重不均勻性對(duì)燃料均勻化計(jì)算結(jié)果的影響，從而驗(yàn)證CASMO-4E進(jìn)行TRISO燃料組件計(jì)算的可行性。計(jì)算結(jié)果表明，無(wú)論是

3、對(duì)于UO2核芯還是MOX核芯，TRISO燃料雙重不均勻性對(duì)燃料均勻化計(jì)算結(jié)果的影響均很小，k∞計(jì)算結(jié)果偏差在5‰以內(nèi)。故組件建模時(shí)可以對(duì)TRISO燃料區(qū)域進(jìn)行均勻化處理，即可以利用 CASMO-4E進(jìn)行TRISO燃料壓水堆組件計(jì)算。
　　然后，本文從堆芯設(shè)計(jì)的目標(biāo)出發(fā)，以CASMO-4E/SIMULATE-3軟件包為工具，通過(guò)對(duì)TRISO燃料應(yīng)用于壓水堆的性質(zhì)進(jìn)行探討，完成UO2核芯TRISO燃料設(shè)計(jì)和堆芯基本方案設(shè)計(jì)。通過(guò)在 U

4、O2燃料核芯中添加 Pu-240、布置氧化釓可燃毒物棒和控制棒相結(jié)合，有效控制堆芯反應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)堆芯無(wú)硼運(yùn)行。隨后，在設(shè)計(jì)的UO2核芯TRISO燃料堆芯基礎(chǔ)上，將TRISO顆粒的UO2核芯更換為MOX核芯，通過(guò)性質(zhì)對(duì)比和特性研究，設(shè)計(jì)出全堆芯裝載 MOX核芯 TRISO燃料的壓水堆堆芯。為了軟化中子能譜， MOX核芯堆芯的燃料棒柵距由2.4cm增加到2.5cm。通過(guò)氧化釓可燃毒物棒和控制棒的合理設(shè)計(jì)，MOX核芯堆芯實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)性的有效控制以