基于安全分析的乏燃料運(yùn)輸容器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、核電作為清潔能源，是綠色發(fā)展的必然選擇。核電安全已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)，其中核廢料的運(yùn)輸與處置是現(xiàn)存的一大技術(shù)障礙。特別是在我國(guó)，隨著核電應(yīng)用的快速增長(zhǎng)，現(xiàn)役核電站已有大量的乏燃料急待外運(yùn)和安全處置，新建和籌建核電站的廢料處置也急需妥善規(guī)劃，而國(guó)內(nèi)在大型乏燃料運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)與制造等方面仍近乎空白。因此，自主開發(fā)大容量和安全可靠的乏燃料運(yùn)輸容器具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本論文針對(duì)我國(guó)使用的乏燃料類型和特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)國(guó)外各種大

2、型乏燃料運(yùn)輸容器進(jìn)行分析和比較，依據(jù)國(guó)際上乏燃料運(yùn)輸容器的安全規(guī)定和分析設(shè)計(jì)方法，初步提出了適合于自主開發(fā)的大型乏燃料運(yùn)輸容器的類型和總體結(jié)構(gòu);給出了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材、加工制造和安全分析等的要點(diǎn);總結(jié)出基于安全分析的大型乏燃料運(yùn)輸容器開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。以AFA2G型乏燃料和NAC-STC大型運(yùn)輸容器為實(shí)際計(jì)算分析模型，針對(duì)其中的臨界安全分析、屏蔽計(jì)算、熱工計(jì)算和9m跌落模擬等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)研究，主要完成內(nèi)容和獲得的結(jié)論如下:

3、>　　 (1)臨界安全分析:先使用MCNP軟件對(duì)簡(jiǎn)單體系（單個(gè)燃料棒柵元、單根燃料組件、單個(gè)燃料組件和套筒三種）在不同的235U初始富集度和不同環(huán)境（不同體積分?jǐn)?shù)的水）中的臨界進(jìn)行計(jì)算;之后進(jìn)一步對(duì)裝有乏燃料的容器體系在正常運(yùn)輸情況和事故情況下進(jìn)行了臨界安全分析。發(fā)現(xiàn)燃料套筒中的中子吸收材料的存在可顯著降低有效增殖因子Keff;容器在水下裝載乏燃料時(shí)Keff最大，是臨界安全分析中最危險(xiǎn)的情況。
　　 (2)屏蔽計(jì)算與分析:首先

4、使用MCNP軟件對(duì)容器常用材料的板材進(jìn)行了252Cf放射源的屏蔽計(jì)算，與日本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，符合良好，驗(yàn)證了軟件的適用性;之后用其對(duì)容器進(jìn)行輻射屏蔽計(jì)算，分別得出正常情況下容器表面劑量場(chǎng)的分布和事故條件下距容器表面1m處的劑量場(chǎng)分布。在沒(méi)有中子屏蔽層包裹的容器兩端側(cè)面處，劑量率明顯較大，自主設(shè)計(jì)時(shí)，需要使用減震器對(duì)其完全包裹。
　　 (3)熱工計(jì)算與分析:使用ANSYS對(duì)容器進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立有限元模型。對(duì)容器在正常運(yùn)輸情況（環(huán)境

5、溫度為38℃）下進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算;對(duì)容器在30分鐘800℃火燒事故進(jìn)行了瞬態(tài)分析，之后還計(jì)算分析了火燒后25小時(shí)內(nèi)容器的溫度場(chǎng)分布。由于容器表面最高溫度131.73℃大于規(guī)定的可接觸表面82℃，所以容器的周圍需設(shè)置阻攔或者用殼或箱將其包起來(lái)。
　　 (4)9m跌落的應(yīng)力場(chǎng)分析:先是基于單自由度彈簧模型，根據(jù)能量原理估算出容器在與地面碰撞過(guò)程中最大減速度不超過(guò)50g。然后使用ANSYS軟件對(duì)容器進(jìn)行了有限元建模，等效靜力學(xué)的分