全厂断电事故工况下小型铅铋快堆余热排出能力评价

小型铅铋快堆的非能动余热排出系统（PRHRS）主要是为应对全厂断电（SBO）事故,但目前并不确定该PRHRS能否有效带走堆芯衰变热以保证堆芯安全,因此开展了数值分析研究评价PRHRS的余热排出能力。本文使用RELAP5 4.0程序开展了小型铅铋快堆SBO事故热工水力分析,首先进行稳态计算,之后将稳态结果作为初值进行瞬态计算。研究结果表明：在整个SBO事故中,包壳峰值温度最高为820 K,主容器与保护容器壁面最高温度分别为792 K和769 K,均未超过安全限值,表明此PRHRS可有效应对小型铅铋快堆SBO事故。本文研究可为小型铅铋快堆PRHRS的工程设计奠定技术基础。     

基于RELAP5的典型压水堆再淹没壁面蒸汽对流换热模型研究

基于FLECHT SEASET再淹没实验,评价RELAP5程序再淹没模块的合理性。研究表明,现有的RELAP5程序在模拟再淹没实验低流速工况时,低估了燃料包壳的峰值温度。结合典型压水堆再淹没过程的特点,考虑蒸汽流动状态和棒束结构的影响,对壁面蒸汽对流换热模型进行修改,建立适用于典型压水堆再淹没过程的壁面蒸汽对流换热新模型。改进前后程序对包壳峰值温度的计算结果对比,验证了新模型的合理性。     

稠密栅堆芯大破口失水事故特性分析

稠密栅堆芯的应用涉及到的关键性问题之一是在破口事故下的应急冷却。应用改进程序RELAP5/TIGHT计算和分析两组不同设计方案下的稠密栅堆芯在破口事故下的特性,结果表明:稠密栅堆芯相比普通堆芯,破口事故持续时间更长;再淹没阶段的包壳峰值温度相比喷放阶段的包壳峰值温度更高;堆芯燃料棒中心距与燃料棒外径比值(p/d)对于包壳峰值温度的影响很大;堆芯功率密度的提高会使得对安注流量的需求大大增强。从安全分析的角度来看,不推荐堆芯p/d设计小于1.10。     

HFETR 2000 kW高温高压考验回路主泵断电事故瞬态特性分析

为了研究高通量工程试验堆（HFETR）内2000 kW高温高压考验回路在主泵断电事故过程中的安全特性，基于RELAP5程序建立了考验回路的仿真模型，采用验证后的模型开展了主泵断电事故瞬态特性分析。计算结果表明，在主泵断电事故过程中，主泵高速工况会切换至2台事故泵低速工况，流量下降较快并最终稳定至初始流量的一半，燃料包壳在4.34 s达到峰值温度763 K；之后由于功率的不断下降，包壳温度随之不断下降；事故过程中最小偏离泡核沸腾比大于1.3，表明不会发生偏离泡核沸腾，满足安全要求。      

快堆燃料组件的子通道分析

开发了ＴＨＡＳ－ＰＣ２子通道分析微机程序，用于计算稳态和瞬态工况下快堆燃料组件的流量、温度和压力等参量分布。对ＥＦＲ燃料组件的稳态和瞬态计算结果如下：堆芯出口平均温度和温长分别为５５７℃和１５７℃，最高包壳表面温度为６０１℃，它发生在中心燃料棒上，最大冷却剂温度为５９３℃；主泵断电二次停堆事故作为瞬态计算，算得的最高冷却剂温度和最高包壳表面温度分别为６３０℃和６３７℃（当ｔ＝２ｓ时），它们都远低于     

稠密栅堆芯底部再淹没计算模块开发

再淹没是大破口失水事故下最重要也是最复杂的两相流动换热过程.与普通压水堆堆芯相比,稠密栅堆芯再淹没过程具有包壳峰值温度更高,骤冷更加缓慢等特点.已有的最佳估算程序中的再淹没模块不能直接应用于稠密栅堆芯再淹没过程的模拟.本研究在RELAP5程序再淹没模块的基础上开发适用于稠密栅堆芯再淹没计算的工具,对新的再淹没模块进行验证,并和以往其他模型的开发方案进行比较.结果表明,本文采用的模型开发方案具有一定的合理性,但弥散流区域以及发泡区域的相间阻力及相间换热模型有待进一步研究.     

聚变-裂变混合堆冷管段大破口失水事故分析

将非能动堆芯冷却系统（PXS）应用于聚变-裂变混合堆,使用RELAP5对混合堆一回路、部分二回路和PXS进行了建模,对冷管段双端剪切断裂大破口失水事故进行了瞬态计算和分析研究。计算结果显示：破口发生后出现两次燃料温度峰值,均发生在外包层,第1次峰值温度发生在约11 s,为938.2 K;第2次峰值温度发生在约50 s,为608.7 K。两次燃料温度峰值均低于燃料U-10Zr的熔点,在可接受范围内。随着瞬态过程的深入,安注箱、堆芯补水箱及安全壳内储水箱的冷却水开始注入包层,使内外包层的坍塌液位开始回升,最终重新淹没堆芯。表明PXS在冷管段双端剪切断裂大破口失水事故下能保证混合堆堆芯的安全,将其应用于聚变-裂变混合堆是可行的。     

HFETR多层环形燃料组件堵流事故研究

高通量工程试验堆（HFETR）的燃料组件采用了多层环形窄缝流道的设计来提高换热能力。然而,需要注意的是窄缝流道发生堵流的可能性较高。本文基于RELAP5程序建立了HFETR燃料组件模型,经过计算值与试验值的对比验证,结果表明该模型合理准确。基于该模型研究了堵流事故工况下热盒燃料组件的瞬态特性及其影响因素。结果表明:①当堵流比大于0.5时,随着堵流比的增加,燃料包壳与芯体峰值温度显著上升;②即使单个流道发生全部堵流,由于周围流道的冷却,燃料包壳峰值温度最大值只有218.6℃,能够保证燃料包壳的完整性;③单个流道全部堵流事故工况初期流量等参数波动较大,而在事故发生15 s后燃料组件主要参数基本稳定。      

用RELAP5分析RD-14装置的破口实验

用RELAP5 /MOD3 .2程序模拟了在RD 1 4实验装置上进行的两个CANDU反应堆临界破口实验。对破口出现以后 ,冷却剂系统压力、堆芯压降和元件包壳温度的变化趋势进行了研究 ,计算结果和实验数据符合较好 ,表明用RELAP5程序模拟CANDU反应堆在LOCA事故后系统瞬变是可行的     

非能动堆芯冷却系统LOCA下冷却能力分析

本文基于机理性分析程序建立了包括反应堆一回路冷却剂系统、专设安全设施及相关二次侧管道系统的先进压水堆分析模型,对典型的小破口失水事故和大破口失水事故开展了全面分析。针对不同破口尺寸、破口位置的失水事故,分析了非能动堆芯冷却系统（PXS）中非能动余热排出系统（PRHRS）、堆芯补水箱（CMT）、安注箱（ACC）、自动卸压系统（ADS）和安全壳内置换料水箱（IRWST）等关键系统的堆芯注水能力和冷却效果。研究表明,虽然破口尺寸、破口位置会影响事故进程发展,但所有事故过程中燃料包壳表面峰值温度不超过1 477 K,且反应堆堆芯处于有效淹没状态。PXS能有效排出堆芯衰变热,将反应堆引导到安全停堆状态,防止事故向严重事故发展。     

控制棒价值对外推临界试验的影响分析

针对外推临界试验中应用控制棒价值的效果进行研究。在零功率反应堆上进行外推临界试验，基于外推临界试验中子计数，采用考虑和未考虑控制棒价值的外推方法进行分析。结果表明:在前几步外推临界过程，控制棒价值对外推临界棒位的影响较为明显，对指导外推提棒存在一定影响，未考虑控制棒价值的外推1/2添加棒位会出现超过临界棒位的情况；在外推临界过程中，考虑控制棒价值的外推方法更加准确，所得外推结果更加安全。      

临界实验装置水位外推达临界方法优化研究

带乏燃料的临界实验装置可用于开展乏燃料贮存相关的临界实验研究,考虑到其具有较高放射性,因此开展实验时最佳方法是水位外推达临界方法。目前该带乏燃料的临界实验装置尚未建成,遂使用与其堆芯结构、物理特性相似的铀棒栅轻水慢化临界实验装置开展水位外推达临界方法的模拟实验。在该实验中,由于水的屏蔽作用随水位上升不断加深导致无法得到正常的外推曲线。本文通过蒙特卡罗程序模拟外推过程,研究了中子源与探测器在不同的相对位置处中子计数率随水位变化的规律,给出了探测器与中子源的优化布置方案。此外,还提出一种以水位价值作为外推参数的外推方法,消除了水位高度外推时水位系数不均匀的影响,使得外推结果更准确。     

中国实验快堆临界试验研究

中国实验快堆作为我国第1座快堆,于2010年7月21日取得首次净堆临界,完成一系列物理启动试验之后逐步取得冷态临界和热态临界。在临界试验过程中,采用了用控制棒进行临界外推的方法,顺利完成了3个状态的临界外推过程。临界试验的分析结果表明所采用的方法是合理有效的,且针对试验的相关理论计算结果是准确的。首次临界和冷态临界的最终临界状态下控制棒棒位的试验结果与理论计算结果的对比表明,两者符合良好。     

5MW低功率堆物理启动

本文介绍5MW 低功率堆(5MW LPR)首次装料及首次临界试验。由于本堆使用有燃耗的燃料元件,铍作反射层,光激中子成为强的内中子源,其强度随着燃料元件装量的增加而增加。因此,装料时元件法外堆结果有较大的涨落,但整个装料过程是安全的。在次临界下,做了控制棒相对效率曲线,然后,提升控制棒,进行计数外推,达到首次临界。     

DF-VI快中子临界装置2号堆芯临界实验

DF-VI快中子临界装置在改造完成、堆芯发生了变化以后，进行了重新启动和一系列的实验测量。测量内容有：根据29次临界实验的数据对2号堆芯平均临界元件数和临界质量进行了计算；应用周期法和棒补偿法对控制棒价值进行了刻度；用逆动态反应性计对安全棒和安全块的价值进行了测量；对单根边缘元件价值和径向元件价值分布进行子测量。通过以上实验测量，确定了DF-VI快中子临界装置2号堆芯的主要安全运行参数。     

Some Studies on the Effectiveness of Control Rods

The linear extraporation distances for epi-thermal nautrons on various nautron absorbers were obtained experimentally with the use of a natural UO₂-H₂O cyrindrical exponential column. The measured flux distributions or flux-depression distributions around the control rod were compared with calculated values. It was confirmed that, except in the region immediately around the absorber, the radial flux distributions or depressions can be calculated accurately by the two-group approximation using these linear extrapolation distances obtained experimentally for epi-thermal neutrons, and those calculated by the Kushneriuk-McKay method for thermal neutrons.

The flux depressions on the surface of the control rod were measured to be almost constant, and independent of the lattice position of the control rod inserted. This fact simplifies the calculation for evaluating the reactivity worth of the control rod by the perturbation theory.

The scattaring effect of the control rod on its effectiveness was studied experimentally with the use of SHE, a 20% enriched UO₂-graphite moderated critical assembly. Sometimes a scatterer (graphite slug) inserted inside a hollow conrol rod decreases the reactivity worth by more than 10%.     

Significant spatial dependence observed in inverse kinetics analysis for a loosely coupled-core system of the Kyoto University Critical Assembly

A loosely coupled-core system was constructed in the Kyoto University Critical Assembly to study the spatial effect observed in inverse kinetics analysis of control rod reactivity worth. In a rod drop experiment, the conventional inverse kinetic method resulted in a space- and time-dependent rod worth, which depended significantly on detector position and varied remarkably with the elapse of time. In another rod worth measurement, where a control rod was continuously inserted, the similar spatial dependence could be also observed. In this study, a modal expansion approach was proposed to reduce the above spatial dependence of the measured rod worth. Applying the present approach to inverse kinetics analysis, the troublesome dependence could be solved to obtain space-independent rod worth. This approach requires only the eigenfunctions of fundamental and higher modes for an unperturbed system but makes both static and transient calculations for various perturbed systems unnecessary.     

Examination of Actual Neutron Count Rate Data during a Control Rod Drop Testing for Estimation of Control Rod Worth in PWRs

The Modified Neutron Source Multiplication (MNSM) method, which is based on the extraction of the fundamental mode of neutron flux distribution, has been proposed to estimate subcriticality. It has been proven applicable to a small critical assembly and domestic PWRs during criticality approach. In the following study, it is also shown by numerical simulation that it is applicable to estimate the subcriticality using neutron count rate data during the control rod drop testing in PWRs. As the next step, we looked further into the actual data of neutron count rate in order to examine whether the expected signal response was observed for the estimation. It was found that the actual data have shown the expected response, and the control rod worth could have been estimated in the same manner as during criticality approach. A new procedure is also proposed to measure a reference reactivity that is essentially required to evaluate the reactivity of each control rod worth.     

In-core fuel management practice in HANARO

The HANARO (High-flux Advanced Neutron Application Research reactOr) is a newly created research reactor. Its initial criticality was achieved on February 8, 1995. In its design stage, the HANAFMS, which is the nuclear analysis and fuel management code system for the HANARO, was verified using the results from the MCNP4A full core model because there was no similar research reactor in the world. It was needed to verify the HANAFMS with reactor physics experiments, which were performed during the reactor commissioning and power operation. The calculated results for the criticality, power distribution and control absorber rod (CAR) worth were compared with the measured ones. In the criticality calculation, the clean and depleted cores were applied and in the comparison of power distribution, the gamma scanning data of the fuel assemblies were used. The CAR worth was calculated following the measurement positions and then compared with the measurements. The calculated results for verifying the HANAFMS are in good agreement with the measured ones.     

双面慢化环形燃料反应堆物理实验

环形燃料零功率反应堆是首个双面慢化环形燃料作为核燃料的反应堆。本文采用周期法、落棒法获取环形燃料零功率反应堆的临界参数、控制棒价值、元件价值、含Gd元件的反应性效应等关键参数,对环形燃料零功率反应堆的物理性能进行实验研究,验证环形燃料反应堆堆芯物理设计计算程序。结果表明：根据外推过程确定堆芯临界装载环形燃料元件96根,实心燃料元件172根,此时k_eff为1.000 40,堆芯调节棒价值为-247.5 pcm,安全棒价值为-1 358.4 pcm;元件价值与理论值平均偏差为1.3 pcm,含Gd元件反应性效应与理论值平均相对偏差为8.8%。本文结果为环形燃料的工程化设计程序提供关键数据支撑。