中国实验快堆超功率瞬态分析研究

在核电厂的安全分析中,系统程序能够对多种事故瞬态进行瞬态分析。随着我国快堆技术的发展,在快堆系统程序的开发和应用等方面也做了一些工作。本文运用法国原子能委员开发的快堆系统分析程序DYN4G建立了中国实验快堆(CEFR)的系统模型,包括堆芯、一回路、二回路、汽水回路和事故余热排出系统,并计算了满功率下的稳态,与设计值进行了比对,同时完成了超功率事故的瞬态分析,并与《CEFR最终安全分析报告》中的计算进行了对比验证。计算结果表明程序能较好的模拟CEFR的稳态和超功率情况,为进一步开展CEFR的安全研究及钠冷快堆的安全分析打下了基础。     

池式钠冷快堆系统分析程序开发

针对池式钠冷快堆的特点,在对快堆系统的水力模型、热工模型和中子动力学模型进行详细分类和建模的基础上,利用FORTRAN95语言开发了可用于池式钠冷快堆事故分析的系统分析程序（FASYS程序）。以中国实验快堆为计算对象对FASYS程序模型进行了初步验证,所获得的结果和试验值与其他系统程序计算值符合良好,证明了所开发的系统分析程序的正确性。     

ATHLET程序的钠冷快堆应用扩展及其验证

系统分析程序是对钠冷快堆的冷却剂回路系统进行全局模拟、瞬态及事故安全分析的重要工具。本工作对德国核设施与反应堆安全机构（GRS）开发的轻水堆最佳估算系统程序ATHLET进行修改,增加了钠的物性公式和传热关系式,将其适用范围扩展到钠冷快堆。为验证修改过的ATHLET程序,对法国凤凰（Phenix）反应堆系统建模,并对其自然对流实验进行模拟,将计算结果与实验数据进行比较。结果显示,ATHLET程序的钠冷快堆应用扩展具有良好的适用性。     

池式钠冷快堆二回路钠比活度研究

池式钠冷快堆中的二回路钠比活度影响二回路钠工艺间中的辐射剂量及分区、二次钠泄漏事故的环境影响和运行维修期间工作人员接受的辐射剂量。二回路钠比活度水平是由堆本体屏蔽决定的。本文以中国实验快堆(CEFR)为研究对象,通过研究它们之间的关系,找到设计池式钠冷快堆时确定二回路比活度设计值的方法。研究表明,二回路工艺间中冷阱间的剂量当量率决定了二回路钠比活度值的上限;而从堆容器材料损伤和二次钠事故后果等方面限制推算出的比活度限值远高于上限值,可以据此规律来确定中国示范快堆的二回路比活度设计值,并通过堆本体的屏蔽达到此设计值。     

钠冷快堆主回路系统的建模及动态仿真

采用模块式结构,建立了一套钠冷快堆主回路系统的数学模型。在有效的仿真工具DSNP的有力支持下,该模型具有简便实用、替换灵活、适应面广的独特优点,以此模型为基础,编制了计算快堆主回路系统动态过程的仿真程序,并对EBR-Ⅱ的4个试验瞬态进行了实际计算。     

SARAX程序系统在钠冷快堆瞬态分析中的应用

无保护事故下的瞬态分析是钠冷快堆安全分析的重要内容。基于OECD/NEA发布的MOX-3600和MET-1000基准题，本文利用SARAX程序系统对不同钠冷快堆进行了瞬态计算，分析了堆内各种反应性反馈效应，并计算了无保护失流(ULOF)事故和无保护超功率运行(UTOP)事故下燃料温度和冷却剂温度的变化。计算结果表明：SARAX程序系统在快堆瞬态分析中可给出合理的参数预测结果；ULOF事故对于钠冷快堆是更为严重的事故瞬态，会导致堆内的钠沸腾进而发生严重事故。     

CEFR在ULOF工况下的自然循环能力分析

自然循环能力是衡量钠冷快堆固有安全性的重要指标,堆芯布置、回路设计及工况参数等都会影响堆芯自然循环能力,因此不同堆型的自然循环能力有很大差异。为了保证堆芯事故得到有效缓解,中国实验快堆(CEFR)的设计中通过优化系统布置,重点考虑了堆芯自然循环。本文采用SAS4A程序对CEFR进行系统建模,分析了CEFR在无保护失流(ULOF)工况下的堆芯热工水力参数瞬态特性,验证了CEFR利用自身自然循环和负反馈设计进行事故缓解的能力,本文还对一回路流动阻力和二回路钠装量对堆芯自然循环的影响进行分析。计算结果表明,CEFR具有良好的自然循环特性,在ULOF工况下可以依靠其负反馈停堆,并能够建立起稳定的自然循环从而导出堆芯余热。     

钠冷快堆核电厂瞬态特性及固有安全性研究

快中子增殖堆能更有效地利用核燃料,将是用于核电生产的新一代动力堆。快堆安全分析是快堆研究工作的基础和重点。为此建立了模块式结构钠冷快堆核动力厂系统的数学模型,采用计算机仿真方法,在微机上完成了钠冷快堆超功率、失流及失热阱多种事故的瞬态分析。计算结果可与国外大型程序相比较,以此为依据,探讨了为确保钠冷快堆固有安全性应采取的措施。     

SARAX程序系统在钠冷快堆瞬态分析中的应用

无保护事故下的瞬态分析是钠冷快堆安全分析的重要内容。基于OECD/NEA发布的MOX-3600和MET-1000基准题,本文利用SARAX程序系统对不同钠冷快堆进行了瞬态计算,分析了堆内各种反应性反馈效应,并计算了无保护失流(ULOF)事故和无保护超功率运行(UTOP)事故下燃料温度和冷却剂温度的变化。计算结果表明:SARAX程序系统在快堆瞬态分析中可给出合理的参数预测结果;ULOF事故对于钠冷快堆是更为严重的事故瞬态,会导致堆内的钠沸腾进而发生严重事故。     

钠冷快堆系统程序FR-Sdaso开发

为解决600 MW示范快堆（CFR600）事故分析和工况设计中的实际问题，自主开发了钠冷快堆系统程序FR-Sdaso，其建模范围包括堆芯、一回路、二回路、三回路、四回路和事故余热排出系统，主要物理模型包括点堆模型、单通道堆芯热工模型、多区钠池模型、四区蒸汽发生器模型等核岛设备或部件分析模型，汽轮机、凝汽器、给水加热器、除氧器等常规岛设备采用集总参数模型，泵、阀门、管道及控制体等采用通用模型。对程序进行了初步验证，结果表明，FR-Sdaso程序可用于分析全厂瞬态工况及超功率、失流、失热阱等典型事故过程。目前，FR-Sdaso程序已用于CFR600的设计和安全分析。     

基于RELAP5 MOD3.2的钠冷快堆热工水力系统分析程序开发及验证

对大型核反应堆热工水力分析程序RELAP5 MOD3.2进行了改造,使之适用于钠冷快堆系统安全分析。在不影响原程序功能的基础上添加了气液两相钠物性和液态金属对流换热模型,并改造了相应的初始化模块和计算模块。改造后的程序可正确模拟钠的流体力学特性和热物性,搭建钠冷快堆热工水力流体网络进行分析计算。对EBR-Ⅱ试验堆基准题进行了稳态模拟和失流事故分析,其中稳态计算主要参数与实验值相对偏差小于1%,瞬态计算相对偏差小于10%,各参数变化趋势与实验值相符良好,初步验证了改造程序的可靠性。     

钠冷快堆自然循环组件子通道程序初步研发

本文为计算和分析钠冷快堆自然循环组件的热工水力特性,开发了钠冷快堆堆芯自然循环冷却组件子通道分析程序。基于61棒单组件模型,通过将本程序的结果与COBRA程序进行比较,验证了钠冷快堆堆芯自然循环冷却组件子通道分析程序对自然循环冷却组件的适用性。基于多盒组件模型,初步验证了本程序具备自然循环冷却组件的流量分配和盒间换热计算的功能。本程序能为池式快堆自然循环冷却组件提供有效的设计和分析工具。     

Scaling methodology for a reduced-height reduced-pressure integral test facility to investigate direct vessel injection line break SBLOCA

A scaling methodology for a small-scale integral test facility was investigated in order to analyze thermal-hydraulic phenomena during a DVI (direct vessel injection) line SBLOCA (small break loss-of-coolant accident) in an APR1400 (advanced power reactor 1400 MWe) pressurized water reactor. The test facility SNUF (Seoul National University Facility) was utilized as a reduced-height and reduced-pressure integral test loop. To determine suitable test conditions for simulating the prototype in the SNUF experiment, the energy scaling methodology was propose to scale the coolant mass inventory and the thermal power for a reduced-pressure condition. The energy scaling methodology was validated with a system code (MARS) analysis for an ideally scaled-down SNUF model and that predicted a reasonable transient of pressure and coolant inventory when compared to the prototype model. For the actually constructed SNUF, the effect of scaling distortions in the test facility's thermal power and the loop geometry was analytically investigated. To overcome the limitation of the thermal power supply in the facility, the convective heat transfer between primary and secondary systems at the steam generator U-tubes was excluded and a modified power curve was applied for simulating the core decay heat. From the code analysis results for the actual SNUF model, the application of the modified power curve did not affect the major events occurring during the transient condition. The results revealed that the scaling distortion in the actual SNUF geometry also did not strongly disturb significant thermal-hydraulic phenomena such as the downcomer seal clearing. Thus, with an adoption of the energy scaling methodology, the thermal-hydraulic phenomena observed in the SNUF experiment can be properly utilized in a safety analysis for a DVI line break SBLOCA in the APR1400.     

快堆系统分析程序FASYS堆芯分析模块验证

中国原子能科学研究院自主开发了快堆系统分析程序FASYS，已用于中国实验快堆的调试试验分析，目前正用于中国示范快堆的事故分析。FASYS程序包含堆芯分析模块、一二回路模块、事故余热排出系统模块等，其中堆芯分析模块包括点堆、衰变热、反应性反馈、堆芯通道热工水力模型等。本文采用解析解、DINROS程序、SAS4A/SASSYS-1程序验证FASYS程序的点堆模型；采用SAS4A/SASSYS-1程序验证FASYS程序的衰变热、反应性反馈和堆芯通道热工水力模型，各模型的验证结果均符合良好。对FASYS程序堆芯分析模块各模型的计算偏差和整体计算偏差进行评估，为中国示范快堆的事故分析提供参考。     

RELAP5铅铋快堆模型拓展及验证

为研究铅铋快堆瞬态热工水力特性,对RELAP5程序进行二次开发,添加铅铋合金（LBE）物性模型和液态金属流动换热模型,并与NACIE-UP和CIRCE-ICE台架的实验结果进行对比。计算结果表明：NACIE-UP台架稳态流量和温度相对误差在2%以内,瞬态相对误差不超过5%,与其他系统程序CATHARE、ATHLET、RELAP5-3D、RELAP5/MOD3.3(modified)相比,本文程序的相对偏差不超过10%;CIRCE-ICE台架稳态流量和温度相对误差在2%以内,瞬态相对误差不超过10%。本文程序满足反应堆系统热工水力分析程序精度要求,可作为铅铋快堆安全分析的有效工具。     

基于FR-Sdaso的法国凤凰堆寿期末自然循环实验分析

系统分析程序是开展反应堆安全分析的重要工具之一，也可用于开展系统瞬态实验过程的分析。法国凤凰堆（Phenix）在停运之前开展的自然循环实验是钠冷快堆领域非常重要的系统瞬态实验，为研究钠冷快堆的瞬态特点提供了很好的参考。为分析此实验过程，利用自主研发的系统分析程序FR-Sdaso对凤凰堆进行建模，对其自然循环实验开展计算分析，并将主要参数的计算值与实验值进行了对比分析。结果表明，FR-Sdaso可较好地模拟此实验的瞬态过程，可用于开展钠冷快堆此类瞬态的安全分析。     

池式快堆系统瞬态分析软件开发

为实现快堆系统分析软件国产化,在已开发的适用于稳态计算的池式快堆系统分析软件SAC-CFR的基础上,进一步开发了系统各部件的瞬态模型、控制系统和保护系统模型、瞬态工况热工水力学的求解逻辑,完成瞬态计算功能的开发。通过对日本文殊快堆45%功率汽机跳闸工况进行建模分析,验证了SAC-CFR用于系统瞬态分析的有效性,为进一步开发非能动余热排出系统分析模型打下了基础。     

西安脉冲堆反应性引入事故瞬态安全特性分析

为研究西安脉冲堆（XAPR）在意外引入反应性且停堆系统失效事故下的瞬态安全特性，本文基于XAPR的结构和运行特点，建立了适用于XAPR的瞬态热工水力分析模型，并开发了用于XAPR安全特性分析的瞬态热工水力程序TSAC-XAPR。利用TSAC-XAPR程序对反应性引入事故进行模拟计算，结果表明：当XAPR在额定功率范围内运行时，发生反应性引入事故后，堆芯能依靠自身的固有反馈机制使脉冲堆重新达到稳定运行状态；当运行功率过高尤其是超过临界值时，反应性引入事故将导致脉冲堆关键热工水力参数发生振荡，无法再次达到稳态。此外，不同反应性引入方式将影响堆芯参数在反应性引入过程中的变化趋势，但并不影响其最终稳态值。     

钠冷快堆瞬态热工水力及安全分析程序开发

钠冷快堆是第4代核反应堆的主力堆型，瞬态热工水力及安全特性是其设计研发和安全评审的重要工作，需要专用的分析工具。本文基于模块化建模思想，建立了钠冷快堆系统关键部件的热工水力模型和辅助模型，采用具有高稳定性和自动变步长能力的Gear算法，开发了钠冷快堆瞬态热工水力及安全分析软件THACS，并通过了国际基准题EBR-Ⅱ的有保护失流事故实验SHRT-17的初步验证。结果表明，THACS程序能较好模拟此实验的瞬态过程，具备钠冷快堆瞬态热工水力及安全分析的能力，可为我国钠冷快堆研发提供支持。