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设计反应堆燃耗和换料周期的主要依据?

  反应堆燃料燃耗和换料周期属于典型的核燃料管理,那么,其主要依据是:核反应堆技术允许的燃料热工性能限制下,寻求具备最佳经济性的核燃料管理方案。

  对于典型的压水堆、沸水堆电厂,核燃料的换料必须在反应堆停堆的情况下进行,为保证经济性,其换料周期一方面取决于核燃料管理,一方面还取决于电力市场的周期(停堆换料集中在电力需求较低的春秋季节,即18个月或12个月)。

  核燃料管理(包括可燃毒物管理)的目的包括以下几个方面:在燃料组成和反应性的长期变化中保持临界;调整功率分布,使功率输出达到最大;使燃料产生的总能量达到最大;使燃料得到均匀辐照;使中子的生产性利用达到最大。

  需要进行核燃料管理的主要原因是:反应堆内中子通量不是均衡分布的,燃料组件燃烧不均衡,需要通过不同的燃耗深度组件分区进行对应的调整,展平堆芯功率,减少反应堆功率的不均衡;核燃料的价格昂贵,必须尽可能充分利用,尤其利用中子转换利用不能燃烧的U238,提高经济性;同时还需要尽可能保证反应堆的安全和运行的平稳,合理控制反应性,避免应中毒导致的停堆和功率振荡,减少压力容器的中子辐照损伤。

  为达到核燃料管理的目标,需要在合理的周期内,定期卸出部分 乏燃料,重新布置堆内不同燃耗的未燃尽燃料位置,合理的使用毒物,使燃料组件尽可能达到最大燃耗,同时减少堆内的功率不平衡和对容器的中子辐照通量。

  为此需要在反应堆设计阶段就制定燃料循环和燃料管理方案:然后根据燃料循环方案(核燃料生产、后处理方式,是否使用MOX燃料等)和燃料管理方案(换料周期、换料方式等)的经济性和反应堆设计制定、优化燃料循环长度、循环功率水平、燃料组件的富集度、换料批次、换料周期、换料装载方案,控制毒物的运用方案和可燃毒物的使用方式,并保证燃料组件的基础参数和性能。优化和选择是在很多种燃料方案中利用物理/热工水力学模型和经济模型比较,选择经济性最佳、技术上最可行的一组(包括初料循环、过渡循环、平衡循环、扰动循环)。

  在压水堆中,通常采用三批循环,比一批循环的燃耗深度要高50%(也就是是反应堆在循环初的剩余反应性小50%),而燃料组件的富集度和初始剩余反应性是相关的,这实际上降低了燃料富集度的需求。再比如加拿大的CANDU,通过连续在线换料,降低燃料富集度需求(其剩余反应性水平很低),使用天然铀燃料,省去铀浓缩环节。

  再比如,在压水堆中,上世纪80年代通常使用插花式换料,一方面减少移动燃料组件数目,一方面获得比较好的功率展平;而目前多采用低泄漏换料,提高中子经济性,减少压力容器快中子辐照损伤和热冲击,但是为抑制功率峰,付出了可燃毒物量增加和寿期末毒物残留的代价(残硼反应性惩罚)。

  核反应堆和燃料组件的设计技术条件,尤其是热工条件,决定了核燃料组件在堆内技术上所能达到的最大/平均功率、最大等效满功率天数、最大卸料燃耗,继而深刻影响反应堆燃料管理,尤其是同类反应堆。比如压水堆早期标准燃料循环为12个月,随着可燃毒物运用的技术成熟和更可靠的燃料包壳材料,目前普遍提高到18个月(通常是17和19个月交替),AP1000是18~24个月,燃料的富集度从上世纪80年代压水堆的3.3%(33GWd/t)提高到目前的4.5~5%(42~55GWd/t),包壳材料从锆4合金发展为M5锆铌合金,并使用硼玻璃、含铒可燃毒物。

  展开全部反应堆燃料燃耗和换料周期属于典型的核燃料管理,那么,其主要依据是:核反应堆技术允许的燃料热工性能限制下,寻求具备最佳经济性的核燃料管理方案。

  对于典型的压水堆、沸水堆电厂,核燃料的换料必须在反应堆停堆的情况下进行,为保证经济性,其换料周期一方面取决于核燃料管理,一方面还取决于电力市场的周期(停堆换料集中在电力需求较低的春秋季节,即18个月或12个月)。

  核燃料管理(包括可燃毒物管理)的目的包括以下几个方面:在燃料组成和反应性的长期变化中保持临界;调整功率分布,使功率输出达到最大;使燃料产生的总能量达到最大;使燃料得到均匀辐照;使中子的生产性利用达到最大。

  需要进行核燃料管理的主要原因是:反应堆内中子通量不是均衡分布的,燃料组件燃烧不均衡,需要通过不同的燃耗深度组件分区进行对应的调整,展平堆芯功率,减少反应堆功率的不均衡;核燃料的价格昂贵,必须尽可能充分利用,尤其利用中子转换利用不能燃烧的U238,提高经济性;同时还需要尽可能保证反应堆的安全和运行的平稳,合理控制反应性,避免应中毒导致的停堆和功率振荡,减少压力容器的中子辐照损伤。

  为达到核燃料管理的目标,需要在合理的周期内,定期卸出部分乏燃料,重新布置堆内不同燃耗的未燃尽燃料位置,合理的使用毒物,使燃料组件尽可能达到最大燃耗,同时减少堆内的功率不平衡和对容器的中子辐照通量。

  为此需要在反应堆设计阶段就制定燃料循环和燃料管理方案:然后根据燃料循环方案(核燃料生产、后处理方式,是否使用MOX燃料等)和燃料管理方案(换料周期、换料方式等)的经济性和反应堆设计制定、优化燃料循环长度、循环功率水平、燃料组件的富集度、换料批次、换料周期、换料装载方案,控制毒物的运用方案和可燃毒物的使用方式,并保证燃料组件的基础参数和性能。优化和选择是在很多种燃料方案中利用物理/热工水力学模型和经济模型比较,选择经济性最佳、技术上最可行的一组(包括初料循环、过渡循环、平衡循环、扰动循环)。

  在压水堆中,通常采用三批循环,比一批循环的燃耗深度要高50%(也就是是反应堆在循环初的剩余反应性小50%),而燃料组件的富集度和初始剩余反应性是相关的,这实际上降低了燃料富集度的需求。再比如加拿大的CANDU,通过连续在线换料,降低燃料富集度需求(其剩余反应性水平很低),使用天然铀燃料,省去铀浓缩环节。

  再比如,在压水堆中,上世纪80年代通常使用插花式换料,一方面减少移动燃料组件数目,一方面获得比较好的功率展平;而目前多采用低泄漏换料,提高中子经济性,减少压力容器快中子辐照损伤和热冲击,但是为抑制功率峰,付出了可燃毒物量增加和寿期末毒物残留的代价(残硼反应性惩罚)。

  核反应堆和燃料组件的设计技术条件,尤其是热工条件,决定了核燃料组件在堆内技术上所能达到的最大/平均功率、最大等效满功率天数、最大卸料燃耗,继而深刻影响反应堆燃料管理,尤其是同类反应堆。比如压水堆早期标准燃料循环为12个月,随着可燃毒物运用的技术成熟和更可靠的燃料包壳材料,目前普遍提高到18个月(通常是17和19个月交替),AP1000是18~24个月,燃料的富集度从上世纪80年代压水堆的3.3%(33GWd/t)提高到目前的4.5~5%(42~55GWd/t),包壳材料从锆4合金发展为M5锆铌合金,并使用硼玻璃、含铒可燃毒物。

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