燃耗计算

编辑:品味网互动百科 时间:2020-04-11 03:49:12
编辑 锁定
中文名
燃耗计算
外文名
burnup calculation
反应堆运行期间原子的感生核变换。它反映反应堆内中子核反应导致核燃料中易裂变核密度数减少,以及由增殖材料核转化生成的易裂变核的积累过程。在反应堆内,由于可控制的自持链式反应,大量的易裂变同位素核(如U)发生裂变,从而释放出裂变能。以U为燃料,热功率1MW的反应堆运行一天,反应堆中有1.28g的U消耗掉,其中约1.08g的U的核发生裂变,其余U的核俘获中子而转换为U。燃耗对反应堆堆芯寿期、控制反应性和功率分布均有重要影响。在计算堆芯寿期,确定堆芯燃料装载量时,必须计及燃耗过程引起的反应性变化;在确定堆芯换料方案时,必须保证由燃耗引起的堆芯功率分布变化不致引起堆芯热工参数超过限值。确定最佳的燃料燃耗深度和换料方案是降低核电成本的重要关键之一。所以,燃耗问题的分析与研究是核电厂设计、运行中一个重要课题。
燃耗计算
燃耗过程的分析,包括堆芯寿期内反应堆中子注量率(功率)分布和燃料成分随(辐照)时间变化的计算。在运行过程中,燃料成分随时间的变化引起了堆芯反应性随(辐照)时间的变化。为了维持反应堆在稳定功率下运行,必须不断地补偿由于燃料燃耗而损失的反应性,以使反应堆处于临界状态并具有稳定的功率分布。通常,压水堆主要靠改变溶于冷却剂(水)中的硼浓度进行这类调节。在进行燃耗过程的分析计算时,把堆芯寿期分成为若干个燃耗间隔。在每个间隔内可以近似地认为反应堆内中子注量率或功率分布保持不变。利用反应堆设计提供的基本参数(如燃料组件结构,燃料的富集度和元件的直径,包壳厚度,燃料组件中可燃毒物棒数目等),对每个燃耗间隔进行三种计算。
(1)根据每个燃耗间隔初始时刻堆芯各区的燃料成分,计算各区的热中子和快中子能谱,从而得到各区少群(或多群)群常数,包括平均中子扩散参数以及燃料中重同位素的平均中子微观俘获截面和裂变截面等。
(2)利用求得的堆芯各区的少群群常数,求解少群(或多群)中子扩散方程,可以得到保证反应堆处于临界状态所需要的控制量,例如压水堆冷却水中的临界硼浓度,以及在此状态下反应堆中的功率分布(中子注量率分布)。
(3)求解燃料内重同位素的燃耗方程,计算堆芯各区内各种燃料重同位素的核密度随(辐照)时间的变化。
重同位素的燃耗方程 表示同位素链中各种重同位素的核密度随时间变化的微分方程,表示为:
式中λAλB分别为同位素A、B的衰变常数。-λANA(rt)是A种核由于放射性衰变而引起的损失率。λBNB(rt)是B种核衰变而形成A种核的产生率。右边第二项表示A种核由于各个能群(g)中子的吸收核反应引起的损失率。式中 NC表示C种核俘获中子转换成A种核的产生率。式中中子注量率j和核密度N均系空间坐标和时间的函数。
利用这些求得的核密度值作为下一个燃耗间隔计算的初始值,对下一个燃耗间隔进行上述三种计算。这些步骤重复下去便可得到核燃料中各种重同位素核密度随时间(辐照)的变化。
燃耗深度
表示反应堆燃料燃耗的程度的物理量。燃耗深度有三种度量方式:①对动力反应堆,通常以单位质量核燃料所释放的能量来度量燃耗深度,即,α1=,MW·d/tU,式中WUPt分别为核燃料(铀)的质量(tU),反应堆的热功率(MW),燃耗的时间(d)。②以燃耗掉的裂变同位素质量WB和装载的裂变同位素质量Wf的比值来度量,即,α2=×100%。③以燃耗掉的裂变同位素质量WB kg对装载的燃料质量WU tU的比值来度量,即,α3=kg/tU。燃耗分析计算中,常根据工程设计经验将压水堆的堆芯寿期,按燃耗深度(MW·d/tU)分为若干燃耗间隔,如(0,500,1000,2000,4000,…,40000,42000)。设反应堆以满功率运行,则可由Δt=来确定一个燃耗间隔对应的燃耗(辐照)时间。其中,ΔE是燃耗(辐照)间隔,MW·d/tU;WU是堆芯中核燃料(铀)的装载量 ,tU;P是堆的热功率,MW;Δt是燃耗(辐照)时间,d。燃料元件成本昂贵,为提高经济性,在燃料辐照性能条件允许下,卸出堆芯的乏燃料,应具有合适的燃耗深度。以目前的压水堆核电厂为例,目前卸料燃耗深度在35000~40000MW·d/t(U)之间。
词条标签:
中国核学会