核反应堆燃料管理

核反应堆燃料管理：对整个核燃料循环提出安全经济的管理策略

堆前管理：核燃料的勘探和制造

堆内燃料管理：反应堆运行期间的管理

堆后管理：燃烧后的乏燃料的处理管理

核燃料转换：通过中子俘获，将可裂变核素转换成易裂变核素

转换比（CR）：反应堆中每消耗一个易裂变材料原子所产生新的易裂变材料的原子数。

剩余反应性：除去控制毒物，反应堆所具有的初始反应性

循环长度：一次装料后，反应堆满功率运行的时间

换料周期：反应堆两次停堆换料之间的时间间隔

燃耗深度：装入堆芯的单位质量燃料所发出的能量

卸料燃耗深度：从堆芯中卸除的燃料所达到的燃耗深度

初始循环：反应堆首次启动运行的第一个循环

过渡循环：从第二循环开始一直延续到平衡循环为止的循环平衡循环：每个循环的性能参数都保持相同

扰动循环：由于燃料棒破损等原因导致平衡循环被破坏，直至新的平衡循环建立前所有循环。

平均卸料燃耗：燃料循环结束后，将要从堆芯中卸掉的燃料组件的末期平均燃耗值。

三步法：将整个种子学计算分为栅元计算，组件计算和堆芯计算

两步法：直接由栅元计算到堆芯计算

栅元：一般是由燃料芯块，包壳和慢化剂构成的非均匀系统非燃料栅元：常规反应堆中除了燃料栅元以为的其他各种栅元，包括控制棒、可燃毒物、测量导管水洞等栅元

单通道模型：将冷却剂通道等效成水力当量直径为De的圆管通道，并对该通道求解质量守恒，能量守恒以及状态方程

咬量：限制主调节棒组的最小插入深度的位置

慢化剂温度系数：慢化剂平均温度每变化1°C引起的堆芯反应性变化

Doppler功率系数：功率每变化额定功率的1%时由于Doppler 效应引起的反应性变化

微分硼价值：堆芯单位硼浓度变化引起的反应性变化

落棒事故：功率运行时一束或几束控制棒落入堆芯引起功率畸变的瞬态事故

提棒事故：在次临界状态和功率运行状态下一束或几束控制棒失控抽搐的事故

堆芯换料优化：通过寻求满足约束条件的最优布料方案和可燃毒物布置方案，来达到最安全或最经济的目标。任务：在多循环燃料管理所确定的燃料管理策略下，在确保核电厂安全运行的前提下，寻求堆内燃料组件和可燃毒物的最优空间布置，以是核燃料循环能量成本最小。

常用动力反应堆的燃料循环过程：1一次性通过燃料循环：核燃料经过反应堆燃耗后就直接作为核废料处理，不再进行回收使用的燃料循环2回收铀循环（Ru循环）：辐照过的燃料送后处理厂进行处理，从中提取Pu238，同时把回收的富集度约为0.8%的U235重新加以富集并制成新的燃料元件，送回反应堆中使用。3燃料增殖循环：回收的燃料除供给反应堆本身的需要外，还会有剩余的易裂变同位素，可向其他的反应堆提供燃料4燃料联合循环：一个反应堆的乏燃料用

作另一个反应堆的燃料循环

堆内燃料管理的任务：在满足电力系统的能量需求和在核燃料资源结构的约束内，在电厂设计规范和技术要求的限制下，为核电厂一系列的运行循环作出其经济安全运行的全部决策。

提高平均卸料燃耗深度的措施：采用不同富集度的核燃料进行分区装料；采用化学补偿液来控制反应性和展平功率分布；选用在高温、高辐照条件下稳定性较好的二氧化铀和碳化铀来做燃料元件芯块；选取适当的芯块密度，以利于裂变气体的释放和防止密集化效应；选用稳定性较好，吸收截面较小的材料做燃料元件的包壳材料；改进燃料元件的加工工艺，提高加工精度。

燃料管理主要内容：1堆芯燃料管理策略以及换料方案的确定2初始堆芯及换料堆芯的核设计

初始装载堆芯向平衡循环过渡三种方式：1固定循环燃耗或循环的能量生产并固定一批换料量N，逐步调节每个循环的新料富集度2固定循环燃耗和新燃料组件的富集度，逐步调节每个循环的一批换料量N3固定新料的富集度和一批换料量，逐步调节每个循环的循环长度

多循环优化主要目的：通过优化设计，使反应堆以最优过渡态的方式向理想的平衡态逼近。难点在于反应堆的多批换料导致各连续循环间发生耦合。具体步骤：1简化堆芯模型2以第一步结果为指导，进行一次的真实堆芯物理模型下的单循环优化

均匀装料的缺点：1初期堆芯功率峰因子很大，因而限制了反应堆的输出功率2许多燃料元件的燃耗深度很浅，反应堆的平均卸料燃耗深度也很浅。

换料设计优化常用的约束条件：1整个循环期间堆芯的最大功率峰值小于许可值2燃料组件的最大卸料燃耗深度小于许可值3堆芯的慢化剂温度系数为负4停堆深度不低于某一规定值5新料的富集度一小某一规定值

遗传法的独特：1处理对象不是参数本身，而是对参数集体进行编码个体2采用同时处理群体中多个个体的方法3适用函数不仅不受连续可微的约束，而且定义域可以任意设定4不是采用确定性规则，而且采用概率的变迁来指导它的搜索方向

堆芯核设计包括1堆芯燃耗和燃料管理2堆芯功率能力3反应性控制4反应性系数5中子源

堆芯燃耗和燃料管理分析的目的：1确保设计选定的第一循环堆芯至平衡循环堆芯的燃料管理方案在技术上可行的2为热工水力设计、燃料性能分析、反应堆功率能力和反应性控制计算提供基础数据3为最终安全分析报告提供基础数据。堆芯燃料管理初步安全评价：1堆芯径向功率峰因子2任何状态下慢化剂温度系数为负3反应堆停堆反应性裕量必须大于规定最小值4卸料组件燃耗满足燃料燃耗限制要求

换料堆芯安全评价分析的主要内容：1通用关键安全参数验证2特定事故关键安全参数验证3与超限参数对应的事故再评价或再分析

通用动力学关键安全参数：慢化剂密度系数，多普勒温度系数，多普勒功率系数，有效缓发中子份额，最大微分棒价值，最大瞬发中子寿命，沿轴向归一化的最小停堆反应性引入作另一个反应堆的燃料循环

堆内燃料管理的任务：在满足电力系统的能量需求和在核燃料资源结构的约束内，在电厂设计规范和技术要求的限制下，为核电厂一系列的运行循环作出其经济安全运行的全部决策。

提高平均卸料燃耗深度的措施：采用不同富集度的核燃料进行分区装料；采用化学补偿液来控制反应性和展平功率分布；选用在高温、高辐照条件下稳定性较好的二氧化铀和碳化铀来做燃料元件芯块；选取适当的芯块密度，以利于裂变气体的释放和防止密集化效应；选用稳定性较好，吸收截面较小的材料做燃料元件的包壳材料；改进燃料元件的加工工艺，提高加工精度。

燃料管理主要内容：1堆芯燃料管理策略以及换料方案的确定2初始堆芯及换料堆芯的核设计

初始装载堆芯向平衡循环过渡三种方式：1固定循环燃耗或循环的能量生产并固定一批换料量N，逐步调节每个循环的新料富集度2固定循环燃耗和新燃料组件的富集度，逐步调节每个循环的一批换料量N3固定新料的富集度和一批换料量，逐步调节每个循环的循环长度

多循环优化主要目的：通过优化设计，使反应堆以最优过渡态的方式向理想的平衡态逼近。难点在于反应堆的多批换料导致各连续循环间发生耦合。具体步骤：1简化堆芯模型2以第一步结果为指导，进行一次的真实堆芯物理模型下的单循环优化

均匀装料的缺点：1初期堆芯功率峰因子很大，因而限制了反应堆的输出功率2许多燃料元件的燃耗深度很浅，反应堆的平均卸料燃耗深度也很浅。

换料设计优化常用的约束条件：1整个循环期间堆芯的最大功率峰值小于许可值2燃料组件的最大卸料燃耗深度小于许可值3堆芯的慢化剂温度系数为负4停堆深度不低于某一规定值5新料的富集度一小某一规定值

遗传法的独特：1处理对象不是参数本身，而是对参数集体进行编码个体2采用同时处理群体中多个个体的方法3适用函数不仅不受连续可微的约束，而且定义域可以任意设定4不是采用确定性规则，而且采用概率的变迁来指导它的搜索方向

堆芯核设计包括1堆芯燃耗和燃料管理2堆芯功率能力3反应性控制4反应性系数5中子源

堆芯燃耗和燃料管理分析的目的：1确保设计选定的第一循环堆芯至平衡循环堆芯的燃料管理方案在技术上可行的2为热工水力设计、燃料性能分析、反应堆功率能力和反应性控制计算提供基础数据3为最终安全分析报告提供基础数据。堆芯燃料管理初步安全评价：1堆芯径向功率峰因子2任何状态下慢化剂温度系数为负3反应堆停堆反应性裕量必须大于规定最小值4卸料组件燃耗满足燃料燃耗限制要求

换料堆芯安全评价分析的主要内容：1通用关键安全参数验证2特定事故关键安全参数验证3与超限参数对应的事故再评价或再分析

通用动力学关键安全参数：慢化剂密度系数，多普勒温度系数，多普勒功率系数，有效缓发中子份额，最大微分棒价值，最大瞬发中子寿命，沿轴向归一化的最小停堆反应性引入