核反应堆物理分析9

1,1
（3） 反应堆启动物理试验以及运行所需堆芯参数； （4） 反应性控制和运行图； （5） 堆芯动态特性参数（如燃料和慢化剂温度系数 ，硼微分价值等）和换料设计安全评价所需的参数。
13
2 多循环燃料管理
初始循环是指反应堆首次启动运行的第一个循环，堆 芯全部由新燃料组成。
平衡循环是指每个循环的性能参数（如循环长度、新 料富集度、一批换料量及平均卸料燃耗等）都保持相同， 运行循环进入到一个平衡状态。
将变量脱耦为变量(1) (4)和变量(5) (6)两 个相对独立的部分进行决策。
其中在对(1) (4)变量进行决策时，燃料组件 在堆芯内的空间影响仅以“批”的特性加以简单考 虑，即所谓的“点堆”模型，而在时间上可以考虑 多个循环，因此，人们把这部分的燃料管理称之为 多循环燃料管理。
8
另一方面，在对变量(5) (6)进行决策时，则需要 详细考虑燃料组件和控制毒物在堆芯内的空间布 置，可以不考虑各循环之间的相互影响，因此， 人们把这部分的燃料管理称之为单循环燃料管理。
0
17
B
c n
20 ( n 1)
由此可得：
B
c 1
0
B
c n
n
2
1
B
c 1
B
d n
nB
c n
2n n 1
B
d 1
o
n 2n
1
B
d n
18
（1）给定燃料组件的初始富集度（即固定燃
料组件的初始反应性）Байду номын сангаас
B
d 1
0
a
B
d n
/
B
d 1
2n n 1
B
c n
/
B
c 1
2 n 1
Bc Bd
1
2
0.9 0.8
Bd 2n n 1
1.9 1.8
0.7
1.7
0.6
1.6
0.5
1.5
0.4
1.4
0.3
1.3
0.2
Bc 2
1.2
n 1
0.1
1.1
0
1
1
2
3
4
5
6
7
19
在保持新料富集度不变的情况下，循环燃耗随批
料数的增加而减少，而卸料燃耗却随批料数的增加而
增加。
考虑极端情况当批料数趋于无穷大时，卸料燃耗
达到最大，即：
11
堆芯核设计主要包括以下几方面内容： 1） 堆芯燃料装载 2） 堆芯功率能力 3） 反应性控制 4） 反应性系数 5）中子源布置
12
最终换料核设计需要提供反应堆设计和运行所需的 全部技术参数。具体包括：
（1） 寿期内各个规定时刻的堆芯功率分布和功率峰 因子；
（2） 燃耗计算，给出寿期内燃料成分、反应性或临 界可溶硼浓度随时间的变化；
i 1
i ( B ) o ,i i B i 线性反应性模型
16
下面我们在一些近似假设的基础上，讨论平衡
循环时燃料组件初始富集度、循环长度和卸料燃耗
深度等参量之间的关系。
假设： f i 1 / n
那么：
1 n
n i 1
i
根据满功率运行循环寿期末堆芯反应性为零得
o
1 n
n
i
B
c n
i 1
平均卸料燃耗深度是指同一批卸出堆芯的燃料所 具有的卸料燃耗平均值，它表征了这一批燃料所产生 的能量，因此直接关系到反应堆的经济性.
分批换料:即在每次换料时，往往只将燃耗较深 的那部分燃料卸出堆芯，而其余燃耗较浅的燃料则继 续停留在堆内进行下一循环的运行。
6
堆内燃料管理的内容
两大部分：堆芯燃料管理策略以及换料方案的确定； 初始堆芯及换料堆芯的核设计
剩余反应性:堆芯内没有任何毒物时所具有的反应性 循环长度:一次装料后，反应堆能满功率运行的时间 换料周期:反应堆两次停堆换料之间的时间间隔
5
燃耗深度是装入堆芯的单位重量核燃料所产生的 总能量的一种度量，也是燃料贫化程度的一种度量.
最大的允许卸料燃耗深度是受燃料元件的材料性 能（尤其是包壳材料的性能）限制的.
吴宏春 西安交通大学
1
1 堆芯核燃料管理的任务 2 多循环燃料管理 3 单循环燃料管理 4 核燃料循环 5 高放长寿命核废物的嬗变处置
2
3
燃料管理就是对整个核燃料循环提出安全经济 的管理策略，具体包括堆前燃料管理、堆内燃料管 理和堆后燃料管理
堆前燃料管理是指核燃料在进入堆前的采矿、 冶炼、纯化与浓缩及核燃料元件的制造等
堆芯燃料管理策略以及换料方案的确定： （1）一批换料量或批料数； （2）循环长度； （3）新料富集度； （4）循环功率水平； （5）燃料组件在堆芯的装载方案； （6）控制毒物在堆芯的布置的控制方案
7
(1)(4) 4个变量之间的耦合关系更为强烈，且必 须进行多个循环（至少3个循环）的耦合分析；(5) (6)变量进行分析或决策时，还须考虑空间的影响。
堆内燃料管理是指核燃料装入堆芯后在反应堆 运行期间的堆芯燃料管理
堆后燃料管理是指对燃烧后卸出反应堆堆芯的 乏燃料的处理管理。
4
1 堆芯燃料管理的任务
主要任务就是要在满足核反应堆安全设计准则和 运行限制的前提下，根据电力需求和核燃料资源的约 束，为核电厂一系列的运行循环提供核燃料的装载、 换料等方面的决策方案
9
r 10
初始堆芯核设计的主要任务是： （1）确定不同富集度燃料组件的装载方式， 控制棒的数量、布置、分组和提棒程序，可燃毒 物在堆芯的合理布置，运行方式和功率分布控制 措施等，从而提供满足总体设计要求的堆芯合理 方案； （2）确定堆芯测点布置等，为核电厂反应堆 提供启动、运行和停堆所必须的参数，指导核电 厂安全运行
B
d
2 0 a
2
B
d 1
不过，在实际工程上，最大的批料数就是燃料组 件数，这时每次装/卸一个燃料组件，通常称为连续在 线换料，这种装换料方式可提高卸料燃耗深度。
20
综合考虑各方面的因素，商用轻水堆一般选择n=3
1, n
o
1 n
n 1
i
B
c n
i 1
0
n
2
1
B
c n
1,n 1,n
2
系
i
产生 吸收 吸收
Fi Ai k ,i 1
Fi
k ,i
NT
(Fi Ai ) AR
i 1
NT ( (Fi Ai ) / Fi )
AR
NT
NT
NT
Fi
i 1
Fi / Fi
Fi
i 1
i 1
i 1
15
fii L
i
点堆反应性模型
f i
Fi Fi
i
L
AR
NT
Fi
过渡循环是指从第2循环开始一直延续到平衡循环为 止的各个循环。受扰动的平衡循环到平衡循环重新建立之 间的循环也称作过渡循环。
扰动循环是指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的所有循环。
14
通过点堆模型讨论平衡循环的循环长度、新料
富集度、批料数和卸料燃耗深度等物理量之间的关