劉水清 梁光遠(yuǎn) 劉紅倩 康長(zhǎng)虎 徐濤忠 冉忠康

【摘 要】高通量工程試驗(yàn)堆（HFETR）從開(kāi)始運(yùn)行至第72-1爐一直以高濃鈾為燃料。從第72-2爐開(kāi)始， HFETR從高濃鈾燃料向低濃鈾燃料轉(zhuǎn)換，至第74-1爐起堆芯全部順利地轉(zhuǎn)換為低濃鈾燃料元件，安全地實(shí)現(xiàn)了HFETR的低濃化。HFETR從高濃鈾燃料向低濃鈾燃料過(guò)渡的方法是每爐加一定數(shù)量的低濃鈾燃料組件，逐步向全低濃鈾堆芯過(guò)渡。該方法使高濃鈾燃料組件得到充分利用。HFETR從高濃鈾堆芯逐步向低濃鈾堆芯過(guò)渡是可行的，到第74-1爐止，順利的實(shí)現(xiàn)了高濃鈾燃料向轉(zhuǎn)換為低濃鈾燃料的過(guò)渡，堆運(yùn)行情況良好。

【關(guān)鍵詞】高濃鈾燃料組件；低濃鈾燃料組件；過(guò)渡堆芯

中圖分類(lèi)號(hào)： R197.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）18-0030-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.013

【Abstract】High flux engineering test reactor（HFETR） has been using high enriched uranium as fuel for its operation from 72-1.Starting from furnace 72-2，HFETR converts from high enriched uranium fuel to low enriched uranium fuel，and the core of the 74-1 furnace is converted to low enriched uranium fuel elements successfully，and the low concentration of HFETR is safely realized.The HFETR transition from high enriched uranium fuel to low enriched uranium fuel is to add a certain amount of low enriched uranium fuel assembly to each furnace and gradually transition to the core of all low enriched uranium.This method makes full use of high enriched uranium fuel assemblies.The transition of HFETR from high enriched uranium core to low enriched uranium core is feasible.By the end of furnace 74-1，the transition of high enriched uranium fuel to low enriched uranium fuel is successfully realized，and the reactor operation is good.

【Key words】High enriched uranium fuel；Low enriched uranium fuel；Transition core

0 前言

高通量工程試驗(yàn)堆（HFETR）從開(kāi)始運(yùn)行至第72-1爐一直以高濃鈾為燃料。從第72-2爐開(kāi)始， HFETR從高濃鈾燃料向低濃鈾燃料轉(zhuǎn)換，至第74-1爐起堆芯全部順利地轉(zhuǎn)換為低濃鈾燃料元件，安全地實(shí)現(xiàn)了HFETR的低濃化。HFETR從高濃鈾燃料向低濃鈾燃料過(guò)渡的方法是每爐加一定數(shù)量的低濃鈾燃料組件，逐步向全低濃鈾堆芯過(guò)渡。該方法使高濃鈾燃料組件得到充分利用。

對(duì)高、低濃鈾燃料組件混裝堆芯進(jìn)行了大量的計(jì)算研究，對(duì)堆芯功率不均勻系數(shù)、對(duì)堆的運(yùn)行功率、對(duì)堆的安全、同位素生產(chǎn)影響等重要問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。本工作的主要目的是研究HFETR逐步向低濃鈾燃料組件堆芯過(guò)渡時(shí)，過(guò)渡堆芯是否可以滿足核安全要求？是否可以滿足燃料元件輻照、同位素生產(chǎn)的要求？分析計(jì)算結(jié)果表明，過(guò)渡堆芯能滿足徑向功率不均勻系數(shù)和軸向功率不均勻系數(shù)的要求，HFETR從高濃鈾堆芯逐步向低濃鈾堆芯過(guò)渡是可行的。提供了滿足堆的安全運(yùn)行、燃料元件輻照、同位素生產(chǎn)條件的堆芯方案，順利的實(shí)現(xiàn)了HFETR高濃鈾燃料向轉(zhuǎn)換為低濃鈾燃料的過(guò)渡。

1 設(shè)計(jì)原則

1.1 安全原則

堆芯和回路運(yùn)行是安全的， 并且滿足燃料組件考驗(yàn)、同位素生產(chǎn)等要求；

1.2 經(jīng)濟(jì)原則

在滿足基本安全原則的前提下力求降低運(yùn)行成本，使得較小的投入得到較大的產(chǎn)出。

1.3 可操作性

設(shè)計(jì)的方案在HFETR上易實(shí)現(xiàn)。

2 計(jì)算模型和程序

HFETR堆芯計(jì)算采用CELL程序和ECP493程序，它們的計(jì)算模型和功能如下：

2.1 CELL程序[1]

CELL程序是分層圓環(huán)組件少群參數(shù)計(jì)算程序，采用WIMS-4/D 69群數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)計(jì)算共振能區(qū)的有效截面和溫度內(nèi)插的熱群截面之后，計(jì)算各核素少群微觀參數(shù)和各材料區(qū)少群宏觀截面參數(shù)。CELL程序用碰撞幾率方法求解積分輸運(yùn)方程，對(duì)強(qiáng)吸收體柵元采用超柵元計(jì)算方法。CELL程序可作泄漏修正的基模計(jì)算和輸運(yùn)—擴(kuò)散等效計(jì)算。CELL程序可以計(jì)算堆芯核設(shè)計(jì)中使用的各類(lèi)組件、部件（包括強(qiáng)吸收體組件）的少群參數(shù)。

2.2 ECP493程序[2]

原HFETR堆芯物理計(jì)算程序不能對(duì)一體化板組件入堆輻照進(jìn)行跟蹤計(jì)算，為此設(shè)計(jì)所專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一個(gè)鑲嵌耦合中子擴(kuò)散程序ECP493。ECP493程序是一個(gè)三維xyz坐標(biāo)細(xì)網(wǎng)格堆芯燃料管理程序。用細(xì)網(wǎng)有限差分方法求解中子擴(kuò)散方程，采用粗網(wǎng)再平衡方法加速外迭代收斂。ECP493程序是計(jì)算有考驗(yàn)回路堆芯的程序，它采用鑲嵌耦合方法，解決了實(shí)驗(yàn)回路既和大堆同時(shí)運(yùn)行，又要特殊處理的問(wèn)題。因此ECP493程序除了能計(jì)算堆芯核設(shè)計(jì)所需參數(shù)外，還能給出鈷-60等同位素靶件的產(chǎn)量，實(shí)驗(yàn)回路中考驗(yàn)燃料組件的精細(xì)功率分布和通量分布，各燃耗時(shí)刻考驗(yàn)燃料組件的燃耗以及提供乏燃料貯存庫(kù)。

3 堆芯和考驗(yàn)回路描述

HFETR堆內(nèi)有18根控制棒，堆芯內(nèi)可布置燃料組件、鈹組件、鋁組件、不銹鋼組件，也可布置占柵元的同位素靶件，HFETR堆芯布置不是固定不變的，它將隨著輻照考驗(yàn)試驗(yàn)和生產(chǎn)任務(wù)的變化而改變。設(shè)計(jì)時(shí)，堆芯內(nèi)燃料組件數(shù)目為77盒。

4 HFETR實(shí)際過(guò)渡堆芯設(shè)計(jì)

HFETR堆芯從第72-2爐開(kāi)始過(guò)渡，經(jīng)過(guò)三個(gè)爐段后，堆芯高濃鈾燃料組件過(guò)渡完畢；從第74-1爐開(kāi)始全低濃鈾燃料組件堆芯運(yùn)行。

高、低濃鈾燃料組件的過(guò)渡堆芯的爐段分別為第72-2爐、73-1爐、73-2爐、74-1爐。第72-2爐、73-1爐、73-2爐、74-1爐主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1；

各爐段裝載除元件和同位素靶件外，還有鈹塊87盒，不銹鋼塊33盒。高濃鈾燃料元件堆芯壽期可達(dá)成1600MWd，低濃鈾燃料元件堆芯壽期可達(dá)成1960MWd。各爐段控制棒在不同狀態(tài)下的棒價(jià)值，熱盒位置以及堆芯徑向功率不均勻系數(shù)均滿足安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的要求。

從表1知：高、低濃鈾燃料組件的過(guò)渡堆芯的徑向功率不均勻系數(shù)可小于2.0和軸向功率不均勻系數(shù)可小于1.5，滿足熱工安全分析要求；保證堆芯的徑向功率不均勻系數(shù)和軸向功率不均勻系數(shù)小于設(shè)定值。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)低濃鈾燃料組件的過(guò)渡堆芯優(yōu)化計(jì)算并經(jīng)過(guò)HFETR4個(gè)爐段實(shí)際過(guò)渡的結(jié)果表明：

HFETR堆芯設(shè)計(jì)時(shí)，加高、低濃鈾燃料組件的過(guò)渡堆芯的徑向功率不均勻系數(shù)和軸向功率不均勻系數(shù)按熱工安全分析要求進(jìn)行設(shè)計(jì)：徑向功率不均勻系數(shù)可小于2.0和軸向功率不均勻系數(shù)可小于1.5，滿足了過(guò)渡堆芯的要求，安全的完成了HFETR從高濃鈾燃料組件到低濃鈾燃料組件的過(guò)渡工作，使得HFETR從第74-1爐開(kāi)始全低濃鈾燃料組件運(yùn)行，堆運(yùn)行情況良好。

6 建議

HFETR從高濃鈾燃料向低濃鈾燃料過(guò)渡的方法是每爐加一定數(shù)量的低濃鈾燃料組件，逐步向全低濃鈾堆芯過(guò)渡。該方法使高濃鈾燃料組件得到充分利用。這方法在以后MJTR堆芯的過(guò)渡中值得參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]姚棟.CELL程序理論手冊(cè)，內(nèi)部資料（500-223），1994.8.20.

[2]李大圖，吳英華.ECP493程序使用手冊(cè)，內(nèi)部資料.