張清源

摘要：功率分布試驗(yàn)在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)對(duì)核熱點(diǎn)因子、核焓升因子等關(guān)鍵安全參數(shù)進(jìn)行定期確認(rèn)與監(jiān)督，對(duì)反應(yīng)堆安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。該文重點(diǎn)對(duì)反應(yīng)堆徑向功率分布隨燃耗變化的趨勢(shì)進(jìn)行了探究。通過(guò)對(duì)反應(yīng)堆壽期初、壽期中、壽期末的功率分布試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出了反應(yīng)堆徑向中心燃料組件、中間區(qū)域燃料組件、外圍燃料組件相對(duì)功率隨燃耗的變化趨勢(shì)，為分析堆芯功率狀態(tài)提供了參考。

關(guān)鍵詞：燃料組件??功率分布??燃耗??研究

中圖分類號(hào)：O42??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???文章編號(hào)：1672-3791（2022）07（b）-0000-00

Study?on?the?Variation?Trend?of?Reactor?Radial?Power?Distribution?with?Burnup

ZHANG?Qingyuan

（Hainan?Nuclear?Power?Co.，Ltd.，?Changjiang ，Hainan?Province，572700?China）

Abstract：Power?distribution test?regularly?confirms?and?monitors?key?safety?parameters?such?as?nuclear?hot?spot?factor?and?nuclear?enthalpy?rise?factor?during?reactor?operation，which?is?of?great?significance?to?the?safe?and?stable?operation?of?reactors.This?paper?focuses?on?the?variation?trend?of?radial?power?distribution?with?burnup.By?analyzing?the?power?distribution?test?results?at?the?beginning，middle?and?end?of?the?reactor?life，the?variation?trend?of?power?distribution?of?fuel?assembilies?at?central?fuel?assembly，intermediate?area?fuel?assembly，peripheral?fuel?assembly?of?the?reactor?with?burnup?is?obtained，Provide?guidance?for?analyzing?reactor?power?distribution.

Key?Words：?Fuel?assembly;Power?distribution;?Burnup;?Research

在反應(yīng)堆的運(yùn)行時(shí)，為保證反應(yīng)堆安全，不僅需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)堆芯功率的大小，還必須對(duì)堆內(nèi)的核熱點(diǎn)因子Fq、核焓升因子FΔH、象限功率傾斜比QPTR[1]和軸向最大線功率QT（z）等關(guān)鍵安全參數(shù)進(jìn)行定期確認(rèn)與監(jiān)督，確定其是否在運(yùn)行限值范圍內(nèi)并掌握堆內(nèi)功率分布的運(yùn)行狀態(tài)，確保堆芯按照反應(yīng)堆核設(shè)計(jì)的要求安全穩(wěn)定的運(yùn)行。該文通過(guò)對(duì)功率分布結(jié)果的對(duì)比，進(jìn)一步探索了其徑向功率分布的變化趨勢(shì)。

1功率分布試驗(yàn)簡(jiǎn)介

在反應(yīng)堆運(yùn)行期間的日常監(jiān)督管理中，每30EFPD（等效滿功率天）進(jìn)行一次堆芯功率分布測(cè)量[2]，試驗(yàn)人員使用堆芯中子測(cè)量系統(tǒng)（RIC）對(duì)121組燃料組件中的38個(gè)組件進(jìn)行堆內(nèi)中子注量率分布的測(cè)量并通過(guò)軟件進(jìn)一步處理獲得一個(gè)全堆芯通量圖。

堆芯中子注量率測(cè)量系統(tǒng)有4個(gè)可移動(dòng)式探測(cè)器。在堆芯中子注量率測(cè)量開(kāi)始之前，需要對(duì)4個(gè)可移動(dòng)式探測(cè)器采用循環(huán)互?；騾⒖蓟バ５姆椒ㄟM(jìn)行相互校準(zhǔn)。在中子注量率測(cè)量過(guò)程中，4個(gè)探測(cè)器同時(shí)插入堆芯不同位置的4個(gè)儀表通道內(nèi)，先探測(cè)器將升至離堆芯頂部，然后在探測(cè)器下行過(guò)程中記錄中子注量率測(cè)量數(shù)據(jù)，直到參測(cè)器抽回到起始位置，準(zhǔn)備下一次的操作。此來(lái)回過(guò)程為一個(gè)測(cè)程（即為1?pass）。探測(cè)器根據(jù)pass編排往復(fù)測(cè)量直至測(cè)量完成[3]。

當(dāng)堆芯中子注量率測(cè)量系統(tǒng)的四個(gè)探測(cè)器完成預(yù)定程序規(guī)定的所有指令后，控制計(jì)算機(jī)將4個(gè)探測(cè)器此次試驗(yàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)連同堆芯功率、控制棒棒位、燃耗、硼濃度等所有信息最終形成一個(gè)測(cè)量文件。

試驗(yàn)人員使用數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)處理程序CEDRIC、CARIN進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的處理[4]。從而獲得拓展了的堆芯三維功率分布，進(jìn)而可以獲得對(duì)反應(yīng)堆安全有重要意義的關(guān)鍵參數(shù)[5]。

2堆芯功率分布總體結(jié)果

海南昌江核電廠U1C5循環(huán)采用低泄漏裝載方式，裝入組件來(lái)自第三循環(huán)富集度為3.25%的燃料組件4組，第四循環(huán)停堆后仍留在第5循環(huán)的69組富集度為3.25%的燃料組件和48組富集度4.45%含釓棒的新燃料組件[6]。

U1C5循環(huán)壽期初（320?MWd/tU）、壽期中（11133MWd/tU）、壽期末（16830MWd/tU）反應(yīng)堆功率分布計(jì)算結(jié)果如圖1所示。其中橫向坐標(biāo)為反應(yīng)堆橫向A7位置至N7?位置，縱向坐標(biāo)為各堆芯位置燃料組件相對(duì)功率。對(duì)比U1C5循環(huán)壽期初、壽期中、壽期末功率分布計(jì)算結(jié)果可以看到堆芯總體徑向功率分布較為穩(wěn)定，各區(qū)域燃料組件功率隨著燃耗增加略有變化。

3燃料組件功率分布趨勢(shì)分析

3.1中心組件

U1C5循環(huán)中心組件及其周圍組件為U1C4循環(huán)富集度為3.25%的燃料組件。對(duì)比該處燃料組件壽期初至壽期末的相對(duì)功率大小可以看到中心組件（G7）的相對(duì)功率在壽期初至壽期中時(shí)，相對(duì)功率下降較快，在壽期中至壽期末組件相對(duì)功率趨于穩(wěn)定。中心組件周圍的組件也程相同的趨勢(shì)，具體請(qǐng)見(jiàn)圖2。

在壽期初至壽期中，中心功率下降較快的原因是堆芯中間區(qū)域新燃料組件釓棒逐漸消耗，組件相對(duì)功率增加。在反應(yīng)堆整體功率不變的情況下導(dǎo)致了反應(yīng)堆中心功率的減少。在壽期中至壽期末，新燃料組件中的釓棒消耗完后，中間區(qū)域組件功率趨于穩(wěn)定，因此中心組件功率也較為穩(wěn)定。

3.2中間區(qū)域組件

3.2.1新燃料組件

U1C5中間區(qū)域燃料組件的新燃料組件與復(fù)用組件呈棋盤式排布，其中新燃料組件為富集度4.45%的含釓的新燃料組件。以E9位置新燃料組件為例，可以看到其相對(duì)功率較高且在壽期初至壽期中相對(duì)功率有小幅增加。在壽期中至壽期末相對(duì)功率略有降低，具體見(jiàn)圖3。

在壽期初至壽期中，中間區(qū)域新燃料組件相對(duì)功率小幅增加的原因是相對(duì)全堆所有燃料組件，新燃料組件的后備反應(yīng)性較大，隨著組件中釓可燃毒物逐漸消耗，這些新燃料組件反應(yīng)性逐漸釋放，組件相對(duì)功率增加。在壽期中釓可燃毒物完全消耗后達(dá)到最大相對(duì)功率，從而從壽期中至壽期末，由于這些新燃料組件功率顯著高于其他燃料組件，所以隨著堆芯燃耗增加，這些組件的反應(yīng)性下降更快，導(dǎo)致其相對(duì)功率有所降低。

3.2.2復(fù)用燃料組件

U1C5中間區(qū)域復(fù)用燃料組件為富集度3.25%和4.45%的上循環(huán)燃料組件。以F11位置復(fù)用燃料組件為例，?可以看到其相對(duì)功率在1左右，且相對(duì)功率在壽期初至壽期末總體變化不大，具體見(jiàn)圖4。

中間區(qū)域的復(fù)用燃料組件由于處于堆芯內(nèi)部，中子泄漏基本一致，且?guī)缀跛械闹虚g區(qū)域復(fù)用組件均被相當(dāng)?shù)男氯剂辖M件包圍，使得這些復(fù)用組件隨著燃耗的反應(yīng)性下降是基本一致的，也就使得從壽期初到壽期末的這些組件位置處的中子通量基本相當(dāng)，這使得整個(gè)壽期內(nèi)這部分燃料的之間的相對(duì)功率變化不大。

3.3外圍組件

U1C5循環(huán)外圍組件為U1C4循環(huán)富集度為3.25%的燃料組件和富集度為4.45%的新燃料組件。以D12為例可以看到燃料組件相對(duì)功率在壽期初至壽期末有小幅增加，具體請(qǐng)見(jiàn)圖5。

外圍燃料組件由于處于堆芯邊界位置，其中子泄漏很大，且為了滿足堆芯低泄漏設(shè)計(jì)需求，往往需要布置較多的復(fù)用燃料組件，導(dǎo)致這些燃料組件的相對(duì)功率很低，而隨著堆芯燃耗增加，這部分燃料組件由于功率較低，所以其隨著燃耗的反應(yīng)性降低速度較小，也就使得這部分組件在全堆的功率分布中占比逐步提升，故該處燃料組件的功率從壽期初到壽期末逐漸增大。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所訴，該文通過(guò)對(duì)反應(yīng)堆燃料組件徑向功率分布隨燃耗的分析，得出結(jié)論如下：（1）反應(yīng)堆外圍組件隨著燃耗增加由于反應(yīng)性降低較小，其相對(duì)功率隨著燃耗增加不斷增加。（2）反應(yīng)堆中新燃料組件由于反應(yīng)性較大，導(dǎo)致其相對(duì)功率在反應(yīng)堆中較高且其相對(duì)功率受毒物的分布影響較大。（3）反應(yīng)堆中心及中間區(qū)域燃料組件相對(duì)功率比外圍組件較高，且燃料組件相對(duì)功率分布與其周邊燃料組件類型相關(guān)。

參考文獻(xiàn)

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