[发明专利]一种十万千瓦级反应堆堆芯核设计方法

说明书

本发明公开了一种十万千瓦级反应堆堆芯核设计方法，包含57个燃料组件，活性段高度215cm，换料周期约24个月。采用一体式可燃毒物，通过多种可燃毒物质量百分比、多种可燃毒物棒数量的合理分区使用，通过多种轴向分区形式的配合使用，结合多种燃料富集度混合装载策略，布置大量控制棒并采用优化的分组和提棒顺序，实现反应性控制和功率展平，使得堆芯满足相关安全分析的要求。采用1/3堆芯倒料策略，提高了燃料组件平均卸料燃耗。本发明进一步增加了小堆应用的灵活性，同时提高了小堆的燃料经济性，该堆芯设计更加符合小堆的多用途定位。

技术领域

本发明涉及一种核设计技术领域，具体涉及一种十万千瓦级反应堆堆芯核设计方法。

背景技术

反应堆堆芯核设计的主要任务是从核反应堆物理的角度提供满足总体设计要求的核反应堆堆芯。

国内有三种不同富集度的核燃料组件组成、燃料棒轴向进行了分区的十万千瓦级核电站的核反应堆的堆芯布置的已授权专利(一种核电站的核反应堆堆芯布置，专利公开号：CN103474101A)，该专利公开了在不同富集度燃料的布置形式，包含57盒燃料组件，堆芯热功率约300MW，电功率约100MW。

国外有无可溶硼、48个月不换料的装料策略的150MW电功率(热功率500MW)小型模块化反应堆核设计的公开文献报道(A 48-month extended fuel cycle for the B&WmPower small modular nuclear reactor,ISBN-13:9781622763894,PHYSOR2012)，包含69盒燃料组件。

虽然上述国内外现有技术具有自身优势和特色，但未能在燃料经济性、系统设计简化、运行灵活性几个方面完整集成，在小堆的多用途特性和经济性上未达到最好的兼顾。

发明内容

本发明提出了一种纯棒控、多批次装卸料、长寿期多用途的十万千瓦级反应堆堆芯核设计方法，使得小堆的应用灵活性更高、系统设计更加简化、燃料经济性更好且仍然满足安全分析的要求。

本发明通过下述技术方案实现：

一种十万千瓦级反应堆堆芯核设计方法，堆芯内混合装载含两种不同质量百分比毒物的载钆燃料棒和不载毒物的纯燃料棒，载钆燃料棒的富集度是固定的，不载毒物的纯燃料棒富集度有多种且均不超过5％，不使用可溶硼；首循环采用高泄漏装载方式，平衡循环采用分区加棋盘式装载方式；堆芯内布置超过85％燃料组件总数的控制棒，完全依靠控制棒进行反应性调节和补偿。

进一步，堆芯包括57个方形燃料组件，组件内部燃料棒呈17*17排列，每个燃料组件包含264根燃料棒、24根导向管和1根测量仪表管。

进一步，首循环采用高泄漏装载方式，具体为使用1.9％、3.1％、4.95％三种富集度纯燃料棒，使用两种质量百分比毒物的载钆燃料棒，包含采用四种不同轴向分区的燃料组件；堆芯径向分为三区，高富集度且载钆燃料棒数量少、毒物质量百分比低的组件布置在最外围，高富集度且载钆燃料棒数量相对多、毒物质量百分比相对高的组件布置在次外围，低富集度且载钆燃料棒的组件和低富集度且不装载载钆燃料棒的组件在堆芯中心区域呈棋盘式布置。

进一步，平衡循环采用分区加棋盘式装载方式，具体为使用3.1％、3.9％、4.95％三种富集度纯燃料棒，使用含两种质量百分比毒物的载钆燃料棒，包含采用四种不同轴向分区的燃料组件。

进一步，堆芯内布置有49束控制棒，分为9组。

进一步，堆芯内燃料组件径向外围布置不锈钢围板和水反射层，轴向布置水反射层。

进一步，通过控制棒动作调节反应性变化并补偿燃料亏损，所有控制棒完全提出后停堆换料，采用1/3倒料方法，换料周期为24个月。