[发明专利]一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法

说明书

本发明公开一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，该方法包括：根据燃料棒布置方式获得燃料棒数；ADS堆芯的无限中子增殖系数k_∞为常数，且随着燃料棒阵列的层数递增而逐渐增加，ADS的有效中子增殖系数keff趋于0.98时，根据反应堆物理原理获得k_∞大于1；在单位质量燃料的中子倍增性能表征参数FM取值最大时，获得燃料棒阵列的层数n；用于解决中子性能不高的问题，获得经济性和中子性能双高的技术效果。

技术领域

本发明涉及核工程技术领域，尤其是一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件及其设计方法。

背景技术

随着我国经济的快速增长，能源需求尤其是核能需求急剧增加，带动了我国压水堆核电站装机容量的快速增长，核废料的积累量由此快速增加，核废料处理问题，尤其是乏燃料中次錒系核素的处理问题一直是世界性的难题。为解决该难题，国际上提出了先进闭式燃料循环即分离-嬗变(PT)战略，其中，加速器驱动次临界系统(Accelerator DrivenSub-critical System，ADS)是嬗变核废料、产出能量的理想装置，具有良好的资源、环境等效益，美国、欧盟、日本、俄罗斯、韩国以及我国都对之开展了中长期路线规划和前期基础研究。

燃料组件作为反应堆的核心部件，在公开号为CN201310011086.3的中国专利文献中，中国科学院合肥物质科学研究院公开了一种液态重金属冷却反应堆用燃料组件及固定方法，具体就液态重金属冷却反应堆用开展了燃料组件的结构和固定方法设计，通过采用圆形套管和管脚定位架的方法克服液态重金属冷却剂的浮力；在公开号为CN201310195644.3的中国专利文献中，中国科学院合肥物质科学研究院公开了一种液态重金属冷却反应堆燃料组件，具体针对燃料系统和用于固定燃料组件的配重系统开展了结构设计；在公开号为CN 201510067562.2的中国专利文献中，中国科学院合肥物质科学研究院公开了一种铅合金冷却剂零功率反应堆燃料组件，具体针对组件外壳、固态铅合金片和燃料元件棒进行了结构设计。

上述这些已公开的技术以及国际上ADS反应堆的相关燃料组件均未对燃料组件的燃料棒的棒数开展设计分析工作。在各项约束指标既定的情况下，现有的燃料组件因燃料棒的数量不佳从而导致中子的性能以及燃料组件的经济性均不高。

发明内容

本发明提供一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件及其设计方法，用于克服现有技术中燃料组件的中子性能不高等缺陷，根据反应堆物理原理设计约束指标，以确定加速器驱动次临界反应堆燃料组件的最佳燃料棒棒数，获得经济性和中子性能双高的技术效果。为实现上述目的，本发明提出一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，包括：

步骤1，根据燃料棒布置方式获得燃料棒数N为：

其中，n为燃料棒阵列的层数；

步骤2，ADS堆芯的无限中子增殖系数k_∞为常数，且随着燃料棒阵列的层数递增而逐渐增加，ADS的有效中子增殖系数keff趋于0.98时，根据反应堆物理原理，则有：

k_∞>1 (2)

步骤3，在单位质量燃料的中子倍增性能表征参数FM取值最大时，获得燃料棒阵列的层数n，其中FM为：

m为燃料组件中单根燃料棒的质量。

为实现上述目的，本发明还提出一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件，至少包括：

底座，呈六角形，顶面排列有若干供燃料棒安装的底座单元；所述底座单元的大小和形状相同，其中一个所述底座单元位于所述底座的中心，其余的所述底座单元围绕位于所述底座中心的底座单元一周呈圆环状阵列，相邻的所述底座单元之间的间距均相等；