[发明专利]应用于燃料元件双重非均匀系统的反应性等效物理转换方法

说明书

本发明属于核反应堆堆芯技术领域，具体提出了一种应用于燃料元件双重非均匀系统的反应性等效物理转换方法，针对含有弥散燃料以及同时含有弥散燃料和弥散可燃毒物的板型燃料元件，将传统中子学计算程序不能计算的双重非均匀系统，根据反应性等效转换为传统中子学计算程序可以计算的单重非均匀系统，进而采用已经经过广泛验证的传统中子学程序进行计算，解决了板型燃料元件双重非均匀系统计算问题，且计算结果与蒙卡颗粒模型基准解对比显示，本发明所提出的一种应用于燃料元件双重非均匀系统的反应性等效物理转换方法不仅计算简便，且计算精度高。

技术领域

本发明属于核反应堆堆芯技术领域，具体涉及一种应用于燃料元件双重非均匀系统的反应性等效物理转换方法。

背景技术

颗粒型弥散燃料和弥散可燃毒物由于其独有的特性而在核反应堆工程中被关注和应用。颗粒型弥散燃料能够包容裂变产物，在高温和深燃耗情况确保燃料的完整性，可以有效防止放射性物质扩散。颗粒型弥散可燃毒物能够依靠毒物颗粒的自屏效应实现堆芯反应性的长期和平稳控制，同时为可燃毒物的使用增加了颗粒尺寸这个维度，提高了可燃毒物使用的灵活性。但颗粒型弥散系统相比常规燃料芯体增加了微观层面弥散颗粒与基体的非均匀性，加上常规栅格的非均匀性，组成双重非均匀性。传统的中子计算软件仅能描述和处理栅格层面的非均匀性，而双重非均匀系统中颗粒的自屏是需要考虑的，因此双重非均匀性为传统中子学计算软件带来了挑战。

板型燃料元件由于优秀的传热和机械性能而广泛应用于研究堆和动力堆中，同时板型燃料元件往往采用弥散的燃料形式，且为控制剩余反应性，可能采用弥散可燃毒物的形式，因此在板型弥散燃料元件中分析双重非均匀性计算方法意义重大。

发明内容

针对以上需求，本发明提出一种应用于燃料元件双重非均匀系统的反应性等效物理转换方法，目的在于将板型燃料元件双重非均匀系统转换为单重非均匀系统，进而可以采用传统中子学计算程序直接计算。

为达到上述发明目的，本发明通过下述技术方案实现：

应用于燃料元件双重非均匀系统的反应性等效物理转换方法，一种情况下，针对单颗粒类型板型栅元双重非均匀系统，栅元区域由颗粒型燃料弥散在非燃料基体中；采用以下转换方法：

将颗粒型燃料体积均匀化后填充至栅元区域中的部分区域，即将双重非均匀系统转换为单重非均匀系统；使单重非均匀系统寿期初k_inf与双重非均匀系统寿期初k_inf参考解相等，选取此时的燃料的填充区域。

以上方案针对含有弥散燃料的板型燃料元件，将传统中子学计算程序不能计算的双重非均匀系统，根据反应性等效转换为传统中子学计算程序可以计算的单重非均匀系统，进而采用已经经过广泛验证的传统中子学程序进行计算，解决板型燃料元件双重非均匀系统计算问题。

一种优选的转换方法是，将颗粒型燃料相对栅元区域等比例压缩至一较小区域，再将压缩区域内的颗粒型燃料和基体体积均匀化获得燃料和基体混合物，栅元区域的其余部分填充基体，即将双重非均匀系统转换为单重非均匀系统。

进一步地，使单重非均匀系统寿期初k_inf与双重非均匀系统寿期初k_inf参考解相等，选取此时的压缩区域相似比。

一种优选的转换方法是，在栅元区域中等比例获取两个相似矩形，将栅元区域划分为三层结构，再由内至外依次填充基体、体积均匀化的燃料和基体，即将双重非均匀系统转换为单重非均匀系统。

进一步地，根据弥散颗粒材料守恒确定两个相似矩形之间的相似比，再使单重非均匀系统寿期初k_inf与双重非均匀系统寿期初k_inf参考解相等，选取此时的两个相似矩形与栅元区域的相似比。