[发明专利]球床反应堆倒料的模拟计算方法

说明书

本发明涉及一种球床反应堆倒料的模拟计算方法，包括：将球床反应堆的整个球床区(10)划分为若干个球流网格(60)，每个流道在球床反应堆轴向上等体积地划分为若干层(50)，每个流道的每层中具有一个球流网格，每个球流网格中燃料球的批次数(M)小于等于球流网格中燃料球数目，并且各个流道的球流网格中燃料球的批次数(M)按照各流道的球流网格的体积比例设定；每经过一个倒料时间步长，所有燃料球沿流道下移一层进入下一层球流网格并进行燃耗计算；将从堆芯底部卸出的燃料球以随机抽样方式按照各流道球流网格体积比例重新倒入堆芯顶部各个流道，在重新倒入各个流道之前一部分从堆芯底部卸出的燃料球根据燃耗计算结果由新燃料球替换。

技术领域

本发明涉及一种核反应堆物理计算方法，尤其是一种用于球床反应堆、特别是高温气冷堆倒料的模拟计算方法。

背景技术

在球床高温气冷堆中，流道底部卸出的燃料球会被重新倒入到堆芯顶部进入下一次燃料循环，被重新倒入堆芯顶部之前，这些燃料球中达到目标燃耗深度的乏燃料会被丢弃并以新燃料球进行替换。

在压水堆以及其它大部分类型反应堆的燃耗计算当中，燃料元件的燃耗历史是确定的，可以通过乏燃料核素密度测量值来验证理论计算值的正确性。但对于球床高温气冷堆，任意一个燃料球在堆芯内的运动轨迹与燃耗历史都是随机的，从理论上无法“准确”预测乏燃料核素密度。因此，球床高温气冷堆燃耗计算验证并不是基于特定计算值与实验值之间的对比验证，而是基于概率分布或统计学意义上的对比验证。

为模拟球床高温气冷堆的倒料过程，现有确定论物理计算软件，例如 PANGU与VSOP，采用了下文中结合图1至图3所述的倒料计算模型。

如图1所示，首先将整个球床区在径向上划分为若干个流道(channel)，流道边界可以为直线或曲线；每个流道在轴向上划分为若干层(layer)，将整个球床区划分为若干个体积相等的球流网格。不同流道的层数可不同，以此模拟各流道不同的球流速度。每个球流网格内的燃料球被划分为若干批次(batch)，每个批次的燃料球具有相同物质成分，批次数N通常等于燃料球通过次数。

如图3所示，在每个倒料时间步，所有燃料球沿流道下移一层，进入下一层球流网格(最下层燃料球被从流道底部卸出)，并进行燃耗计算。对各流道底部卸出的燃料球的对应批次进行合并平均处理，也就是将各个流道中的第n批次合并(1≤n≤N)置入卸料暂存盒的N个独立空间中的一个，从而保证卸出的燃料仍具有相同的批次数N。然后在装料暂存盒(同样有N 个独立空间)接收这些燃料盒之前，对其中若干批次进行替换和排序等操作，例如丢弃燃耗最深的乏燃料并将其替换为新燃料。最后，将它们重新倒入到堆芯顶部各个流道，并认为各流道顶层的球流网格具有相同的燃料球组成，也即每个流道都分别接收到了N批次燃料球中的每一批次。这里的卸料暂存盒与装料暂存盒是抽象概念，用于在计算过程中模拟卸料与装料过程。

在上述倒料模型中，球流网格内批次N代表了不同燃耗深度的燃料球，即认为该网格内包含N种不同燃耗深度的燃料球。而网格内的实际燃料球数远大于批次数N，仅用N个批次无法准确反映出精细的燃耗深度分布。在对堆芯底部卸出的燃料球进行批次合并平均的过程中，以及假设进入各流道顶层的球流网格具有相同的燃料球组成的过程中，进一步抹平了燃耗分布的信息，无法考虑倒料过程的随机性。

发明内容