一种反应堆内非燃料可燃毒物燃耗的计算方法

摘要

本发明公布了一种反应堆内非燃料可燃毒物燃耗的计算方法，包括（a）反应堆中燃耗计算输入总功率；（b）分配各燃耗区的功率和通量；（c）对燃料区采用常功率燃耗计算，对非燃料可燃毒物区进行常通量燃耗计算。本发明采用基于蒙特卡罗方法的混合燃耗计算模式：对于燃料区，采用常功率模式燃耗；针对非燃料可燃毒物、钍基等超低功率区，采用常通量模式燃耗；该发明扩大了基于蒙特卡罗方法的燃耗计算的适应范围，可以处理包含非燃料可燃毒物、钍基等超低功率区的燃耗计算；该发明不额外增加计算量，也避免了不必要的近似，直接按实际功率水平来进行燃耗计算，保证了燃耗深度的可置信度。

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆内可燃毒物、新型燃料的燃耗计算设置，具体是一种反应堆内非燃料可燃毒物燃耗的计算方法。

背景技术

基于蒙特卡罗方法的燃耗计算具备常功率或常通量两种模式，在反应堆中一般按照输入的额定功率进行燃耗计算。然而堆芯中可能采用各种可燃毒物：类型上可分为弥散型、涂覆型和分离型，其中后两类都不包含燃料，因此可称为非燃料可燃毒物；在非燃料可燃毒物的燃耗区几乎没有功率，因此采用常功率模式无法燃耗该类可燃毒物。除此之外，新型堆芯中某些燃料区，例如用于增殖的钍基燃料在寿期初不含易裂变核素，在寿期初功率非常低，常功率模式也无法适用；虽然燃耗计算提供了常通量燃耗选项，但对于燃料栅元，常通量计算易造成功率输出的不准确。

目前，基于蒙特卡罗方法的燃耗计算程序采用常功率模式或者常通量模式来计算燃耗，常功率模不适用于非燃料可燃毒物、钍基等超低功率区的燃耗计算；而常通量模式会导致功率输出的不准确。国外已针对常通量模式开展相关研究，采用修正的常通量模式来保证功率输出。由此可见，目前的处理方法是存在缺陷的：不能够准确地、合理地使用两种计算方法，从而无法避免各自存在的缺陷，适用性较低，功率统计也不准确；采取了修正近似的常通量模式，增加了额外的计算量。

发明内容

本发明的目的在于提供应用于一种反应堆内非燃料可燃毒物燃耗的计算方法，在保证功率输出的情况下，解决目前非燃料可燃毒物、钍基等超低功率区的燃耗问题，达到合理使用两种计算方法的目的。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种反应堆内非燃料可燃毒物燃耗的计算方法，包括以下步骤：

（a）反应堆中燃耗计算输入总功率；

（b）分配各燃耗区的功率和通量；

（c）对燃料区采用常功率燃耗计算，对非燃料可燃毒物区进行常通量燃耗计算。

本发明采取对反应堆中燃耗进行分区，通过对分区的功率和通量进行确定，从而来给各个分区进行不同的燃耗计算，实现各个功耗区采取不同的燃耗计算方式，使得各个功耗区均能够实现合理的燃烧模式，使得不同区域采用合理地燃耗计算，更加合理的运行。

所述步骤（b）分配各燃耗区的功率和通量是按照以下步骤进行：

（b1）平均每个入射中子在i燃耗区内产生的裂变能为：

（1）

其中E是每次核素j裂变产生的能量，单位是兆焦耳/每次裂变(MJ/fission)，各区锕系各核素的摩尔数为 ，其中n为核子密度，V为体积，NA为阿伏伽德罗常数，裂变截面靶，其中的裂变微观截面，单位是cm2；

（b2）通量归一化系数为：

其中，为输入的总功率；A为常数，为平均每个入射中子在i燃耗区内产生的裂变能，为第i区的相对通量；

（b3）从蒙特卡罗输运计算得到各燃耗区的相对通量，A为常数，为输入的总功率，可得到各区通量，及各区功率：

其中，为第i区的绝对通量，为通量归一化系数，为第i区的相对通量，为第i区的功率，为平均每个入射中子在i燃耗区内产生的裂变能，A为常数。

通过（b1）～（b3），根据各区核素成分和相对通量分布，得到各区的绝对通量和功率。

所述步骤（c）对燃料区采用常功率燃耗计算，对非燃料可燃毒物区进行常通量燃耗计算包括以下步骤：

（c1）设定一个参考值；

（c2）将功率与通量的比值、与参考值进行比较；如果功率与通量的比值大于参考值，则进行常功率燃耗计算；如果功率与通量的比值小于参考值，则进行常通量燃耗计算。

本发明采用基于蒙特卡罗方法的混合燃耗计算模式：对于燃料区，采用常功率模式燃耗；针对非燃料可燃毒物、钍基等超低功率区，采用常通量模式燃耗；该发明扩大了基于蒙特卡罗方法的燃耗计算的适应范围，可以处理包含非燃料可燃毒物、钍基等超低功率区的燃耗计算；该发明不额外增加计算量，也避免了不必要的近似，直接按实际功率水平来进行燃耗计算，保证了燃耗深度的可置信度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明一种反应堆内非燃料可燃毒物燃耗的计算方法，采取对反应堆中燃耗进行分区，通过对分区的功率和通量进行确定，从而来给各个分区进行不同的燃耗计算，实现各个功耗区采取不同的燃耗计算方式，使得各个功耗区均能够实现合理的燃烧模式，使得不同区域采用合理地燃耗计算，更加合理的运行；

2本发明一种反应堆内非燃料可燃毒物燃耗的计算方法，采用基于蒙特卡罗方法的混合燃耗计算模式：对于燃料区，采用常功率模式燃耗；针对非燃料可燃毒物、钍基等超低功率区，采用常通量模式燃耗；由于传统常功率模式无法准确计算无功率或超低功率区的燃耗，而常通量模式随可计算该类燃耗，但需增加修正计算才能减少燃耗统计偏差，因此该发明可以处理包含非燃料可燃毒物、钍基等超低功率区的燃耗计算，同时不额外增加计算量，也避免了不必要的近似，直接按实际功率水平来进行燃耗计算，保证了燃耗深度的可置信度。

附图说明

图1为本发明实施例IFBA栅元横截面示意图；

图2为IFBA栅元¹⁰B核素随燃耗的变化曲线图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1—气隙He，2—ZrB₂薄膜，3—UO₂芯块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明一种反应堆内非燃料可燃毒物燃耗的计算方法，针对反应堆中燃料区和非燃料可燃区的燃耗，为了清晰显示实施效果，下面以只包含两个燃耗区的IFBA单栅元为实施对象，检验混合燃耗计算模式；IFBA为西屋公司开发的可燃毒物棒，在纯UO₂燃料芯块3外涂上ZrB₂薄膜2，ZrB₂薄膜2的外侧为气隙He，其计算方法如下：

（a）反应堆中燃耗计算输入总功率；

（b1）平均每个入射中子在i燃耗区内产生的裂变能为：

（1）

其中E是每次核素j裂变产生的能量，单位是兆焦耳/每次裂变(MJ/fission)，各区锕系各核素的摩尔数为 ，其中n为核子密度，V为体积，NA为阿伏伽德罗常数，裂变截面靶，其中的裂变微观截面，单位是cm2；

（b2）通量归一化系数为：

其中，为输入的总功率；A为常数，为平均每个入射中子在i燃耗区内产生的裂变能，为第i区的相对通量；

（b3）从蒙特卡罗输运计算得到各燃耗区的相对通量，A为常数，为输入的总功率，可得到各区通量，及各区功率：

其中，为第i区的绝对通量，为通量归一化系数，为第i区的相对通量，为第i区的功率，为平均每个入射中子在i燃耗区内产生的裂变能，A为常数。例如某燃耗步下，燃料区通量4.423659e⁺¹⁴，功率7.493400e^-02；ZrB2薄膜区通量4.389200e⁺¹⁴，功率7.133032e^-27；

（c1）设定一个参考值1.0E^-20；

（c2）将功率与通量的比值、与参考值进行比较；如果功率与通量的比值大于参考值，则进行常功率燃耗计算；如果功率与通量的比值小于参考值，则进行常通量燃耗计算。

由于各核素的截面、能量等数据量非常大，在实施例中仅给出参考值、通量和功率的值。图2给出了本方法计算的10B质量随燃耗变化和商业核设计软件PARAGON、APOLLO2-F的比较，结果符合良好，说明本方法在不增加额外修正计算量和近似的前提下，具备了非燃料可燃毒物等超低功率区燃耗计算的功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。