[發明專利]一種用于快中子反應堆平衡循環搜索的計算方法

有效

• 申請號: 201710369934.6
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107301314B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 鄭友琦;周生誠;曹良志;吳宏春
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種用于快中子反應堆平衡循環搜索的計算方法，1、將燃料管理方案表示為多條燃料管理路徑；2、將燃料循環過程等價為近似平衡循環；3、對近似平衡循環，進行堆內循環的中子輸運燃耗耦合計算，得到各燃料管理路徑各階段的嬗變矩陣；4、重復步驟2和3，直到各燃料管理路徑各階段的核子密度向量收斂，得到堆內循環模式；5、對循環長度線性插值或外推，搜索得到滿足卸料燃耗深度要求的堆內循環模式；6、計算乏燃料后處理回收和新燃料再制造過程，根據嬗變矩陣，對新裝載燃料核子密度向量進行堆內循環的燃耗計算，重復上述過程直到各燃料管理路徑新裝載燃料核子密度向量收斂；7、調整新裝載燃料富集度，實現指定時間點的目標有效增殖因子。

技術領域

本發明涉及核反應堆燃料循環領域，是一種用于快中子反應堆平衡循環搜索的計算方法。

背景技術

核反應堆的燃料循環涉及核燃料的制造、核燃料在堆內的燃耗及從堆內卸載的乏燃料后處理回收循環的復雜過程。核反應堆的燃料循環模擬，可以計算得到核燃料在堆內和堆外循環過程中的質量流，并評價反應堆的有效增殖因子k_eff、堆芯功率分布等參數，是核反應堆設計分析和經濟性評價的基礎。核反應堆的平衡循環是反應堆運行的代表性循環，其循環長度、燃料富集度等參數的確定是反應堆設計分析的關鍵步驟。

現有的快中子反應堆燃料循環計算方法主要基于正方形或六邊形節塊的中子輸運或擴散計算方法，并耦合微觀燃耗計算方法，按照給定的燃料管理方案，逐個循環進行計算直至平衡循環。上述快中子反應堆燃料循環計算方法中通過逐個循環計算搜索平衡循環的計算效率偏低，難以滿足快中子反應堆設計分析的實際需求。因此，亟需研究一種快中子反應堆平衡循環搜索的計算方法，快速準確地模擬快中子反應堆的燃料循環過程，并搜索平衡循環，以確定平衡循環的循環長度和燃料富集度等參數。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種用于快中子反應堆平衡循環搜索的計算方法，實現了快中子反應堆的燃料循環模擬和平衡循環的快速搜索。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于快中子反應堆平衡循環搜索的計算方法，包括如下步驟：

步驟1：將應用于快中子反應堆的重復性的燃料管理方案表示為多條燃料管理路徑，每條燃料管理路徑描述了燃料組件從裝入堆芯及在堆內每個燃耗循環所處的空間位置和最終卸載出堆芯的整個過程，將燃料組件在堆內經歷的一個燃耗循環定義為一個階段；對于采用倒料式換料方案的快中子反應堆，將同一燃料組件在堆芯內不同位置經歷的不同階段定義為一條燃料管理路徑；對于采用分散式換料方案的快中子反應堆，將各個燃料組件在堆芯內同一位置經歷的不同階段分別定義為相互獨立的燃料管理路徑；設堆芯包括K個燃料組件位置，r₁,r₂,…,r_K，燃料管理方案中包括L條燃料管理路徑，燃料管理路徑l描述了一個燃料組件從裝入堆芯及在堆內經歷多個燃耗循環并最終卸載出堆芯的過程，其中燃料組件在堆內的空間位置由區域號r定義，新裝入堆芯的燃料組件定義其階段號為1，在堆內經歷τ個燃耗循環的燃料組件的階段號為τ+1，燃料組件在堆內總共經歷的燃耗循環次數為S^l，因此當階段號達到S^l+1時，燃料組件將卸載出堆芯；

步驟2：針對采用倒料式或分散式換料方案的快中子反應堆，按照不同的等價方式，將重復性的堆芯燃耗循環近似為平衡循環。對于采用分散式換料方案的反應堆，采用分散式換料近似，將燃料管理路徑中各階段的核子密度向量混合，然后將混合后的核子密度向量映射至近似平衡循環中對應的燃料組件；對于采用倒料式換料方案的反應堆，將同一燃料組件在堆芯內的不同階段的核子密度向量，映射到近似平衡循環中對應的燃料組件；

定義N_r(t)為時刻t時位于區域r的燃料組件的平均核子密度向量，其計算公式如式(1)：

式中：