[發明專利]一種六角形加速器驅動次臨界反應堆燃料組件設計方法

有效

• 申請號: 201811439474.0
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109559835B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 陳忠;馬燕云;趙子甲;袁寶新;呂中良;潘冬梅
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G21C3/32
• 分類號: G21C3/32;G21C5/16;G21C3/06
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明公開一種六角形加速器驅動次臨界反應堆燃料組件設計方法，該方法包括：根據燃料棒布置方式獲得燃料棒數；ADS堆芯的無限中子增殖系數k_∞為常數，且隨著燃料棒陣列的層數遞增而逐漸增加，ADS的有效中子增殖系數keff趨于0.98時，根據反應堆物理原理獲得k_∞大于1；在單位質量燃料的中子倍增性能表征參數FM取值最大時，獲得燃料棒陣列的層數n；用于解決中子性能不高的問題，獲得經濟性和中子性能雙高的技術效果。

技術領域

本發明涉及核工程技術領域，尤其是一種六角形加速器驅動次臨界反應堆燃料組件及其設計方法。

背景技術

隨著我國經濟的快速增長，能源需求尤其是核能需求急劇增加，帶動了我國壓水堆核電站裝機容量的快速增長，核廢料的積累量由此快速增加，核廢料處理問題，尤其是乏燃料中次錒系核素的處理問題一直是世界性的難題。為解決該難題，國際上提出了先進閉式燃料循環即分離-嬗變(PT)戰略，其中，加速器驅動次臨界系統(Accelerator DrivenSub-critical System，ADS)是嬗變核廢料、產出能量的理想裝置，具有良好的資源、環境等效益，美國、歐盟、日本、俄羅斯、韓國以及我國都對之開展了中長期路線規劃和前期基礎研究。

燃料組件作為反應堆的核心部件，在公開號為CN201310011086.3的中國專利文獻中，中國科學院合肥物質科學研究院公開了一種液態重金屬冷卻反應堆用燃料組件及固定方法，具體就液態重金屬冷卻反應堆用開展了燃料組件的結構和固定方法設計，通過采用圓形套管和管腳定位架的方法克服液態重金屬冷卻劑的浮力；在公開號為CN201310195644.3的中國專利文獻中，中國科學院合肥物質科學研究院公開了一種液態重金屬冷卻反應堆燃料組件，具體針對燃料系統和用于固定燃料組件的配重系統開展了結構設計；在公開號為CN 201510067562.2的中國專利文獻中，中國科學院合肥物質科學研究院公開了一種鉛合金冷卻劑零功率反應堆燃料組件，具體針對組件外殼、固態鉛合金片和燃料元件棒進行了結構設計。

上述這些已公開的技術以及國際上ADS反應堆的相關燃料組件均未對燃料組件的燃料棒的棒數開展設計分析工作。在各項約束指標既定的情況下，現有的燃料組件因燃料棒的數量不佳從而導致中子的性能以及燃料組件的經濟性均不高。

發明內容

本發明提供一種六角形加速器驅動次臨界反應堆燃料組件及其設計方法，用于克服現有技術中燃料組件的中子性能不高等缺陷，根據反應堆物理原理設計約束指標，以確定加速器驅動次臨界反應堆燃料組件的最佳燃料棒棒數，獲得經濟性和中子性能雙高的技術效果。為實現上述目的，本發明提出一種六角形加速器驅動次臨界反應堆燃料組件設計方法，包括：

步驟1，根據燃料棒布置方式獲得燃料棒數N為：

其中，n為燃料棒陣列的層數；

步驟2，ADS堆芯的無限中子增殖系數k_∞為常數，且隨著燃料棒陣列的層數遞增而逐漸增加，ADS的有效中子增殖系數keff趨于0.98時，根據反應堆物理原理，則有：

k_∞>1 (2)

步驟3，在單位質量燃料的中子倍增性能表征參數FM取值最大時，獲得燃料棒陣列的層數n，其中FM為：

m為燃料組件中單根燃料棒的質量。

為實現上述目的，本發明還提出一種六角形加速器驅動次臨界反應堆燃料組件，至少包括：

底座，呈六角形，頂面排列有若干供燃料棒安裝的底座單元；所述底座單元的大小和形狀相同，其中一個所述底座單元位于所述底座的中心，其余的所述底座單元圍繞位于所述底座中心的底座單元一周呈圓環狀陣列，相鄰的所述底座單元之間的間距均相等；