[發明專利]一種球床先進高溫堆堆芯裝載方法

在審

• 申請號: 202010564683.9
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111667933A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 孫偉;王連杰;夏榜樣;李滿倉;趙文博;楊洪潤;李翔;嚴明宇
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C19/19
• 分類號: G21C19/19;G21C19/20;G21C17/104
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 唐邦英

本發明公開了一種球床先進高溫堆堆芯裝載方法，所述裝載方法采用一次裝料、整體卸載的方式，堆芯活性區采取燃料球和石墨球配合裝載的方式，堆芯活性區高度大于核設計程序理論計算的活性區高度，具體裝載過程如下：通過實時測量堆芯剩余反應性，確定最終滿足堆芯功率和壽期要求的燃料球的裝量，將燃料球裝載至燃料球實際裝量位置，然后繼續裝入石墨球，直至填滿整個堆芯活性區。本發明實現了燃料球裝量根據實際要求的可調節性，并避免了排空熔鹽時堆芯活性區幾何形狀發生重大改變，達到精確實現堆芯設計目標的目的，從根本上規避了核設計程序計算不確定性帶來的堆芯設計風險。

技術領域

本發明涉及核反應堆技術領域，具體涉及一種球床先進高溫堆堆芯裝載方法。

背景技術

近年來美國和法國等國提出了一種球床先進高溫堆的概念，其核心特點主要有兩個：1)采用以石墨為基體、含有TRISO包覆顆粒的燃料元件；2)使用氟鹽作為冷卻劑。一方面，高性能的包覆燃料顆粒排除了燃料元件熔化的危險因素，大大提高了堆芯的安全性；另一方面，該堆型利用了熔鹽冷卻劑的良好熱特性，在常壓一回路條件下也可以達到很高的功率密度，又省去了傳統熔鹽堆復雜的熔鹽化學處理，使一回路設計大大簡化，有利于提高經濟性和安全性。

目前球床先進高溫堆堆芯裝載方式主要有兩大類：一種是燃料球一次滿裝載方式，即初始堆芯活性區全部裝入燃料球；另一種是采用分批裝料、一次卸載的方式，即壽期初堆芯活性區裝入部分燃料球，等運行到剩余反應性接近于0時，再繼續裝入新燃料球，直到堆芯活性區裝滿燃料球，運行到壽期末時，卸出全部燃料球。燃料球一次滿裝載方式是基于現有核設計程序對堆芯剩余反應性、壽期、控制棒價值等關鍵物理參數計算較準確基礎上設計出的。而實際情況是，球床先進高溫堆堆芯具有燃料球和TRISO顆粒的雙重不均勻性，現有核設計程序的計算結果可能會面臨計算不確定性較大的風險，進而使得設計出的燃料球一次滿裝載堆芯方案可能會面臨或剩余反應性不夠壽期變短，或剩余反應性較大，控制棒價值不夠的風險。分批裝料、一次卸載方式可根據實時的反應性測量結果確定每批次燃料球的裝量，避免了燃料球一次滿裝載方式可能面臨的風險，但每批次裝料過程需停堆，排空熔鹽，在排空熔鹽過程中，由于熔鹽流動及流量減小，會導致燃料球重新排布及燃料活性區下移，燃料球的重新排布同樣會大幅增加堆芯反應性計算的不確定性，堆芯活性區下移也將顯著增加停堆系統的控制難度。

因此，有必要針對球床先進高溫堆堆芯設計、運行特點，提出更為簡單、靈活的堆芯裝載方案，代替現有的燃料球一次滿裝載方式和分批裝料、一次卸載方式，從根本上規避核設計程序計算不確定性無法預估帶來的設計風險。的測溫需求，例如鋼水注水冷卻實驗中，需要連續實時測量內部溫度，以獲注水冷卻能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種球床先進高溫堆堆芯裝載方法，本發明實現了燃料球裝量根據實際要求的可調節性，并避免了排空熔鹽時堆芯活性區幾何形狀發生重大改變，達到精確實現堆芯設計目標的目的，從根本上規避了核設計程序計算不確定性帶來的堆芯設計風險。

本發明通過下述技術方案實現：

一種球床先進高溫堆堆芯裝載方法，所述裝載方法采用一次裝料、整體卸載的方式，堆芯活性區采取燃料球和石墨球配合裝載的方式，堆芯活性區高度大于核設計程序理論計算的活性區高度，具體裝載過程如下：

通過實時測量堆芯剩余反應性，確定最終滿足堆芯功率和壽期要求的燃料球的裝量，將燃料球裝載至燃料球實際裝量位置，然后繼續裝入石墨球，直至填滿整個堆芯活性區。

本發明所述一次裝料、整體卸載具體是指在壽期初，裝入全部燃料球和石墨球，運行到壽期末時，卸出全部燃料球和石墨球。

壽期初燃料球逐步裝入堆芯活性區上部位置，通過實時測量堆芯剩余反應性，確定最終滿足堆芯功率和壽期要求的燃料球實際裝量位置，然后繼續裝入與燃料球相同直徑的石墨球，直至填滿整個堆芯活性區。