[發明專利]顆粒可燃毒物反應性控制方法、可燃毒物板及燃料棒

有效

• 申請號: 202011304697.3
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112420225B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 婁磊;柴曉明;姚棟;王連杰;于穎銳;李慶;彭星杰;夏榜樣;陳長;劉同先;李滿倉;陳亮;劉曉黎;甯忠豪
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C3/58
• 分類號: G21C3/58;G21C7/04
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 張超

本發明提供的顆粒可燃毒物反應性控制方法、可燃毒物板及燃料棒，該方法通過設定堆芯壽期初剩余反應性大小和壽期長短，并將堆芯壽期初剩余反應性大小和壽期長短輸入到堆芯反應性與燃耗變化模型中，得到顆粒可燃毒物參數；顆粒可燃毒物參數包括顆粒類型、顆粒直徑、顆粒體積份額、顆粒摻雜率和顆粒孔隙率；基于顆粒可燃毒物參數選擇目標顆粒可燃毒物，加入堆芯中，提高毒物燃耗速率，減少壽期末可燃毒物殘留，而且便于可燃毒物分段，有利于堆芯剩余反應性的控制。

技術領域

本發明涉及核反應堆堆芯技術領域，具體涉及顆粒可燃毒物反應性控制方法、可燃毒物板及燃料棒。

背景技術

在反應堆堆芯設計中，由于堆芯壽期初和堆芯壽期中往往有較大的剩余反應性，因此，一般采用可溶硼、可燃毒物和控制棒等方式控制堆芯的剩余反應性。其中，可燃毒物作為一種中子吸收材料，以顆粒形式存在堆芯時會發生空間自屏效應，使得顆粒外表面的材料會先吸收中子，導致顆粒內部至中心區域的材料少吸收中子甚至不能吸收中子。由于空間自屏效應，顆粒形式的可燃毒物相比等量均勻分布的可燃毒物，在堆芯壽期初只有部分可燃毒物起到抑制反應性的作用，使得堆芯壽期初反應性不至于過低，隨著燃耗進行顆粒形式的可燃毒物呈“剝洋蔥”式燃耗，該可燃毒物的中子作用可以得到平緩釋放，燃料的剩余反應性也可以得到適度且長時間段的抑制，有利于堆芯反應性控制。但目前僅是僅是從宏觀角度考慮了顆粒形式的可燃毒物加入燃料基體時的顆粒類型和體積份額對堆芯剩余反應性的影響，并沒有從微觀角度(如顆粒大小、顆粒體積份額、顆粒摻雜率、顆粒孔隙率)考慮顆粒形式的可燃毒物對堆芯剩余反應性的影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何從顆粒形式的可燃毒物本身的參數考慮其對堆芯剩余反應性的影響，因此，本發明提供顆粒可燃毒物反應性控制方法、可燃毒物板及燃料棒，以從微觀角度考慮顆粒形式的可燃毒物本身的顆粒大小、顆粒體積份額、顆粒摻雜率及顆粒孔隙率對堆芯剩余反應性的影響，展平堆芯功率分布，滿足冷態常壓工況下停堆裕量和“卡棒”準則要求，提高堆芯運行安全性。

本發明通過下述技術方案實現：

一種顆粒可燃毒物反應性控制方法，包括：

通過設定堆芯壽期初剩余反應性大小和壽期長短，并將所述堆芯壽期初剩余反應性大小和所述壽期長短輸入到堆芯反應性與燃耗變化模型中，得到顆粒可燃毒物參數；所述顆粒可燃毒物參數包括顆粒類型、顆粒直徑、顆粒體積份額、顆粒摻雜率和顆粒孔隙率；

基于所述顆粒可燃毒物參數選擇目標顆粒可燃毒物，以加入堆芯中。

進一步地，所述顆粒類型包括含硼化合物、含釓化合物、含鉺化合物、含鉿化合物、含銪化合物、含鏑化合物、銀、銦和鎘。

進一步地，所述顆粒直徑的大小范圍為50～500μm。

進一步地，所述顆粒體積份額范圍為0～50％。

進一步地，所述顆粒摻雜率為0～20％。

進一步地，所述顆粒孔隙率為0～40％。

一種可燃毒物燃料棒，包括：

將目標顆粒可燃毒物均勻隨機彌散于燃料基體中，形成可燃毒物燃料棒。

進一步地，所述燃料基體的富集度為4.45％，所述目標顆粒可燃毒物的顆粒類型為B₄C、顆粒直徑為100μm、顆粒體積份額為5％、顆粒摻雜率為0％、顆粒孔隙率為0％。

一種可燃毒物板，包括：

將目標顆粒可燃毒物組成分離式可燃毒物，形成可燃毒物小球，并基于所述可燃毒物小球形成可燃毒物板。