[发明专利]一种十万千瓦级反应堆堆芯燃料管理方法

说明书

本发明公开了一种十万千瓦级反应堆堆芯燃料管理方法，堆芯包含57个燃料组件，活性段高度215cm，采用纯棒控调节。通过混合富集度装料、堆芯径向轴向分区布置、配合使用不同数量和质量百分比可燃毒物以及采用优化的控制棒分组及提升顺序，实现了约1/3堆芯换料的燃料管理，堆芯换料周期约24个月；批卸料燃耗约43000MWd/tU，最大组件卸料燃耗不超过52000MWd/tU；方案满足卡棒准则，堆芯功率分布满足相关安全分析要求。本发明改变了小堆常用的一批次装卸料策略，在长寿期、纯棒控小堆中实现了多批次装卸料燃料管理策略，提高了燃料利用率，增强了多用途小堆的竞争力。

技术领域

本发明涉及一种核设计技术领域，具体涉及一种十万千瓦级反应堆堆芯燃料管理方法。

背景技术

国内的反应堆燃料管理研究均针对大型商用压水堆，且换料周期最长约18个月。国外少有模块式反应堆堆芯燃料管理的公开资料报道，模块式小型堆主流采用不倒料、一次性通过的燃料管理方案。

大型商用压水堆对系统简化性没有突出要求，主要采用可溶硼进行燃耗补偿并进行反应性调控，燃耗阴影效应很小，燃料管理难度较低；模块式小型堆为了简化系统设计，增强堆芯运行灵活性，以适应多种用途并强调模块化特性，大多采用全堆装卸料策略，由于堆内燃料燃耗的不均匀性，势必大大降低燃料经济性。

发明内容

本发明提供一种在长寿期、纯棒控十万千瓦级(电功率)小堆上应用的燃料管理方法，采用约3批次装卸料策略，采用混合富集度、部分低泄漏装载形式，燃料富集度不超过5％，使用优化的提棒顺序，换料周期达到24个月，批卸料燃耗约43000MWd/tU，达到大型商用堆水平，燃料经济性远高于主流的一次性装卸料小堆燃料管理方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种十万千瓦级反应堆堆芯燃料管理方法，堆芯内混合装载含两种不同质量百分比毒物的载钆燃料棒和不载毒物的纯燃料棒；完全依靠控制棒进行反应性调节和燃耗补偿；首循环换料周期24个月，第二循环换料周期17个月，后续循环换料周期24个月，经历数个过渡循环后，堆芯最终达到平衡循环换料周期24个月；每个平衡循环卸出全堆1/3燃耗较深的旧燃料组件，装入相应数量的新燃料组件；批卸料燃耗为43000MWd/tU，最大组件卸料燃耗不超过52000MWd/tU。

进一步，堆芯包括57个方形燃料组件，组件内部燃料棒呈17*17排列，每个燃料组件包含264根燃料棒、24根导向管和1根测量仪表管。

进一步，首循环使用1.9％、3.1％、4.95％三种富集度纯燃料棒，以及包含7％和10％两种质量百分比Gd₂O₃弥散在富集度2.5％燃料中的载钆燃料棒，每个组件可采用不同的轴向分区形式，不同轴向段内科装载不同富集度燃料或者不同数量载钆燃料棒，堆芯内包含4种轴向分区形式的燃料棒，包含0、8、16三种数量的载钆燃料棒，堆芯径向分为三区，高富集度且载钆燃料棒数量少、毒物质量百分比低的组件布置在最外围，高富集度且载钆燃料棒数量相对多、毒物质量百分比相对高的组件布置在次外围，低富集度组件在堆芯中心区域呈棋盘式布置。

进一步，平衡循环使用3.1％、3.9％、4.95％三种富集度纯燃料棒，以及包含7％和10％两种质量百分比Gd₂O₃弥散在富集度2.5％燃料中的载钆燃料棒，堆芯内包含4种不同轴向分区的燃料棒，包含0、12、16、20、24五种数量的载钆燃料棒。

进一步，载钆燃料棒的富集度是固定的，不载毒物的纯燃料棒富集度有多种且均不超过5％，不使用可溶硼。

进一步，堆芯内布置有49束控制棒，分为9组。

进一步，堆芯内燃料组件径向外围布置不锈钢围板和水反射层，轴向布置水反射层。

进一步，以控制棒全部提出堆芯时堆芯k_eff等于1.001作为停堆换料判据。