[发明专利]一种延长堆芯寿期的堆芯结构及运行方法

说明书

本发明属于核反应堆设计技术领域，具体涉及一种延长堆芯寿期的堆芯结构及运行方法。本发明堆芯结构包括燃料棒、谱移控制棒，任意三根燃料棒呈三角形排列，燃料棒间布置谱移控制棒，谱移控制棒在堆芯内呈均匀对称布置，谱移控制棒沿轴向分为三段，由上至下依次为谱移控制棒中子吸收材料、谱移控制棒中间过渡材料和谱移控制棒慢化剂材料。本发明运行方法，包括快谱运行段和谱移运行段两个部分。本发明用以降低寿期初堆芯反应性控制难度，有效延长堆芯寿期，提高堆芯燃料利用率，进而有效提高反应堆堆芯性能。

技术领域

本发明属于核反应堆设计技术领域，具体涉及一种延长堆芯寿期的堆芯结构及运行方法。

背景技术

堆芯寿期和燃料利用率是核反应堆的重要指标，延长堆芯寿期、提高燃料利用率一直是堆芯核设计的主要目标。

²³⁵U和²³⁹Pu等易裂变核素在热中子区具有较大的裂变截面，而在快中子区裂变截面均较小。同样可裂变核素²³⁸U可以吸收中子可以转换为易裂变核素，该截面在快中子区较大，热中子区几乎为零。即同样装量的²³⁵U或²³⁹Pu，堆芯能谱偏软时会具有较大的反应性，而同样装量的²³⁸U，堆芯能谱较硬时会具有较大的转换比。

根据上述规律，可以使寿期初堆芯能谱变硬，一方面可以通过降低中子价值和快中子的泄漏降低堆芯剩余反应性，另一方面可以增加²³⁸U俘获中子的概率，实现核燃料的增殖；在反应堆运行至寿期末的过程中逐渐引入慢化剂，通过慢化中子增加中子价值同时降低中子泄漏，提高堆芯堆芯剩余反应性。该策略即为谱移策略。

谱移控策略能够对堆芯功率展平和反应性控制带来明显便利。寿期初与寿期中较硬的中子能谱具有相对较长的中子平均自由程，功率分布会更加平坦，通过简单的富集度和毒物分区以及低泄漏布置即可展平堆芯功率，寿期初与寿期中平坦的堆芯功率分布也有利于寿期末功率分布的展平，同时较硬能谱带来的低堆芯剩余反应性可为寿期初与寿期中难以满足的“卡棒”准则等反应性控制设计带来便利。

鉴于此，本发明提出一种延长堆芯寿期的堆芯结构及运行方法，用以降低寿期初堆芯反应性控制难度，有效延长堆芯寿期，提高堆芯燃料利用率。

发明内容

本发明的目的在于：

本发明的目的在于提供一种延长堆芯寿期的堆芯结构及运行方法，用以降低寿期初堆芯反应性控制难度，有效延长堆芯寿期，提高堆芯燃料利用率，进而有效提高反应堆堆芯性能。

本发明采用的技术方案：

一种延长堆芯寿期的堆芯结构，包括燃料棒、谱移控制棒，任意三根燃料棒呈三角形排列，燃料棒间布置谱移控制棒，谱移控制棒在堆芯内呈均匀对称布置，谱移控制棒沿轴向分为三段，由上至下依次为谱移控制棒中子吸收材料、谱移控制棒中间过渡材料和谱移控制棒慢化剂材料。

所述谱移控制棒为粗谱移控制棒，即一根粗谱移控制棒占据7根或23根燃料棒的位置。

所述谱移控制棒为细谱移控制棒，即一根细谱移控制棒占据1根燃料棒的位置。

所述燃料棒为UO₂燃料棒。

所述谱移控制棒分为安全棒A棒组、调节棒B棒组和补偿棒C棒组。

所述谱移控制棒等效细棒的数目为燃料棒数目的1/10-1/5，其中粗谱移控制棒占据7根燃料棒即等效为7根细棒，粗谱移控制棒占据23根燃料棒即等效为23根细棒。

所述燃料棒燃料富集度范围可为10％-90％。

一种延长堆芯寿期的堆芯结构的运行方法，包括快谱运行段和谱移运行段两个部分。