SiC基體TRISO燃料小型壓水堆堆芯物理設計.pdf

1、成功應用于高溫氣冷堆的TRISO燃料顆粒，因其包覆層設計特點，具有良好的阻擋裂變產(chǎn)物釋放、適應高燃耗和防核擴散等優(yōu)點，應用于中小型反應堆具有很大潛力。本文旨在結(jié)合TRISO燃料優(yōu)勢和成熟的壓水堆技術(shù)，以CASMO-4E/SIMULATE-3軟件包為工具，設計一個350MWt SiC基體UO2核芯TRISO燃料小型壓水堆堆芯，然后在該堆芯基礎(chǔ)上將TRISO顆粒的UO2核芯更換為MOX核芯，設計出全堆芯裝載MOX核芯 TRISO燃料的小型壓

2、水堆堆芯，并對設計的兩個堆芯進行堆芯物理特性和安全裕度分析。為了適應小型反應堆的特點要求，堆芯設計目標為一批換料、長壽期和無硼運行。
　　本文首先選取MCNP-4C作為基準程序，分別利用 CASMO-4E和MCNP-4C進行TRISO燃料柵格計算，通過對比不同燃料處理模型下的k∞計算結(jié)果偏差，來探討TRISO燃料雙重不均勻性對燃料均勻化計算結(jié)果的影響，從而驗證CASMO-4E進行TRISO燃料組件計算的可行性。計算結(jié)果表明，無論是

3、對于UO2核芯還是MOX核芯，TRISO燃料雙重不均勻性對燃料均勻化計算結(jié)果的影響均很小，k∞計算結(jié)果偏差在5‰以內(nèi)。故組件建模時可以對TRISO燃料區(qū)域進行均勻化處理，即可以利用 CASMO-4E進行TRISO燃料壓水堆組件計算。
　　然后，本文從堆芯設計的目標出發(fā)，以CASMO-4E/SIMULATE-3軟件包為工具，通過對TRISO燃料應用于壓水堆的性質(zhì)進行探討，完成UO2核芯TRISO燃料設計和堆芯基本方案設計。通過在 U

4、O2燃料核芯中添加 Pu-240、布置氧化釓可燃毒物棒和控制棒相結(jié)合，有效控制堆芯反應性，實現(xiàn)堆芯無硼運行。隨后，在設計的UO2核芯TRISO燃料堆芯基礎(chǔ)上，將TRISO顆粒的UO2核芯更換為MOX核芯，通過性質(zhì)對比和特性研究，設計出全堆芯裝載 MOX核芯 TRISO燃料的壓水堆堆芯。為了軟化中子能譜， MOX核芯堆芯的燃料棒柵距由2.4cm增加到2.5cm。通過氧化釓可燃毒物棒和控制棒的合理設計，MOX核芯堆芯實現(xiàn)了反應性的有效控制以