一种乏燃料组件的核素成分分析方法以及分析装置与流程

本发明属于核工业，具体涉及一种乏燃料组件的核素成分分析方法以及分析装置。

背景技术：

1、临界安全分析是乏燃料处理、运输或贮存设计的重要方面，直接关系到核安全问题。燃耗信用制方法作为一种用于核临界安全分析的方法，与传统的将乏燃料看作具有最高富集度、未辐照过的新燃料的分析方法不同，燃耗信用制方法考虑了由于燃料随堆芯辐照和冷却时间增加引起的反应性的整体降低，挖掘了一定的计算裕量，因而提升了采用该方法进行核临界安全设计的核设备或核设施的经济性。

2、目前国内大部分核电厂的乏燃料贮存系统设计时均采用了燃耗信用制方法，乏燃料后处理厂的核临界安全设计也正逐步应用燃耗信用制方法。

3、通过燃耗信用制方法来开展乏燃料的临界安全分析，首先需要确定可靠、保守的乏燃料核素成分。目前，主要通过燃耗计算的方法来得出乏燃料的核素成分。为此，在乏燃料核素成分分析时，需要选用一套核素成分的燃耗计算的参数组合。该组合包括但不限于乏燃料组件的功率、燃料温度、冷却剂密度和温度、可溶硼浓度、可燃毒物类型及数量等。其中，控制棒的插入情况也是一个重要考虑因素。控制棒通常由上往下地插入乏燃料组件中，用于补偿燃料消耗、调节功率分布和功率水平、堆芯快速停堆等。控制棒的插入情况会影响到燃耗计算的准确性，进而影响到对于乏燃料的反应性的判断。

4、目前部分核反应堆型采用机械补偿运行模式。在机械补偿运行模式的运行过程中，控制棒组以一定次序交替插入堆芯，并定期进行插入次序的转换交替。因此，一个燃料循环中，控制棒组的插入深度会发生周期性的变化。然而，变化规律较为复杂，这给乏燃料核素成分分析时如何考虑控制棒的插入情况提出了较大困难。在以往的分析工作中，一般采用标准为：乏燃料组件一定轴向分段数之下的各轴向分段，均按照插入灰棒控制棒的情况来进行燃耗计算。而实际上乏燃料组件下部的各轴向分段内，仅有较小比例的灰棒控制棒插入乏燃料组件中。此种分析方法过于保守，其高估了乏燃料组件在贮存、运输、后处理过程中应用燃耗信用制时的反应性，不利于提高临界安全设计的经济性。

5、目前，研发人员在乏燃料后处理设施燃耗信用制的应用方面开展了研究和应用，但并未对机械补偿运行模式反应堆乏燃料组件临界安全分析用核素成分分析给出相关方法或流程。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种乏燃料组件的核素成分分析方法以及分析装置，该方法能够对乏燃料组件进行核素成分分析，且分析结果准确，利于提高临界安全设计的经济性。

2、根据本发明第一方面的实施例，提供一种乏燃料组件的核素成分分析方法，包括：

3、s1：分别获取堆芯中的ao控制棒组和机械补偿控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，

4、s2:根据所述ao控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，获取所述ao控制棒组的计算分段数n，

5、s3：根据所述机械补偿控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，获取所述机械补偿控制棒组的最大燃耗深度比例zk，

6、s4：根据所述ao控制棒组插入的计算分段数n以及所述机械补偿控制棒组的最大燃耗深度比例zk，对所述乏燃料组件的各轴向分段进行燃耗计算，以得出所述乏燃料组件的各轴向分段的核素成分。

7、优选的，所述步骤s1中，获取堆芯中的ao控制棒组和机械补偿控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，包括如下步骤：模拟堆芯在机械补偿运行模式下首循环至平衡循环的燃料循环过程，以得出所述ao控制棒组和机械补偿控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据。

8、优选的，步骤s2具体包括：获取所述乏燃料组件的轴向分段数目，根据所述ao控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，得出ao控制棒组的最大平均插入深度p，根据所述乏燃料组件的轴向分段数目和所述最大平均插入深度p，确定出所述ao控制棒组的计算分段数n。

9、优选的，根据所述ao控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，得出ao控制棒组的最大平均插入深度p，包括如下步骤：对所述ao控制棒组在每个燃料循环内的棒位数据进行燃耗深度加权平均计算，求出所述ao控制棒组在各燃料循环内的平均插入深度pi，比较所述ao控制棒组在各燃料循环内的平均插入深度pi，选出其中的最大值，作为所述ao控制棒组的最大平均插入深度p。

10、优选的，根据所述乏燃料组件的轴向分段数目和所述最大平均插入深度p，确定出所述ao控制棒组的计算分段数n，包括如下步骤：根据所述乏燃料组件的轴向分段数目，得出所述轴向分段与所述ao控制棒组的棒位数据的对应关系，通过所述ao控制棒组的棒位数据的对应关系，得出所述ao控制棒组的最大平均插入深度p所对应的轴向分段数，即为所述ao控制棒组的计算分段数n。

11、优选的，所述步骤s3中，根据所述机械补偿控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，获取所述机械补偿控制棒组的最大燃耗深度比例zk，包括如下步骤：根据所述机械补偿控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，得出所述机械补偿控制棒组在各燃料循环中的最大插入深度，根据所述乏燃料组件的轴向分段数目，得出所述轴向分段与所述机械补偿控制棒组的棒位数据的对应关系，通过所述机械补偿控制棒组的棒位数据的对应关系，得出所述机械补偿控制棒组在各燃料循环中的最大插入深度所对应的轴向分段数，根据所述轴向分段数，进行燃耗深度加权平均计算，得出所述机械补偿控制棒组在各燃料循环中的燃耗深度比例zik，比较所述机械补偿控制棒组在各燃料循环中的燃耗深度比例zik，选出其中最大值，即为所述机械补偿控制棒组的最大燃耗深度比例zk。

12、优选的，所述燃耗深度比例zik为所述乏燃料组件的各轴向分段中插入所述机械补偿控制棒时增加的燃耗深度占全部燃耗深度的比例。

13、优选的，所述步骤s4中，根据所述ao控制棒组插入的计算分段数n以及所述机械补偿控制棒组的最大燃耗深度比例zk，对所述乏燃料组件的各轴向分段进行燃耗计算，包括如下步骤：判断所述轴向分段是否为所述乏燃料组件上端的前n段：若是，则对所述轴向分段按照插入ao控制棒的计算参数进行燃耗计算；若否，则继续判断所述轴向分段的燃耗深度比例是否处于100％-zk范围内：若是，则对所述轴向分段按照不插入控制棒的计算参数进行燃耗计算；若否，则对所述轴向分段按照插入机械补偿控制棒的计算参数进行燃耗计算。

14、优选的，所述方法还包括步骤：s5：通过各轴向分段的核素成分，得出所述乏燃料组件中的各核素成分的总占比。

15、根据本发明第二方面的实施例，提供一种乏燃料组件的核素成分分析装置，包括棒位数据模块、ao棒组分段模块、燃耗比例模块以及燃耗计算模块，所述棒位数据模块，用于分别获取堆芯中的ao控制棒组和机械补偿控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，所述ao棒组分段模块，与所述棒位数据模块连接，用于根据所述ao控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，获取所述ao控制棒组的计算分段数n，所述燃耗比例模块，与所述棒位数据模块连接，用于根据所述机械补偿控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，获取所述机械补偿控制棒组的最大燃耗深度比例zk，所述燃耗计算模块，与所述ao棒组分段模块和所述燃耗比例模块连接，用于根据所述ao控制棒组插入的计算分段数n以及所述机械补偿控制棒组的最大燃耗深度比例zk，对所述乏燃料组件的各轴向分段进行燃耗计算，以得出所述乏燃料组件的各轴向分段的核素成分。

16、优选的，所述ao棒组分段模块包括轴向分段单元、平均插入深度单元和判定单元，所述轴向分段单元，用于获取所述乏燃料组件的轴向分段数目，所述平均插入深度单元，与所述棒位数据模块连接，用于根据所述ao控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，得出ao控制棒组的最大平均插入深度p，所述判定单元，与所述轴向分段单元和所述平均插入深度单元连接，用于根据所述乏燃料组件的轴向分段数目和所述最大平均插入深度p，确定出所述ao控制棒组的计算分段数n。

17、优选的，所述燃耗比例模块包括最大插入深度单元、对应单元、分段确定单元、燃耗深度比例单元和选值单元，所述最大插入深度单元，用于根据所述机械补偿控制棒组在各燃料循环内的各燃耗点的棒位数据，得出所述机械补偿控制棒组在各燃料循环中的最大插入深度，所述对应单元，用于根据所述乏燃料组件的轴向分段数目，得出所述轴向分段与所述机械补偿控制棒组的棒位数据的对应关系，所述分段确定单元，与所述对应单元连接，用于通过所述对应关系，得出所述机械补偿控制棒组在各燃料循环中的最大插入深度所对应的轴向分段数，所述燃耗深度比例单元，与所述分段确定单元连接，用于根据所述轴向分段数，得出所述机械补偿控制棒组在各燃料循环中的燃耗深度比例zik，所述选值单元，与所述燃耗深度比例单元连接，用于通过比较所述机械补偿控制棒组在各燃料循环中的燃耗深度比例zik，选出其中最大值，即为所述机械补偿控制棒组的最大燃耗深度比例zk。

18、优选的，所述燃耗计算模块包括判断单元和计算单元，所述判断单元，与所述计算单元连接，用于判断所述轴向分段是否为所述乏燃料组件上端的前n段：若是，则向所述计算单元发出第一信号，若否，则判断所述轴向分段的燃耗深度比例是否处于100％-zk范围内：若是，则向所述计算单元发出第二信号，若否，则向所述计算单元发出第三信号，所述计算单元用于在接收到第一信号时，对所述轴向分段按照插入ao控制棒的计算参数进行燃耗计算，或者，在接收到第二信号时，对所述轴向分段按照不插入控制棒的计算参数进行燃耗计算，或者，在接收到第三信号时，对所述轴向分段按照插入机械补偿控制棒的计算参数进行燃耗计算。

19、本发明中的乏燃料组件的核素成分分析方法通过分别获取ao控制棒组和机械补偿控制棒组的棒位数据，并分别根据ao控制棒组和机械补偿控制棒组的棒位数据，获取ao控制棒组的计算分段数，以及机械补偿控制棒组的最大燃耗深度比例。然后，根据该计算分段数和最大燃耗深度比例来确定各轴向分段的计算参数，并依据计算参数来进行燃耗计算，从而得出乏燃料组件的各轴向分段的核素成分。因此，本乏燃料核素成分分析方法能够对乏燃料组件进行核素成分分析，且合理保守地考虑了堆芯实际运行情况，分析结果准确，能够精准地判断乏燃料组件的反应性，进而有利于提高临界安全设计的经济性。

20、本乏燃料组件的核素成分分析方法尤其适用于对机械补偿运行模式下的核反应堆乏燃料组件进行核素成分分析。