一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法及系统与流程

本发明涉及反应堆堆芯燃料管理和运行，具体为一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法及系统。

背景技术：

1、球床式高温气冷堆的燃料元件不同于传统压水堆燃料组件，一般是直径6cm球形元件，整个堆芯布置上万个甚至几十万个这样的燃料元件。

2、球床式高温气冷堆的燃料装载过程也不同于压水堆，后者是一次将燃料组件装满整个堆芯。而球床式高温气冷堆是在堆芯下部首先装入一定高度的纯石墨球(外形和燃料元件一样，只是不含铀)垫层，然后在石墨球垫层上面装入一定高度和混合燃料(燃料元件和石墨球按一定配比组成的混合球)，达到初始满装载高度，完成首次装料。首次装料后开始建立初装堆芯，即反应堆在一定功率下运行，堆芯在初始满装载高度上继续装入混合燃料，使混合燃料达到整个活性段高度，然后逐步卸出纯石墨球垫层的石墨球，同时在堆芯上部添加等量的混合燃料，这样纯石墨球垫层高度逐渐降低，混合燃料高度逐渐增加，直到整个活性段全部由混合燃料构成，完成初装堆芯建立。

3、因此，可以将初装堆芯建立过程描述为在初始满装载高度上增加混合燃料装载到活性段高度，到卸出纯石墨球垫层实现堆芯活性段全部混合燃料装载的过程。在初装堆芯建立过程中，主要花费时间的是卸出纯石墨球垫层的时间，往往在数月以上，原因在于该阶段堆芯燃料元件数量少，反应堆后备反应性小，加上单个燃料元件的功率限制，反应堆运行功率较低，装换料速度慢(装换料速度和反应堆功率成正比)。因此，如果在初始满装载时能减少石墨球垫层的高度，或者说增大混合燃料的装载高度/装载量，就可以缩短初装堆芯建立的时间(纯石墨球垫层的石墨球数量减少，卸出时间减少)。另外，增大初装堆芯混合燃料的装载量，由于燃料元件增多，单个燃料元件的平均功率就可以降低，在初装堆芯建立过程中就可以适当提高反应堆运行功率，这就又增大了石墨球卸出速度，进一步缩短初装堆芯建立时间。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、本发明实施例的第一方面，提供一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法，包括：根据各组件的材料和结构参数建立球床式高温气冷堆首次装料及初装堆芯建立过程的物理计算模型；在石墨球、燃料元件或者二者中增加可燃毒物，利用所述物理计算模型选择可行的可燃毒物添加方案；针对所述可行的可燃毒物添加方案进行首次装料及初装堆芯建立过程安全评价，并根据所述安全评价的结果选择最优的可燃毒物添加方案。

4、作为本发明所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：所述各组件的材料和结构参数包括堆芯的直径和高度、燃料元件装的载量和富集度、以及控制棒、吸收球、石墨堆内构件、碳堆内构件、金属堆内构件的材料和结构参数。

5、作为本发明所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：所述物理计算模型的建立包括，

6、将堆芯活性区在半径方向分成若干个等截面积的直线流道，所述直线流道按照由中心到边缘的顺序，在轴向方向依次进行分层；

7、将全堆划分为若干个体积相等的“谱区”，作为能谱计算和燃料循环模拟的基本单元，石墨球垫层、混合燃料元件在所述轴向方向上从上向下逐层流动，在所述半径方向上假定各所述直线流道间没有横向流动，实现堆芯球流的模拟和物理计算模型的建立；

8、所述物理计算模型建立后，根据计算数据评价混合球配比、运行功率、一回路流量、燃料元件富集度、循环次数对堆芯安全参数的影响，得到敏感性参数，根据所述敏感性系数选择可行的可燃毒物添加方案。

9、作为本发明所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：所述可燃毒物添加方案的选择包括，

10、考虑到石墨球在初装堆芯建立过程中会直接卸出堆芯，对后续反应堆运行的影响远小于燃料元件，优选在石墨球中添加可燃毒物，根据具体的物理计算结果和运行要求，在燃料元件及两者中都添加可燃毒物；

11、通过增大球床式高温气冷堆初始满装载混合燃料装量，降低纯石墨球垫层高度，就可缩短初装堆芯建立时间，即添加可燃毒物可在原有堆芯装载基础上引入一定的负反应性，减小后备反应性，从而增大所述球床式高温气冷堆初始满装载混合燃料装量；

12、所述可燃毒物的负反应性的计算包括，

13、keff＝ε·p·f·η·ps·pd

14、其中，s表示快中子增殖因数，p表示逃脱共振吸收概率，f表示热中子利用系数，η表示有效裂变中子数，ps表示慢化不泄露概率，pd表示扩散不泄露概率；

15、在混合燃料装载一定的情况下，往堆芯添加可燃毒物，所述可燃毒物吸收一部分中子，所有被吸收热中子数份额增加导致所述热中子利用系数降低，从而降低堆芯的反应性，公式表示为：

16、

17、其中，表示堆芯的反应性。

18、作为本发明所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：还包括，

19、所述可燃毒物的添加量不能过多或过少，若过多添加，即使堆芯活性段全部装满混合燃料也无法临界，若过少添加对增加混合燃料装载量的作用有限，即通过所述物理计算模型进行计算选择合理的装载量。

20、作为本发明所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：所述过程安全评价包括，

21、针对选择的各可燃毒物添加方案，对首次装料及初装堆芯建立过程进行安全评价，确保所述可燃毒物添加方案的整个过程满足反应堆安全分析报告规定的安全参数的要求，且各安全限值在任何工况下不超标；

22、所述反应堆安全分析报告规定的安全参数包括反应堆一回路压力、燃料元件最高温度、单球最大功率、进出口温度以及最大卸料燃耗。

23、作为本发明所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：所述最优的可燃毒物添加方案的选择包括，

24、对于通过安全评价的可行的可燃毒物添加方案，从燃料经济性、安全裕度、初装堆芯建立时长、反应堆运行功率水平、装换料速度方面进行综合考虑，确定最优的可燃毒物添加方案。

25、本发明实施例的第二方面，提供一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的系统，包括：

26、模型建立单元，用于根据各组件的材料和结构参数建立球床式高温气冷堆首次装料及初装堆芯建立过程的物理计算模型；

27、添加方案选择单元，用于在石墨球、燃料元件中或者二者中增加可燃毒物，利用所述物理计算模型选择可行的可燃毒物添加方案；

28、评价择优单元，用于针对所述可行的可燃毒物添加方案进行首次装料及初装堆芯建立过程安全评价，并根据所述安全评价的结果选择最优的可燃毒物添加方案。

29、本发明实施例的第三方面，提供一种设备，所述设备包括，

30、处理器；

31、用于存储处理器可执行指令的存储器；

32、所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行本发明任一实施例所述的方法。

33、本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，包括：

34、所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述的方法。

35、本发明的有益效果：本发明提供的一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法及系统，降低了石墨球垫层高度，即减少了石墨球用量，将大大降低石墨球的采购费用，节约电站投资，提高经济性；同时减少了石墨球需求量，使初装堆芯石墨球的卸出数量减小，显著降低了初装堆芯建立时间；此外，本发明增大了初始满装载混合燃料的装载量，提高了初装堆建立过程的功率水平，加大了装换料速度，进一步降低了初装堆芯建立时间，缩短电站的调试期，大大提高球床式高温气冷堆的经济性。