快中子脉冲堆安全限值与限制条件分析
发布时间：2021-09-24 04:22
核安全在核设施的设计、建造以及运行等方面都是至关重要的一环。实现核安全的目标,主要包括辐射防护目标与技术安全目标。快中子脉冲堆能够在超瞬发临界状态运行,产生可控强中子与γ脉冲的核反应堆,主要应用于国防科研以及核数据实验等方面。在其超临界运行过程中产生脉冲功率,依靠堆芯自膨胀效应引发的反应性下降进行停堆,整个运行过程持续几十至几百微秒。其安全限值与常规稳态运行的反应堆有较大不同,在脉冲爆发过程中,堆芯在短时间内获得较大温升,堆芯材料会受到较强的热冲击应力,在过高的功率条件下有堆芯损伤发生的可能。裂变产生的绝大部分能量都转化为热能使堆芯温度升高几十到几百摄氏度,热冲击应力以及材料的温度是对堆芯从核安全目标出发,核设施必须确定其运行的安全限值,对核装置的运行参数进行限制,保证在核设施运行过程中参数保持在安全水平之内。在快中子脉冲堆的运行是超临界瞬态的运行方式,每次爆发的产额在混凝土墙壁的屏蔽下对公众及环境的影响极低。分析得到堆芯安全的影响主要来源于其超临界脉冲运行中的高温升以及热应力。本文以Godiva Ⅳ快中子脉冲堆为研究对象,基于确定论方法,通过对比其他反应堆的安全限值选取原则,考虑快中...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１爆发脉冲时堆反应性、功率、温度随时间变化图??（ａ＞堆反应性随时间变化：（ｂ）堆内裂变率随时间变化；（ｃ）堆内温度随时间变化??在早期以纯铀金属作为堆芯的快中子脉冲堆，脉冲堆脉冲产额主要由铸造铀金属的??
??嘈戳说愣鸭扑愠绦颍??檬笛椴獾玫亩研靖悍矗崳?应性系数，对Ｇｏｄｉｖａ?ＩＶ的脉冲爆发瞬态响应过程的裂变率变化曲线进行了计算，计算??流程如图３．２所示。在确定反应堆的中子代时间、缓发中子先驱核浓度、缓发中子先驱??核衰变常数等条件后，加入反应堆的初始反应性后进行一步迭代。迭代完成后可以获得??下一步长的堆芯核数据参数，并且由公式（３－４）可以得到堆芯在时间步长之间的裂变??率。??由式（３－２）可知由裂变率积分，获得堆芯在时间步长Ａｔ中的裂变数后，结合平均??单次裂变释放能量￡／，堆芯燃料总质量，以及铀钼合金材料的定压比热容可以获得堆??芯平均温升。在２０丨３年Ｇｏｄａ?ｊ．Ｍ．［２６］关于Ｇｏｄｉｖａ丨Ｖ的相关报告中测得其反应性温度系??数为－０．３?０／°Ｃ，将得到的新时刻温升数据代入（３－６）式后，结合堆芯的温度负反馈系??数，便可以获得新时刻的反应性ｔｎ＋１时刻反应性ｐ（Ｗｉ）。将更新后的核数据以及反应性??带回式（３－４）与式（３－５）再进行下次迭代，至时间结束时刻停止循环，完成一次脉冲??爆发过程的计算。????确定卢、义／、Ｚ、／？、Ｃｐ等＇??确定初始条件??；Ｋ〇）；Ｃ
?真空??图３．２单个中子随机历程示意??图３．２显示了蒙特卡洛方法中一个中子射入物质后的随机历程。首先，根据中子与??物质之间相互作用的物理规律（分布函数），以选取随机数的方式决定中子在何处与原??子核碰撞，本例中在１处碰撞；随后再次用抽取随机数的方法决定中子与原子核发生了??哪种反应，这里抽出的是非弹性散射反应；散射中子的能量和向哪个方向飞行也是用抽??取随机数的方法从已知的分布函数中决定的；碰撞过程中光子是否产生，并且光子的能??量、飞行方向等参数同样要通过抽取随机数从己知分布中决定，这里产生了一个光子，??在蒙特卡洛程序中该光子暂时被存储起来，散射后的中子在２处与原子核发生（ｎ，２ｎ）裂??变反应，同时产生两个新的中子和一个光子，裂变产生的光子和一个中子被存储起来，??现在开始对另外一个中子进行跟踪。这个中子在３处被俘获
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于计算流体动力学方法的氟盐冷却高温堆安全限值分析[J]. 戈剑,郑向阳,詹佳硕,左嘉旭,靖剑平,张大林,田文喜,秋穗正,苏光辉. 科学技术与工程. 2017(22)
[2]基于反应性温度系数的金属型脉冲堆波形计算[J]. 高辉,钟力晗,梁文峰,宋凌莉. 原子能科学技术. 2017(05)
[3]10 MW固态燃料熔盐实验堆安全分析关键技术初步研究[J]. 左嘉旭,高新力,李朝君,宋维,王昆鹏,刘巧凤,靖剑平,张春明. 核技术. 2017(04)
[4]固态钍基熔盐堆堆芯核设计安全限值研究[J]. 王昆鹏,左嘉旭,靖剑平,攸国顺,张大林,刘利民. 科学技术与工程. 2016(03)
[5]燃料元件在热冲击下基于ANSYS的动态响应仿真[J]. 梁文峰,邱东,杨成德,范晓强,谢奇林,尹延朋. 科学技术与工程. 2014(20)
[6]反应性动态加入对脉冲堆中子脉冲波形的影响[J]. 高辉,刘晓波,范晓强. 核动力工程. 2013(02)
[7]MOX燃料堆芯热工特性及设计限值研究[J]. 刘一哲,喻宏,田和春. 核科学与工程. 2009(03)
[8]快中子脉冲反应堆爆发脉冲时堆体应力分布的数值模拟[J]. 邱东. 核动力工程. 2004(01)
[9]快中子脉冲堆动力学特性研究[J]. 李兵,范晓强,邓门才. 核电子学与探测技术. 2001(04)
[10]快中子脉冲堆特性参数数值计算[J]. 邱东. 原子能科学技术. 2000(S1)
本文编号：3407087
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１爆发脉冲时堆反应性、功率、温度随时间变化图??（ａ＞堆反应性随时间变化：（ｂ）堆内裂变率随时间变化；（ｃ）堆内温度随时间变化??在早期以纯铀金属作为堆芯的快中子脉冲堆，脉冲堆脉冲产额主要由铸造铀金属的??
??嘈戳说愣鸭扑愠绦颍??檬笛椴獾玫亩研靖悍矗崳?应性系数，对Ｇｏｄｉｖａ?ＩＶ的脉冲爆发瞬态响应过程的裂变率变化曲线进行了计算，计算??流程如图３．２所示。在确定反应堆的中子代时间、缓发中子先驱核浓度、缓发中子先驱??核衰变常数等条件后，加入反应堆的初始反应性后进行一步迭代。迭代完成后可以获得??下一步长的堆芯核数据参数，并且由公式（３－４）可以得到堆芯在时间步长之间的裂变??率。??由式（３－２）可知由裂变率积分，获得堆芯在时间步长Ａｔ中的裂变数后，结合平均??单次裂变释放能量￡／，堆芯燃料总质量，以及铀钼合金材料的定压比热容可以获得堆??芯平均温升。在２０丨３年Ｇｏｄａ?ｊ．Ｍ．［２６］关于Ｇｏｄｉｖａ丨Ｖ的相关报告中测得其反应性温度系??数为－０．３?０／°Ｃ，将得到的新时刻温升数据代入（３－６）式后，结合堆芯的温度负反馈系??数，便可以获得新时刻的反应性ｔｎ＋１时刻反应性ｐ（Ｗｉ）。将更新后的核数据以及反应性??带回式（３－４）与式（３－５）再进行下次迭代，至时间结束时刻停止循环，完成一次脉冲??爆发过程的计算。????确定卢、义／、Ｚ、／？、Ｃｐ等＇??确定初始条件??；Ｋ〇）；Ｃ
?真空??图３．２单个中子随机历程示意??图３．２显示了蒙特卡洛方法中一个中子射入物质后的随机历程。首先，根据中子与??物质之间相互作用的物理规律（分布函数），以选取随机数的方式决定中子在何处与原??子核碰撞，本例中在１处碰撞；随后再次用抽取随机数的方法决定中子与原子核发生了??哪种反应，这里抽出的是非弹性散射反应；散射中子的能量和向哪个方向飞行也是用抽??取随机数的方法从已知的分布函数中决定的；碰撞过程中光子是否产生，并且光子的能??量、飞行方向等参数同样要通过抽取随机数从己知分布中决定，这里产生了一个光子，??在蒙特卡洛程序中该光子暂时被存储起来，散射后的中子在２处与原子核发生（ｎ，２ｎ）裂??变反应，同时产生两个新的中子和一个光子，裂变产生的光子和一个中子被存储起来，??现在开始对另外一个中子进行跟踪。这个中子在３处被俘获
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于计算流体动力学方法的氟盐冷却高温堆安全限值分析[J]. 戈剑,郑向阳,詹佳硕,左嘉旭,靖剑平,张大林,田文喜,秋穗正,苏光辉. 科学技术与工程. 2017(22)
[2]基于反应性温度系数的金属型脉冲堆波形计算[J]. 高辉,钟力晗,梁文峰,宋凌莉. 原子能科学技术. 2017(05)
[3]10 MW固态燃料熔盐实验堆安全分析关键技术初步研究[J]. 左嘉旭,高新力,李朝君,宋维,王昆鹏,刘巧凤,靖剑平,张春明. 核技术. 2017(04)
[4]固态钍基熔盐堆堆芯核设计安全限值研究[J]. 王昆鹏,左嘉旭,靖剑平,攸国顺,张大林,刘利民. 科学技术与工程. 2016(03)
[5]燃料元件在热冲击下基于ANSYS的动态响应仿真[J]. 梁文峰,邱东,杨成德,范晓强,谢奇林,尹延朋. 科学技术与工程. 2014(20)
[6]反应性动态加入对脉冲堆中子脉冲波形的影响[J]. 高辉,刘晓波,范晓强. 核动力工程. 2013(02)
[7]MOX燃料堆芯热工特性及设计限值研究[J]. 刘一哲,喻宏,田和春. 核科学与工程. 2009(03)
[8]快中子脉冲反应堆爆发脉冲时堆体应力分布的数值模拟[J]. 邱东. 核动力工程. 2004(01)
[9]快中子脉冲堆动力学特性研究[J]. 李兵,范晓强,邓门才. 核电子学与探测技术. 2001(04)
[10]快中子脉冲堆特性参数数值计算[J]. 邱东. 原子能科学技术. 2000(S1)
本文编号：3407087
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