燃料棒徑向功率密度分布敏感性分析

涂曉蘭　馬永強　馮晉濤

【摘 要】燃料芯塊中的徑向功率密度分布為燃料元件性能分析程序的重要參數。本文針對UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒對影響徑向功率密度分布的因素進行了敏感性分析，確定影響徑向功率密度分布的關鍵參數，并研究了各關鍵參數的影響數學模型，為形成燃料棒熱力學性能分析軟件FUPAC徑向功率密度分布模型奠定基礎。

【關鍵詞】徑向功率密度分布；UO2-Gd2O3燃料棒；IFBA燃料棒

0 引言

燃料芯塊中的徑向功率密度分布為燃料元件性能分析程序的重要參數，將會影響燃料中的溫度分布計算。國際上通常事先應用中子學輸運計算程序計算提供各種情況下燃料棒徑向功率密度分布參數，然后燃料棒熱力學性能分析程序根據實際參數插值得到真實的徑向功率密度分布，采用這種方式的國際知名燃料棒熱力學性能分析程序有COPERNIC[1]等。但是COPERNIC等程序采用的中子學-熱力學分離方式適用于UO2燃料棒，對UO2-Gd2O3燃料棒和IFBA燃料棒不再適用。因此本文針對UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒對影響徑向功率密度分布的因素進行了敏感性分析，以確定影響徑向功率密度分布的關鍵參數，并研究了各關鍵參數的影響數學模型，為形成同時適用于UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒的功率密度分布模型奠定基礎。

從徑向功率密度的計算公式可知，影響功率密度的參數有芯塊半徑、富集度、釓質量百分比、燃耗、冷卻劑密度、燃料密度、燃料溫度等，若同時考慮所有這些變量會形成一維度很大的功率密度表，這對插值造成巨大的困難，影響程序的計算速度。因此需對這些變量進行敏感性分析，提取對徑向功率密度影響較大的參數，舍去一些對徑向功率密度不敏感的參數，以提高計算精度同時提高計算的效率

1 影響功率密度分布因素敏感性分析

本文采用KYLIN-1[2]程序對芯塊半徑、富集度、釓質量百分比、ZrB2涂層、燃耗、冷卻劑密度、燃料密度、燃料溫度單獨進行敏感性分析。具體的分析方法是，首先對每個變量選取基準值，分析時將半徑劃分為等面積的20個環進行計算，燃料溫度選取一個分布值進行計算。 在對每個變量進行分析時，其它參數保持基準值，計算每個變量對徑向功率密度引起的變化。

經分析燃耗、富集度、釓質量百分比和燃料密度對徑向功率密度分布影響最大，燃耗因素影響最大偏差達42%，富集度最大偏差為10%，釓質量百分比最大偏差為20%，燃料密度最大偏差為8%，距徑比和燃料溫度對徑向功率密度分布有一定影響，芯塊半徑對外圍的值影響較大，冷卻劑密度對徑向功率密度分布影響較小。

2 影響徑向功率密度關鍵參數影響數學模型

由于每個參數對徑向功率密度分布影響的方式不一致，因此需要研究各關鍵參數影響徑向功率密度密度的數學模型。經敏感性分析可知，燃耗、富集度、釓質量百分比和燃料密度對徑向功率密度分布影響較大，因此需要研究燃耗、富集度、釓質量百分比和燃料密度的影響數學模型。

因此本文考慮由KYLIN-1程序計算多個平均燃料密度點的徑向功率密度分布，采用二次拉格朗日插值計算真實平均燃料密度的徑向功率密度分布，然后根據真實的燃料密度的徑向功率密度分布應用上式進行加權。方程（1）同樣適用于IFBA燃料棒。

3 結論

本文針對UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒，對影響徑向功率密度分布的參數進行敏感性分析，經分析燃耗、富集度、釓質量百分比和燃料密度對徑向功率密度分布影響較大，同時研究了各關鍵參數的影響數學模型，為為形成燃料棒熱力學性能分析軟件FUPAC徑向功率密度分布模型奠定基礎。

【參考文獻】

[1]J.L.JACOUD，Ph.VESCO，DESCRIPTION AND QUALIFICATION OF THE COPERNIC/TRANSURANUS（UPDATE OF MAY 2000）FUEL ROD DESIGN CODE[R].2000.

[2]柴曉明，馬永強，王育威，等.堆芯中子學程序系統SARCS-4.0的開發及初步驗證[J].核動力工程，2013，34（S1）.

[責任編輯：劉展]