球形燃料元件溫度分布對包覆燃料顆粒失效概率的影響

張永棟　　林　俊　　朱天寶　　張海青　　朱智勇（中國科學院上海應(yīng)用物理研究所　嘉定園區(qū)　　上海　20800）2（中國科學院大學　　北京　00049）

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球形燃料元件溫度分布對包覆燃料顆粒失效概率的影響

張永棟1，2林俊1朱天寶1張海青1朱智勇1
1（中國科學院上海應(yīng)用物理研究所嘉定園區(qū)上海201800）2（中國科學院大學北京100049）

摘要固態(tài)熔鹽堆采用TRISO（Tristructuralisotropic）包覆顆粒球形燃料元件。在運行工況下，燃料元件內(nèi)部存在一定的溫度分布，填充在燃料元件內(nèi)部不同位置的TRISO顆粒的失效概率會因此受到影響。利用體積微元的方法分析了溫度分布對包覆顆粒失效概率的影響，并進一步研究了球形燃料元件尺寸對TRISO顆粒平均失效概率的影響。結(jié)果表明，在一定的功率密度下，如果利用球心溫度或者平均溫度計算燃料元件內(nèi)部TRISO顆粒的平均失效概率，結(jié)果相比實際值會有至少一個數(shù)量級的差別；在相同功率密度和相同燃耗條件下，燃料元件直徑每減小1cm，其包覆顆粒平均失效概率降低兩個數(shù)量級左右。

關(guān)鍵詞燃料元件，TRISO顆粒，溫度分布，失效概率

中國科學院戰(zhàn)略先導科技專項（No.XDA02030200）資助

第一作者：張永棟，男，1991年出生，2013年畢業(yè)于廣西大學，現(xiàn)為碩士研究生，研究領(lǐng)域為核技術(shù)及應(yīng)用

SupportedbytheStrategicPriorityProgramoftheChineseAcademyofSciences（No.XDA02030200）

Firstauthor:ZHANGYongdong，male，bornin1991，graduatedfromGuangxiUniversityin2013，masterstudent，focusingonnucleartechnologyand application

Effects of temperature distribution on failure probability of coated particles in spherical fuel elements

ZHANGYongdong1，2LINJun1ZHUTianbao1ZHANGHaiqing1ZHUZhiyong1
1（Shanghai Institute of Applied Physics， Chinese Academy of Sciences， Jiading Campus， Shanghai 201800， China）2（University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

Abstract Background: ParticlescoatedbyTRISO（Tristructuralisotropic）embeddedinsphericalfuelelementsare usedinsolidfuelmoltensaltreactor.Temperaturedistributionduringoperationcanaffectthefailureprobabilityof TRISOparticlesembeddedindifferentpartsoffuelelements. Purpose:Thisstudyaimstoinvestigatethe temperaturedistributioneffectsonfailureprobabilityofcoatedfuelparticles.Methods:Micro-volumeelement analysisoftemperaturedistributioneffectonthefailureprobabilityofcoatedparticleswascarriedoutforthefirst time，andtheimpactofsphericalfuelelementsizeontheaveragefailureprobabilityofTRISOparticleswasalso evaluated.Results:Atagivenpowerdensity，thefailureprobabilityofTRISOparticleswouldbedeviatedbyan orderofmagnitudewheneithercoretemperatureoraveragetemperatureofthefuelelementwasusedtocalculatethe averagefailureprobability.Withthesamepowerdensityandthesameburnups，theaveragefailureprobabilityof coatedparticlescouldbeloweredbytwoordersofmagnitudethroughreducingthediameteroffuelelementby1cm. Conclusion:Itisnecessarytotakethetemperaturedistributionintoaccountforcalculatingthefailureprobabilityof coatedfuelparticles.Inaddition，itisfoundthattheaveragefailureprobabilityofcoatedfuelparticlescanbeloweredbyreducingthesizesofthefuelelement.Thismaybeaproperwaytosecurethefuelelementsworkingathighpower densities.

Key words Fuelelements，TRISOparticles，Temperaturedistribution，F(xiàn)ailureprobability

中國科學院釷基熔鹽堆（ThoriumMoltenSalt Reactor，TMSR）先導專項致力于固態(tài)燃料熔鹽堆和液態(tài)燃料熔鹽堆的研發(fā)[1]。固態(tài)燃料熔鹽堆采用以石墨為基體材料的球形燃料元件，其活性區(qū)均勻彌散有大量的TRISO（TristructuralIsotropic）顆粒[2-3]。TRISO顆粒通過四層包覆層來包覆核燃料核芯，在四層包覆結(jié)構(gòu)中SiC層最為重要，它能夠很好地阻擋放射性裂變產(chǎn)物逸出，是保證反應(yīng)堆安全運行的第一道屏障[4]。……