基于燃耗信任制的乏燃料貯存格架吸收體布置及其臨界安全分析

賈文宇

【摘 要】將煤耗信任制作為基礎，使用MCNP5和APOLLO的程序實現乏燃料儲存格架中的可溶硼濃度研究種子有效增值因子（Keff）影響，并且分析中子毒物類型與布置方式對于中子有效增值因子。通過本文的研究結果表示，格架中的可溶硼濃度變化改變Keff變化速度在富集度不斷升高過程中不斷的緩慢，具備近似線性的改變。格架中的中子毒物之間相互干擾效應能夠對毒物就愛只造成影響，中子毒物價值和硼不銹鋼（BSS）板間距具備線性關系。以乏燃料組件之外的中子能譜分子，對中子毒物布置方案進行改進，以此使乏燃料儲存系統中的臨界經濟性和安全性得到提高。

【關鍵詞】煤耗信任制;燃煤儲存格吸收體;臨界安全

中圖分類號： TL24 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）14-0068-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.031

Arrangement and Critical Safety Analysis of Absorber of Spent Fuel Storage Framework

Based on Burnup Trust System

JIA Wen-yu

（Zhengzhou branch of China nuclear power engineering co.， LTD.， Zhengzhou Henan 450000， China）

【Abstract】Based on the trust of coal consumption， the soluble boron concentration in spent fuel storage grid was realized by using the program of MCNP5 and APOLLO to study the effect of seed effective value-added factor （Keff）. The effective increment factor of neutron poison type and arrangement for neutrons is analyzed. The results of this paper show that the change of soluble boron concentration in the framework changes the change rate of Keff slowly and has an approximate linear change in the process of increasing enrichment. The mutual interference effect between neutrons in the framework can only affect the poison love， the value of neutrons and boron stainless steel （BSS）.There is a linear relationship between the plates. The neutron poison arrangement scheme is improved by using the neutrons energy spectrum molecules outside the spent fuel assembly， so that the critical economy and safety of the spent fuel storage system can be improved.

【Key words】Coal consumption trust system; Coal-fired storage absorber; Critical safety

將燃煤信任制作為基礎的乏燃料貯存格架臨界安全進行分析的主要目的就是對各個保守性因素考慮，實現可裝載乏燃料組件初始燃料與富集度關系曲線的創建，也就是裝載曲線。現代非能動核電廠使用復雜控制策略與堆芯設計，比如使用機械補償（MSHIM）運行的方式，使用組合可燃毒物等，都會影響到乏燃料組件燃耗的精準分析，要充分考慮燃耗信任制技術。

1 分析方法

本文在分析過程中利用美國核管會核安全專用的軟件，也就是SCALE程序包實現計算。此程序包通過美國橡樹嶺國家實驗室進行開發，主要包括實現屏蔽計算與物理計算等任務多種程序模塊。本文在計算過程中利用高自動化控制模塊，其主要的功能就是根據相應順序對各個相應功能模塊進行調用，利用燃煤信任制技術計算乏燃料系統臨界與煤耗。通過ORIGEN-S實現燃耗計算，貯存系統臨界分析通過多群蒙特卡洛程序實現。

2 組件的計算模型

在計算組件煤耗的時候，能夠以煤耗深度核素密度，利用硬化中子能譜使消耗的125U得到降低，使238U轉變成為239U得到提高，在分析臨界安全的過程中，利用保守核素密度實現。中子能譜和中子吸收體和慢化劑具有密切的關系。降低慢化劑的慢化能力，能夠提高能譜硬度;增加中子吸收體，能夠增強能譜。中子吸收體指的是燃料棒整體型導向管中控制棒、可燃讀物慢化劑可溶硼。

第三代非能動壓水堆核電廠一般利用低泄漏裝載模式與不同時間段相互交替平衡的循環燃料管理，燃料組件最高的初始富集度設置為4.95%，并且具備不同數量IFBA棒，并且將3.2%富集度芯塊應用到活性區軸向兩端。以不同計算燃料管理的策略，和乏燃料貯存格架分析，通過平均燃耗42.6GW.d/t（U）成為初始富集度乏燃料組件在儲存格架燃耗限制存儲。

和各個中子能譜硬化因子進行全面考慮，使用乏燃料組件成為乏燃料格架臨界設計標準組件。在計算煤耗的過程中，設置慢化劑溫度為323.37℃，設計熱功率為3400MW，相應密度設計為0.6709g/cm3，硼濃度設置為10-3，一直插入控制棒[1]。

3 臨界安全分析

3.1 乏燃料貯存格架

乏燃料貯存格架，乏燃料貯存格架為9*9的格架，本文分析貯存格架是在乏燃料貯存水池區中存儲，使用MCNP5程序創建儲存格架臨界安全分析模型，徑向使用全反射邊界條件，格架的中心距離設置為23.8cm，單塊BSS中子毒物厚度設置為0.3cm，硼不銹鋼板板中的天然硼含量設置為1.7%。假如在常壓常溫中，然里啊儲存格局在新型燃料組件中貯存，慢化劑逐漸把其淹沒。

3.2 乏燃料貯存池

乏燃料水池能夠對乏燃料貯存提供空間，水池的深度設置為12.95m，通過混凝土填充結構模塊構成，乏燃料水池在設計過程中使用不銹鋼鋼復面。一般池水中的硼質量分數設置為0.0027%，乏燃料貯存格架能夠對高預期富集度進行存儲。乏燃料貯存各家在乏燃料水池中放置，各個貯存小室之間利用小室全長中的不同標高支撐進行連接，并且在底部厚底板中進行連接，不連接水池結構。乏燃料組件在高密度乏燃料貯存格架中貯存，格架匯總的吸收材料能夠對足夠次臨界安全裕度進行保證。

3.3 可溶酶對Keff影響

通過以上模型對乏燃料貯存水池Keff在可溶硼濃度改變進行計算，在可溶硼鵬濃度處于500*10-6范圍中，兩者逐漸出現近似二次衰減關系。針對不同富集度E與燃耗乏燃料，反應性Keff根據硼濃度B變化的關系式為：

keff=a*B2+b*B+c

其中a、b與c都是和燃料富集度有關系的常數，其和富集度E的關系為：

a=-7.21*10-7*E+5.73*10-8

b=-1.907*10-3*E+5.73*10-4

c=-5981*E3-772*E2+38.875+0.4672

以此表示，keff和可溶硼濃度具備二次衰減的關系，衰減速度和燃料富集度具有密切的關系。通過以上公式可以看出來，因為a值比較小，在處于低可溶硼濃度過程中，表示可溶硼濃度和keff為線性關系。

3.4 中子毒物布置的影響

保證單一格架中子毒物材料縱梁與格架節距不發生變化，使相同數量BBS材料設置成為和CPR機組反應堆控制棒結構相同，keff在吸收體布置方式改變，燃料中子能譜會對格架中BSS板布置方式造成影響，對于keff造成較大的影響。在燃料組件中子能譜增強的過程中，此種影響效果也在不斷地加強，格架BSS中子毒物也會影響到keff。所以，在格架設計過程中，要對中子吸收與中子隔斷兩個作用進行全面考慮。

3.5 中子毒物價值

控制棒價值和其處于的中子通量密度平方具有正比關系，所以在設計格架過程中，中子毒物相互干擾效應就是對其價值影響的主要因素。在布置中子毒物的過程中，研究keff影響。另外，保證小室節距保持在23.8cm中，對BSS板布置位置進行調整。保證小室寬度設置為22.2cm，對小室中心距進行調整。BBS板距組件的中心距離設置為22.2-23.4cm，小室節距設置為23.4cm-24.6cm之間改變，keff具備線性變化[2]。

4 結束語

本文將某核電站二期乏池可溶硼濃度和中子毒物實現研究，通過研究結果表示，可溶硼濃度和反應性變化具備近近似線性的關系。格架中的中子毒物相互干涉效應是對中子毒物價值影響的主要原因，種中子毒物價值和距離具備線性變化關系。在結局設置為23.8cm的時候，BSS板間距增加0.2cm，增加總價值470*10-5。

【參考文獻】

[1]肖盾，于濤，謝金森，et al.乏燃料貯存燃耗信任制計算的敏感元素分析[J].核電子學與探測技術，2016，36（2）：184-188.

[2]張佳，于濤，謝金森，et al.AP1000乏燃料池臨界安全及影響因素初步研究[J].南華大學學報（自然科學版），2016，30（1）：335.