基于蒙特卡羅方法的碳化硅包殼失效概率論評價

鄧陽斌，殷 園，巫英偉，田文喜，秋穗正，蘇光輝

基于蒙特卡羅方法的碳化硅包殼失效概率論評價

鄧陽斌1，殷 園1，巫英偉2，田文喜2，秋穗正2，蘇光輝2

（1 深圳大學 核科學與核技術系，廣東 深圳 518061；2 西安交通大學 核科學與技術學院，陜西 西安 710049）

碳化硅（SiC）包殼是一種極具前景的反應堆事故容錯包殼。本文基于大量實驗數據，考慮尺寸效應開發了單相SiC材料、SiCf-SiC復合材料、多層SiC包殼的失效預測模型。基于此，采用核燃料性能分析程序開展了壓水堆燃料pin-by-pin性能分析和包殼失效概率計算，完成了全堆芯尺度包殼安全特性不確定性評價，并以失效概率最大的燃料棒為例，通過蒙特卡羅模擬計算深入剖析了包殼應力和安全狀態的關鍵影響因素。

核燃料元件；碳化硅包殼；安全分析；失效概率論評價

福島核事故后，尋求事故容錯燃料（ATF）替換傳統核燃料，以提升抵抗事故能力并延長事故發生后操縱員不干預時間成為了國際研究熱點和前沿[1]。碳化硅（SiC）擁有良好的中子經濟性和抗氧化性，是最具前景的ATF包殼候選材料之一，但是應力致脆性失效是目前困擾SiC包殼的重大問題[2]。不同于金屬材料，無論是單相SiC還是SiCf-SiC復合材料的失效都具有明顯的不確定性，包殼的安全狀態是以失效概率的形式表征，為SiC包殼的安全特性評價帶了新的挑戰。目前，國內外針對SiC材料應力失效，開展了大量的基礎性測試實驗[3,4]和失效概率計算[5,6]，為SiC包殼的安全分析提供了一定的理論參考。然而，這些研究主要針對SiC材料開展。……