基于燃耗信任制的乏燃料贮存格架吸收体布置及其临界安全分析

贾文宇

【摘 要】将煤耗信任制作为基础，使用MCNP5和APOLLO的程序实现乏燃料储存格架中的可溶硼浓度研究种子有效增值因子（Keff）影响，并且分析中子毒物类型与布置方式对于中子有效增值因子。通过本文的研究结果表示，格架中的可溶硼浓度变化改变Keff变化速度在富集度不断升高过程中不断的缓慢，具备近似线性的改变。格架中的中子毒物之间相互干扰效应能够对毒物就爱只造成影响，中子毒物价值和硼不锈钢（BSS）板间距具备线性关系。以乏燃料组件之外的中子能谱分子，对中子毒物布置方案进行改进，以此使乏燃料储存系统中的临界经济性和安全性得到提高。

【关键词】煤耗信任制;燃煤储存格吸收体;临界安全

中图分类号： TL24 文献标识码： A 文章编号： 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

將燃煤信任制作为基础的乏燃料贮存格架临界安全进行分析的主要目的就是对各个保守性因素考虑，实现可装载乏燃料组件初始燃料与富集度关系曲线的创建，也就是装载曲线。现代非能动核电厂使用复杂控制策略与堆芯设计，比如使用机械补偿（MSHIM）运行的方式，使用组合可燃毒物等，都会影响到乏燃料组件燃耗的精准分析，要充分考虑燃耗信任制技术。

1 分析方法

本文在分析过程中利用美国核管会核安全专用的软件，也就是SCALE程序包实现计算。此程序包通过美国橡树岭国家实验室进行开发，主要包括实现屏蔽计算与物理计算等任务多种程序模块。本文在计算过程中利用高自动化控制模块，其主要的功能就是根据相应顺序对各个相应功能模块进行调用，利用燃煤信任制技术计算乏燃料系统临界与煤耗。通过ORIGEN-S实现燃耗计算，贮存系统临界分析通过多群蒙特卡洛程序实现。

2 组件的计算模型

在计算组件煤耗的时候，能够以煤耗深度核素密度，利用硬化中子能谱使消耗的125U得到降低，使238U转变成为239U得到提高，在分析临界安全的过程中，利用保守核素密度实现。中子能谱和中子吸收体和慢化剂具有密切的关系。降低慢化剂的慢化能力，能够提高能谱硬度;增加中子吸收体，能够增强能谱。中子吸收体指的是燃料棒整体型导向管中控制棒、可燃读物慢化剂可溶硼。

第三代非能动压水堆核电厂一般利用低泄漏装载模式与不同时间段相互交替平衡的循环燃料管理，燃料组件最高的初始富集度设置为4.95%，并且具备不同数量IFBA棒，并且将3.2%富集度芯块应用到活性区轴向两端。以不同计算燃料管理的策略，和乏燃料贮存格架分析，通过平均燃耗42.6GW.d/t（U）成为初始富集度乏燃料组件在储存格架燃耗限制存储。

和各个中子能谱硬化因子进行全面考虑，使用乏燃料组件成为乏燃料格架临界设计标准组件。在计算煤耗的过程中，设置慢化剂温度为323.37℃，设计热功率为3400MW，相应密度设计为0.6709g/cm3，硼浓度设置为10-3，一直插入控制棒[1]。

3 临界安全分析

3.1 乏燃料贮存格架

乏燃料贮存格架，乏燃料贮存格架为9*9的格架，本文分析贮存格架是在乏燃料贮存水池区中存储，使用MCNP5程序创建储存格架临界安全分析模型，径向使用全反射边界条件，格架的中心距离设置为23.8cm，单块BSS中子毒物厚度设置为0.3cm，硼不锈钢板板中的天然硼含量设置为1.7%。假如在常压常温中，然里啊储存格局在新型燃料组件中贮存，慢化剂逐渐把其淹没。

3.2 乏燃料贮存池

乏燃料水池能够对乏燃料贮存提供空间，水池的深度设置为12.95m，通过混凝土填充结构模块构成，乏燃料水池在设计过程中使用不锈钢钢复面。一般池水中的硼质量分数设置为0.0027%，乏燃料贮存格架能够对高预期富集度进行存储。乏燃料贮存各家在乏燃料水池中放置，各个贮存小室之间利用小室全长中的不同标高支撑进行连接，并且在底部厚底板中进行连接，不连接水池结构。乏燃料组件在高密度乏燃料贮存格架中贮存，格架汇总的吸收材料能够对足够次临界安全裕度进行保证。

3.3 可溶酶对Keff影响

通过以上模型对乏燃料贮存水池Keff在可溶硼浓度改变进行计算，在可溶硼鹏浓度处于500*10-6范围中，两者逐渐出现近似二次衰减关系。针对不同富集度E与燃耗乏燃料，反应性Keff根据硼浓度B变化的关系式为：

keff=a*B2+b*B+c

其中a、b与c都是和燃料富集度有關系的常数，其和富集度E的关系为：

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和可溶硼浓度具备二次衰减的关系，衰减速度和燃料富集度具有密切的关系。通过以上公式可以看出来，因为a值比较小，在处于低可溶硼浓度过程中，表示可溶硼浓度和keff为线性关系。

3.4 中子毒物布置的影响

保证单一格架中子毒物材料纵梁与格架节距不发生变化，使相同数量BBS材料设置成为和CPR机组反应堆控制棒结构相同，keff在吸收体布置方式改变，燃料中子能谱会对格架中BSS板布置方式造成影响，对于keff造成较大的影响。在燃料组件中子能谱增强的过程中，此种影响效果也在不断地加强，格架BSS中子毒物也会影响到keff。所以，在格架设计过程中，要对中子吸收与中子隔断两个作用进行全面考虑。

3.5 中子毒物价值

控制棒价值和其处于的中子通量密度平方具有正比关系，所以在设计格架过程中，中子毒物相互干扰效应就是对其价值影响的主要因素。在布置中子毒物的过程中，研究keff影响。另外，保证小室节距保持在23.8cm中，对BSS板布置位置进行调整。保证小室宽度设置为22.2cm，对小室中心距进行调整。BBS板距组件的中心距离设置为22.2-23.4cm，小室节距设置为23.4cm-24.6cm之间改变，keff具备线性变化[2]。

4 结束语

本文将某核电站二期乏池可溶硼浓度和中子毒物实现研究，通过研究结果表示，可溶硼浓度和反应性变化具备近近似线性的关系。格架中的中子毒物相互干涉效应是对中子毒物价值影响的主要原因，种中子毒物价值和距离具备线性变化关系。在结局设置为23.8cm的时候，BSS板间距增加0.2cm，增加总价值470*10-5。

【参考文献】

[1]肖盾，于涛，谢金森，et al.乏燃料贮存燃耗信任制计算的敏感元素分析[J].核电子学与探测技术，2016，36（2）：184-188.

[2]张佳，于涛，谢金森，et al.AP1000乏燃料池临界安全及影响因素初步研究[J].南华大学学报（自然科学版），2016，30（1）：335.