基于事故容错燃料的高燃耗组件研究进展

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作者 付浩 彭振驯 +3 位作者 廖业宏 薛佳祥 沈朝 周张健 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第22期107-118,共12页

针对核电高经济性和高安全性的目标,高燃耗(大于62 GWd/MTU)成为核燃料的发展趋势,然而,燃耗加深势必会导致芯块和包壳性能衰退甚至失效,引发安全隐患。本文首先回顾和梳理高燃耗状态传统UO_(2)芯块-Zr合金包壳核燃料系统所面临的挑战,... 针对核电高经济性和高安全性的目标,高燃耗(大于62 GWd/MTU)成为核燃料的发展趋势,然而,燃耗加深势必会导致芯块和包壳性能衰退甚至失效,引发安全隐患。本文首先回顾和梳理高燃耗状态传统UO_(2)芯块-Zr合金包壳核燃料系统所面临的挑战,如芯块边缘高燃耗结构(HBS)形成-迅速扩展、裂变气体释放份额增大、燃料棒内压增大、包壳腐蚀和吸氢量加剧以及失水事故(LOCA)工况芯块碎裂-迁移-重置现象等,并以相关问题为切入点厘清关键对策。然后,归纳总结现阶段核工业界近期型事故容错燃料(ATF)方案研究进展和成果,重点阐述主流Cr涂层锆合金包壳和大晶粒UO_(2)芯块ATF候选材料的关键服役性能,包括裂变气体释放、芯块-包壳接触压力、包壳水侧腐蚀及高温蒸汽氧化-淬火行为等。同时,对比分析Cr涂层锆合金包壳+大晶粒UO_(2)芯块相较于传统核燃料系统服役优势,尤其是高燃耗状态,研究表明近期型ATF方案在高燃耗项目中极具应用潜力。本文概述的内容有助于加深核工业工作者对高燃耗项目的理解,同时为我国自主研发ATF和高燃耗项目相结合提供参考,助力提升核电经济性、安全性与可靠性。 展开更多

关键词 高燃耗 燃料组件 事故容错燃料 Cr涂层锆合金包壳 大晶粒UO 2芯块

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高燃耗UO_(2)陶瓷燃料芯块微观结构演化行为研究进展

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作者 令狐锋 王华才 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2024年第5期886-896,共11页

UO_(2)陶瓷燃料芯块作为轻水堆等商业堆的核心部件,在运行时的变化会影响反应堆运行安全。延长燃料元件使用燃耗从而达到更高经济效益是核电厂未来发展方向,然而随着燃料燃耗的增加,燃料芯块的微观结构如晶粒尺寸、孔隙等会发生变化,裂... UO_(2)陶瓷燃料芯块作为轻水堆等商业堆的核心部件,在运行时的变化会影响反应堆运行安全。延长燃料元件使用燃耗从而达到更高经济效益是核电厂未来发展方向,然而随着燃料燃耗的增加,燃料芯块的微观结构如晶粒尺寸、孔隙等会发生变化,裂变产物的产生与迁移量增加,芯块包壳相互作用的发生概率升高导致反应堆运行安全系数下降,因此高燃耗下陶瓷燃料芯块微观结构演化行为和裂变产物迁移的研究受到重视。基于学者们所做的研究工作,总结了陶瓷UO_(2)芯块裂变产物研究相关的几个内容:边缘高燃耗结构的特征与形成机理、裂变产物的分布及影响,微观结构演化与裂变产物迁移的联系,讨论了高燃耗下芯块微观结构演化和其对裂变产物迁移的影响。为提高燃料使用燃耗,结合研究现状,对高燃耗下燃料芯块的进一步研究提出展望。 展开更多

关键词 UO_(2)陶瓷燃料芯块 微观结构 高燃耗 裂变产物

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高燃耗乏燃料干贮系统设计与验证研究

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作者 宗旭 申鹏 +2 位作者 吴珂科 曾阳浩 俞高伟 《阀门》 2024年第11期1298-1304,共7页

随着国内核电的快速发展,大量的乏燃料从反应堆中卸出,乏燃料的贮存问题具有迫切性与必要性。对高燃耗乏燃料贮存方法进行理论研究,设计了基于强制氦循环系统的乏燃料干式贮存综合台架。该系统包括冷凝、去湿、氦循环、密封容器四个模块... 随着国内核电的快速发展,大量的乏燃料从反应堆中卸出,乏燃料的贮存问题具有迫切性与必要性。对高燃耗乏燃料贮存方法进行理论研究,设计了基于强制氦循环系统的乏燃料干式贮存综合台架。该系统包括冷凝、去湿、氦循环、密封容器四个模块,通过氦气循环对高燃耗乏燃料进行干燥与降温。本文对该系统进行模拟仿真验证与台架试验验证,利用仿真结果与试验结果进行相互印证,试验结果表明:该台架符合设计预期,能够在设计时间内通过氦循环系统对密封容器内部起到干燥及冷却的效果,为高燃耗乏燃料贮存提出了可行方法。 展开更多

关键词 高燃耗乏燃料 密封容器 氦循环系统 干式贮存

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长循环,高燃耗燃料管理实施策略——国外大型压水堆核电厂实例分析 被引量：2

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作者 程平东 《核电工程与技术》 1998年第4期8-17,共10页

本文通过ＶＡＮＤＥＬＬＯＳ－Ⅱ、敦贺２号、法国９００ＭＷｅ机组等国外大型压水堆核电厂实例分析，讨论了长循环、高燃料燃料管理实施策略。基于这些分析和讨论对我国运行核电厂堆芯燃料管理的策略选择提出了一些设想。

关键词 堆芯燃料管理 长循环 高燃耗 压水堆核电厂

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高燃耗M5锆合金燃料棒辐照后氧化膜厚度测量技术研究

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作者 刘歆粤 钱进 +1 位作者 王鑫 王星雨 《科技资讯》 2023年第7期56-59,73,共5页

燃料棒包壳管在堆内高温、高辐照环境中会发生氧化,在表面形成氧化膜。氧化膜会降低燃料组件的热交换能力,加快燃料棒腐蚀速度,使燃料性能恶化,是影响反应堆安全运行的重要因素。针对高燃耗M5锆合金燃料棒辐照后检验在国内罕见相关报道... 燃料棒包壳管在堆内高温、高辐照环境中会发生氧化,在表面形成氧化膜。氧化膜会降低燃料组件的热交换能力,加快燃料棒腐蚀速度,使燃料性能恶化,是影响反应堆安全运行的重要因素。针对高燃耗M5锆合金燃料棒辐照后检验在国内罕见相关报道的现状,开展国产商用压水堆燃料棒辐照性能研究,对改善和提高国产燃料元件的自主化水平具有重要意义。该文用涡流检测和金相检查两种方法对M5锆合金包壳的燃料棒进行了氧化膜厚度测量,并对测量结果进行比较,涡流检测方法结果准确。利用涡流的方法测量氧化膜能方便、准确地获取燃料棒全长范围的氧化膜厚度分布情况,该方法操作简单,测量效率高,为金相检查氧化膜的测量提供依据。适于燃料棒氧化膜轴向厚度分布的测量。 展开更多

关键词 氧化膜测厚 涡流技术 金相分析 热室 辐照后检验 高燃耗

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高燃耗的实现和锆合金的改进 被引量：1

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作者 黄锦华 《核电工程与技术》 2011年第2期1-10,共10页

实现燃料组件的高燃耗是提高燃料利用率、降低燃料循环成本的基础。在高燃耗燃料组件设计中，一系列关键问题集中在锆合金材料的多方面性能上。本文从腐蚀性能、氢吸收量、辐照生长、辐照蠕变、机械性能等主要方面评述了锆合金的发展状... 实现燃料组件的高燃耗是提高燃料利用率、降低燃料循环成本的基础。在高燃耗燃料组件设计中，一系列关键问题集中在锆合金材料的多方面性能上。本文从腐蚀性能、氢吸收量、辐照生长、辐照蠕变、机械性能等主要方面评述了锆合金的发展状况。揭示了合金成分筛选、加工工艺优化的带有规律性的要求和锆合金这一多元体系中各要素之间既对立又统一的辩证关系，展望了新锆合金再开发、再创新的方向。 展开更多

关键词 压水堆燃料 高燃耗 锆合金 合金成分 合金性能

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CF燃料棒高燃耗下的性能评价

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作者 王坤 邢硕 +1 位作者 张坤 蒲曾坪 《中国核电》 2021年第1期120-122,共3页

本文首先介绍了FUPAC软件中与N36合金包壳相关的计算模型,后针对高燃耗情况下,采用FUPAC软件对CF燃料棒的性能进行理论分析,结果表明:在CF燃料棒燃耗达到60000 MWd/t,寿期内Ⅰ、Ⅱ类运行工况下,其结构完整性能够得到保持。

关键词 FUPAC N36合金包壳 高燃耗 CF燃料棒

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高燃耗下核燃料颗粒内部的应力状态及关键影响因素研究 被引量：1

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作者 吕俊男 杨烁 +2 位作者 赵毅 李群 龙冲生 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期2646-2653,共8页

高燃耗是先进反应堆堆芯的发展方向,高燃耗下核燃料内部微结构的精细化建模是燃料强度分析和性能评估的基础。本研究开发了高燃耗燃料颗粒微结构的自动化建模和力学计算程序,综合考虑燃料颗粒内气孔尺寸、位置的非均匀分布特征,系统分... 高燃耗是先进反应堆堆芯的发展方向,高燃耗下核燃料内部微结构的精细化建模是燃料强度分析和性能评估的基础。本研究开发了高燃耗燃料颗粒微结构的自动化建模和力学计算程序,综合考虑燃料颗粒内气孔尺寸、位置的非均匀分布特征,系统分析了基体材料的力学性能、燃料颗粒间距、运行环境静水压力及裂变碎片损伤层对燃料颗粒开裂行为的影响规律。结果表明:燃料颗粒间距越大,燃料颗粒越不易开裂;裂变碎片损伤层的存在使得燃料颗粒开裂风险小幅增大;燃料颗粒内气孔尺寸、位置分布的非均匀性,会导致燃料颗粒从多处开裂,且颗粒在外层开裂的概率更大;开裂危险区普遍具有气孔尺寸较大且大气孔串联的特征;基体材料对燃料颗粒表面作用的约束压应力具有较大的波动性,但应力均值随燃料元件所受静水压力的增大而近乎线性增大;增大弥散燃料基体材料的弹性模量可在一定程度上抑制燃料颗粒的开裂行为;燃料元件所受静水压应力越大,燃料颗粒越不易开裂,而燃料颗粒间距缩小能削弱环境压应力的影响程度。本工作为高燃耗条件下弥散燃料安全评估及优化设计提供了分析方法及数值参考。 展开更多

关键词 弥散燃料 高燃耗燃料颗粒 基体 约束效应 静水压力 开裂行为

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高燃耗下快堆燃料与包壳的化学相互作用模型建立及验证 被引量：2

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作者 陈启董 高付海 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期80-86,共7页

快中子反应堆二氧化铀燃料元件在高燃耗、高中子注量率、高线功率和高温状况下运行,燃料与包壳材料会发生复杂的物理化学相互作用。燃料元件化学相互作用模型的建立对高燃耗快堆燃料元件的设计非常重要。针对快中子反应堆氧化物燃料元... 快中子反应堆二氧化铀燃料元件在高燃耗、高中子注量率、高线功率和高温状况下运行,燃料与包壳材料会发生复杂的物理化学相互作用。燃料元件化学相互作用模型的建立对高燃耗快堆燃料元件的设计非常重要。针对快中子反应堆氧化物燃料元件与包壳材料发生的化学相互作用,采用动力学模型建立了二氧化铀与奥氏体不锈钢、铁素体-马氏体钢包壳材料的化学相互作用模型,并通过实验数据验证该模型。结果表明:建立的快堆二氧化铀燃料与奥氏体不锈钢的腐蚀模型可以成功预测最大燃耗10.8at%、辐照损伤87.5 dpa的包壳腐蚀;建立的快堆二氧化铀燃料与铁马钢的腐蚀模型可以成功预测最大燃耗9.3at%、辐照损伤76.6 dpa的包壳腐蚀。研究结果为高燃耗二氧化铀辐照元件及示范快堆燃料元件的设计和性能预测提供重要的参考价值。 展开更多

关键词 快堆燃料元件 芯块包壳相互作用 腐蚀开裂 高燃耗

原文传递

日本高燃耗大晶粒UO2芯块的制造技术及其性能 被引量：3

10

作者 朱关仁 刘承新 《核电工程与技术》 1999年第2期22-31,共10页

本文综述了日本开发的两种大晶粒芯块的制造技术，一种是“氧化－还原芯块”，另一种是“添加Ａｌ２Ｏ３．ＳｉＯ２芯块”。试验堆辐照后的检验结果表明，两种类型的芯块都具有良好的减少裂变气体释放和良好的抗ＰＣＩ性能。含两种类型... 本文综述了日本开发的两种大晶粒芯块的制造技术，一种是“氧化－还原芯块”，另一种是“添加Ａｌ２Ｏ３．ＳｉＯ２芯块”。试验堆辐照后的检验结果表明，两种类型的芯块都具有良好的减少裂变气体释放和良好的抗ＰＣＩ性能。含两种类型芯块的先导组件已装入商用ＰＷＲ中辐照，待检验后将选择其中之一作为未来ＰＷＲ高燃耗的商用燃料。 展开更多

关键词 高燃耗 大晶粒芯块 UO2芯块 芯块 制造 性能

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高燃耗对乏燃料贮存和运输的影响研究 被引量：2

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作者 洪哲 詹乐昌 +3 位作者 刘卓 张鸥 张敏 刘新华 《辐射防护》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期423-428,共6页

本文对高燃耗对乏燃料包壳结构完整性的影响进行了分析。探讨了影响包壳结构完整性的重要温度限值,即燃料包壳温度限值、包壳溶解温度以及韧脆转变温度(DBTT)。给出了分析包壳结构完整性的方法,对拟在干式贮存设施内贮存超过20年的容器... 本文对高燃耗对乏燃料包壳结构完整性的影响进行了分析。探讨了影响包壳结构完整性的重要温度限值,即燃料包壳温度限值、包壳溶解温度以及韧脆转变温度(DBTT)。给出了分析包壳结构完整性的方法,对拟在干式贮存设施内贮存超过20年的容器性能及贮存后运输时乏燃料组件的结构完整性进行了分析,并给出了相关建议。 展开更多

关键词 高燃耗 乏燃料 贮存 运输 包壳 结构完整性

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高燃耗陶瓷燃料颗粒的参数化建模及强度分析

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作者 杨烁 吕俊男 李群 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1836-1843,共8页

弥散燃料芯体中的陶瓷燃料颗粒在辐照条件下会形成裂变气孔,燃料颗粒内部气孔间的相互干涉作用及气孔内压的增长致使局部拉应力超过材料强度极限,进而导致燃料颗粒开裂。本文考虑高燃耗燃料颗粒内气孔尺寸和位置分布的非均匀性,实现了... 弥散燃料芯体中的陶瓷燃料颗粒在辐照条件下会形成裂变气孔,燃料颗粒内部气孔间的相互干涉作用及气孔内压的增长致使局部拉应力超过材料强度极限,进而导致燃料颗粒开裂。本文考虑高燃耗燃料颗粒内气孔尺寸和位置分布的非均匀性,实现了颗粒内部的细观结构参数化建模。运用有限元方法计算并分析了气孔尺寸、基体约束压应力、温度和气孔分布方式对颗粒内部最大拉应力的影响,研究了颗粒内开裂危险区的分布规律。结果表明,陶瓷燃料颗粒最大拉应力随气孔尺寸和温度的增加而增大,随基体约束压应力的增加而减小;燃料相的断裂强度减小,开裂危险区面积增大;燃料颗粒从内部多处开裂破坏,而表层处开裂的概率更大。本文为弥散燃料失效研究及优化设计提供了分析方法及数值参考。 展开更多

关键词 高燃耗 陶瓷燃料颗粒 裂变气孔 弥散燃料 非均匀分布

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高燃耗乏燃料包壳延性评价热工分析方法研究 被引量：1

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作者 张欣悦 周有新 +1 位作者 商超皓 毛玉龙 《核科学与技术》 2023年第3期260-270,共11页

为了论证乏燃料运输容器拟运输高燃耗乏燃料包壳的完整性,需要开展高燃耗乏燃料包壳的延性评价。本文基于STAR-CCM+软件建立三维CFD分析模型开展热工分析,建立了乏燃料运输容器热工分析的方法。在此基础上,通过计算得到了不同冷、热态... 为了论证乏燃料运输容器拟运输高燃耗乏燃料包壳的完整性,需要开展高燃耗乏燃料包壳的延性评价。本文基于STAR-CCM+软件建立三维CFD分析模型开展热工分析,建立了乏燃料运输容器热工分析的方法。在此基础上,通过计算得到了不同冷、热态工况下燃料包壳的最大温差,提出了一套高燃耗乏燃料包壳延性评价热工分析的方法,为后续开展高燃耗乏燃料包壳延性评价热工分析提供依据。 展开更多

关键词 乏燃料运输容器 高燃耗 延性评价

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高燃耗燃料棒在失水事故工况下的行为研究

14

作者 范华彬 何晓军 《应用能源技术》 2019年第5期18-21,共4页

自从1974年应急堆芯冷却安全验收准则——ECCS准则发布以来,燃料设计以及核反应堆的运行状态都发生了巨大的变化,包括新的燃料和包壳尺寸、新型的包壳合金材料、更高的燃耗和更长的换料周期。这些变化改变了反应堆内的工作环境,影响将... 自从1974年应急堆芯冷却安全验收准则——ECCS准则发布以来,燃料设计以及核反应堆的运行状态都发生了巨大的变化,包括新的燃料和包壳尺寸、新型的包壳合金材料、更高的燃耗和更长的换料周期。这些变化改变了反应堆内的工作环境,影响将来的反应堆设计。设计的试验表明,失水事故工况下,高燃耗燃料棒在远低于安全准则的规定值下发生破裂,性能分析程序Fraptran-1. 5的模拟结果与试验结果一致。未来需要更多的试验数据,为ECCS安全准则的修订提供参考。 展开更多

关键词 ECCS 高燃耗 失水事故 Fraptran-1.5

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高燃耗燃料元件易引发卡棒事件 被引量：1

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作者 辛文 《国外核新闻》 1998年第1期14-15,共2页

关键词 高燃耗 燃料元件 卡棒事件 反应堆

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核电厂高燃耗燃料组件的风险分析研究 被引量：1

16

作者 付浩 《现代制造技术与装备》 2019年第12期35-37,共3页

燃料组件是核电厂的核心部件,国内外都在积极开展提高燃料燃耗的研究工作。加深燃耗会对核电厂的燃料性能、热工水力、堆芯功率以及水化学等方面带来诸多影响,进而影响核电厂的安全水平。通过分析和研究高燃耗燃料组件的风险,梳理可能... 燃料组件是核电厂的核心部件,国内外都在积极开展提高燃料燃耗的研究工作。加深燃耗会对核电厂的燃料性能、热工水力、堆芯功率以及水化学等方面带来诸多影响,进而影响核电厂的安全水平。通过分析和研究高燃耗燃料组件的风险,梳理可能对核电厂带来的限制和风险,并提出了相应的意见和建议。 展开更多

关键词 核电厂 高燃耗 燃料组件 腐蚀 控制棒卡棒

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高燃耗乏燃料组件包壳氢化物应力再取向对运输安全影响的评价方法研究

17

作者 汪俊 申腾 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1206-1211,共6页

目前国内外压水堆核电厂所使用的核燃料组件逐步向长周期高燃耗转变。高燃耗组件燃料棒锆合金包壳内的氢化物应力再取向现象显著,导致包壳强度和韧性降低,在厂外运输中更易受到外部作用而破裂,失去对燃料芯块的包容限制功能。本文通过... 目前国内外压水堆核电厂所使用的核燃料组件逐步向长周期高燃耗转变。高燃耗组件燃料棒锆合金包壳内的氢化物应力再取向现象显著,导致包壳强度和韧性降低,在厂外运输中更易受到外部作用而破裂,失去对燃料芯块的包容限制功能。本文通过对氢化物应力再取向机理的分析,确定乏燃料包壳能够保持强度和韧性的条件,并结合具体型号的乏燃料组件运输容器设计,提出并实践了一种通过容器内温度场分析判断高燃耗乏燃料组件厂外运输条件下保持安全性的方法。 展开更多

关键词 氢化物应力再取向 高燃耗乏燃料组件 厂外运输

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高燃耗MOX燃料首次堆内试验未导致包壳破损

18

作者 高立 《国外核新闻》 北大核心 1996年第7期20-20,共1页

【美国《核燃料》1996年3月11日刊第10页报道】 法国核安全和防护研究所(IPSM)说,在功率突增的工况下对高燃耗混合氧化物(MOX)燃料进行试验,所得的数据没有提供有关燃料包壳破损的任何证据。这项试验是3月1日在该研究所设在卡达拉什的... 【美国《核燃料》1996年3月11日刊第10页报道】 法国核安全和防护研究所(IPSM)说,在功率突增的工况下对高燃耗混合氧化物(MOX)燃料进行试验,所得的数据没有提供有关燃料包壳破损的任何证据。这项试验是3月1日在该研究所设在卡达拉什的卡布里反应堆中进行的。 展开更多

关键词 MOX燃料 堆内试验 高燃耗 功率突增 燃料包壳破损 反应堆 功率激增 混合氧化物 燃料元件 兆瓦日

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高燃耗乏燃料组件运输期间的限制准则研究

19

作者 方俊 李亚如 +1 位作者 刘佳泰 孙燕宇 《包装工程》 2025年第5期250-257,共8页

目的研究运输期间乏燃料组件包壳温度变化幅度的影响因素,以确定乏燃料运输容器装载高燃耗组件的热负荷与装载位置是否存在限制。方法将乏燃料运输容器的径向传热简化为具有内热源的圆柱体导热问题,开展理论分析,并使用CFX软件开展三维... 目的研究运输期间乏燃料组件包壳温度变化幅度的影响因素,以确定乏燃料运输容器装载高燃耗组件的热负荷与装载位置是否存在限制。方法将乏燃料运输容器的径向传热简化为具有内热源的圆柱体导热问题,开展理论分析,并使用CFX软件开展三维温度场分析,进一步证明理论分析的结论。结果高温工况和低温工况下大气环境温度的差值、太阳曝晒与热负荷随时间的衰减是包壳温度变化的主要原因,高温工况与低温工况热负荷的偏差引入的容器温度梯度差值,被容器选用的材料和乏燃料组件热导率随温度升高而变大以及热辐射随温度升高而增强的效应抵消。容器外表面温度的变化幅度基本决定包壳温度的变化幅度,前者与容器外表面的发射率和太阳辐射吸收比的组合有关,有可能超过100℃,因此必须对装载高燃耗组件的运输容器是否满足包壳温度变化限制准则进行分析论证。结论容器外表面的发射率应尽可能高,太阳辐射吸收比应尽可能低,在恰当的组合下,可以保证任意热负荷和任意装载方案下包壳温度变化幅度满足包壳温度变化限制准则,从而无需在技术规格书中对装载高燃耗组件的热负荷和装载方案提出限制,保证了装载的灵活性。 展开更多

关键词 高燃耗 乏燃料 包壳 运输容器 非满载

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高燃耗下裂变气体释放行为研究与程序校验

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作者 任啟森 廖业宏 +3 位作者 陈蒙腾 张永栋 谢亦然 刘彤 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期92-96,共5页

采用燃料棒性能分析程序COPERNIC,针对哈尔登(Halden)测试燃料组件(IFA)519.9 DK辐照试验燃料棒辐照试验进行了计算分析,研究了高燃耗下裂变气体释放行为,并与试验数据进行了对比验证。结果表明,在燃耗达到约100 GW·d/t(U)的辐照... 采用燃料棒性能分析程序COPERNIC,针对哈尔登(Halden)测试燃料组件(IFA)519.9 DK辐照试验燃料棒辐照试验进行了计算分析,研究了高燃耗下裂变气体释放行为,并与试验数据进行了对比验证。结果表明,在燃耗达到约100 GW·d/t(U)的辐照过程中,该程序对裂变气体释放率的预测值与试验测量结果符合较好;程序未精确预测芯块孔隙率在高燃耗"边缘结构"内的演化过程,但不影响其对燃料棒辐照综合性能分析的准确性和合理性。 展开更多

关键词 燃料棒 裂变气体释放 Halden反应堆项目 高燃耗

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