一种适用于液态燃料熔盐堆的燃耗分析计算方法技术

本发明专利技术公开了一种能够对液态燃料熔盐反应堆进行燃耗分析计算的方法。该方法步骤如下：1、划分燃耗计算区域；2、每个计算区域添加固定的核素添加设置、元素移除设置以及熔盐成分控制设置；3、每个计算区域设定重要核素筛选阈值；4、计算区域内划分计算区块；5、计算区块划分为若干控制体；6、添加计算步设置；7、计算步初始时刻进行堆芯中子输运计算；8、每个控制体进行半步长燃耗计算，不断调整核素添加设置或元素移除设置迭代计算直至满足每个计算区域的控制要求；9、计算步中点进行中子输运计算；10、将半步长换成全步长，重复步骤8的操作。该方法能够通过添加核素添加和元素移除设置来模拟熔盐堆运行过程中能够与外界的物质交换的特性，可以满足液态燃料熔盐堆燃耗分析计算需求。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于液态燃料熔盐堆的燃耗分析计算方法
本专利技术属于核反应堆设计和反应堆物理计算领域，具体涉及到一种适用于液态燃料熔盐堆的燃耗分析计算方法。
技术介绍
能源是人类社会赖以发展的最重要的物质基础。在储量有限的化石能源日益临近枯竭的今天，清洁低碳，能量密度极高的核能几乎是未来替代化石能源成为人类社会能源支柱的唯一选择，考虑到未来对减少温室气体排放等环境保护问题上迫切需求，核能具有不可替代的巨大优势。核能的快速发展给人类社会的能源供应做出巨大贡献的同时，也带来了各种新的挑战。目前世界上只有热中子反应堆系统已经实现大规模商业化，产业化应用。热中子反应堆以自然界存在的唯一易裂变材料235U作为燃料，而自然界中235U的丰度极低，超过98％的铀资源都是不能被直接利用的238U，这导致其核燃料利用率非常低，仅仅依靠自然界中存量有限的235U，很难支撑核能长期稳定的可持续发展。而且热中子反应堆会产生大量难以处置的高放射性，长寿命的核废料以及能够用于制造核武器的239Pu。最小化核废料的产生，妥善处理积存的核废料以及有效的防核扩散等重大挑战都是制约未来核能进一步发展的关键环节。为了解决核能发展过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于液态燃料熔盐堆的燃耗计算分析方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：根据反应堆堆芯中燃料熔盐分区布置方案以及分区之间是否物理连通来确定燃耗计算区域划分设置；液态燃料熔盐反应堆除了堆芯活性区以外，在反应堆的径向和活性区周围布置一圈增殖层，其中含有的可转换核素能够俘获活性区泄露的中子生成易裂变核素，达到增殖核燃料的目的；堆芯熔盐与增殖层熔盐之间具有物理隔离，彼此之间不会互相流动混合，在在线添料、在线处理、熔盐成分控制和堆芯临界控制方面也各自具有自己的独立性，不会互相影响；将这些独立的互不连通的区间定义成若干计算区域，同一个计算区域内的燃料熔盐充分流动混合，成分区域一致而且具有相同的成分调...

【技术特征摘要】
1.一种适用于液态燃料熔盐堆的燃耗计算分析方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：根据反应堆堆芯中燃料熔盐分区布置方案以及分区之间是否物理连通来确定燃耗计算区域划分设置；液态燃料熔盐反应堆除了堆芯活性区以外，在反应堆的径向和活性区周围布置一圈增殖层，其中含有的可转换核素能够俘获活性区泄露的中子生成易裂变核素，达到增殖核燃料的目的；堆芯熔盐与增殖层熔盐之间具有物理隔离，彼此之间不会互相流动混合，在在线添料、在线处理、熔盐成分控制和堆芯临界控制方面也各自具有自己的独立性，不会互相影响；将这些独立的互不连通的区间定义成若干计算区域，同一个计算区域内的燃料熔盐充分流动混合，成分区域一致而且具有相同的成分调节设置；步骤2：根据熔盐堆的熔盐在线处理情况给每个计算区域设定固定的成分调节设置即核素添加设置和元素移除设置，根据熔盐堆运行过程中的临界要求以及堆芯熔盐成分限制要求给每个计算区域设定熔盐成分控制设置；熔盐堆初始不需要保持过多剩余反应性，在运行过程中通过在线添加燃料的方式维持堆芯临界运行；处于一定温度区间的液态燃料熔盐中各种成分含量的比例要保持一定才能保证反应堆运行过程中熔盐理化性质的稳定，堆芯活性区内除了在线添加易裂变燃料核素以保持堆芯临界之外，还要添加一定的可转换核素以保证活性区熔盐中重核核素占比的稳定；熔盐堆增殖区的熔盐除了不断在线萃取增殖的燃料核素外也需要不断添加可转换核素以保证重核核素占比的不变；这就要求熔盐堆每个燃耗步计算过程中需要自动搜寻合适的成分调节设置以保证计算步末反应堆保持临界状态以及堆内熔盐中各成分相对含量的稳定；在设定区域临界控制设置或者熔盐成分控制设置时，一方面要确定控制目标，其中包含一个目标核素组，目标核素总的核素密度预定值以及允许误差范围，这就表示计算过程中得到该区域目标核素总的核素密度与上述预定值的差距要始终控制在允许误差范围内；而对于临界控制设置则是每个计算步末，堆芯的有效增殖系数与1的差距要始终控制在允许误差范围内；另外一方面伴随着每个控制设置还需定义一个添加调节核素组以及一个移除调节元素组，添加调节核素组中每个核素添加率之间存在固定比例，只需给出整个组的添加率取值，其中的每个核素的添加率也能随之确定；由于燃耗计算中的移除设置对象是元素，所以移除调节需要一组元素，组内每个元素的移除常数都相同；当区域核素密度计算结果低于预定值时，给添加调节核素组搜寻一个合适的添加率以保证计算结果达到预定值；当区域核素密度计算结果高于预定值时，给移除调节元素组搜寻一个合适的移除常数以保证计算结果达到预定值；除了上述每步都会根据计算情况自动变化的成分调节设置外，计算区域中还有在计算过程中一直保持不变的成分调节设置；熔盐堆的在线移除裂变产物功能由于其移除的对象核素以及移除速率在熔盐堆运行过程中一般保持不变，所以就需要固定成分调节设置来加以体现；根据上述的计算区域的定义，堆芯临界控制和熔盐成分控制都是在单独的计算区域独立完成的，每个计算区域需要根据具体情况给出其对应的固定成分调节设置以及熔盐成分控制设置；步骤3：为每个计算区域设定初始重要核素组以及程序自选重要核素相关的阈值；熔盐堆燃耗计算过程中涉及的核素众多，中子输运计算过程如果将控制体中包含的所有核素都考虑进去，计算效率会很低；于是在保证计算精度情况下需要尽可能减少中子输运计算过程中包含的核素数目以提高计算效率；对堆芯中子输运计算影响大的核素包含核素密度大或者中子吸收率大这两种情况；所以每次燃耗计算完毕后，需要将核素密度在一定阈值以上以及中子吸收率在一定阈值以上的核素挑选出来组成重要核素组，中子输运计算中只考虑重要核素组中的核素；由于整个计算第一步从中子输运计算开始，所以初始除了定义重要核素挑选阈值以便后续不断更新重要核素外，还需定义初始重要核素组以供初始中子输运计算使用；考虑到不同区域的熔盐中核素成分含量会有区别，在每个计算区域定义一组重要核素；步骤4、根据计算区域中不同位置处燃料熔盐的燃耗计算方式不同在计算区域内划分计算区块，同一区块内燃料熔盐燃耗计算方式相同，同时记录堆芯活性区所属的区域编号；在上述定义的计算区域中，可能存在不同位置处燃耗计算方式不同的情况，熔盐堆中活性区的燃料熔盐在堆芯内的燃耗计算方式是定功率辐照计算，在一回路管路内则是衰变计算；堆芯活性区和一回路管道互相连通同属一个计算区域，但是燃耗计算方式不同，需要划分区块以便区别；包含活性区的计算区域要标记出来，这个区域计算控制目标中包含堆芯临界控制；步骤5、根据计算精度和计算效率要求将每个计算区块划分为若干控制体，每个控制体将独立进行点燃耗计算；将功率和反应截面变化不大的一小块区域作为点燃耗计算的基本单元，一个计算区块下包含许多控制体，当控制体数目增加到最终计算结果与控制体数目没有关系时，控制体的划分设置是合适的；步骤6、根据熔盐堆运行历史设定计算步数、计算步长、计算步功率与计算步相关参数；熔盐堆运行过程中功率可能会发生变化，需要分段计算；计算步长过长会导致计算精度下降，计算步长太短会耗费大量计算时间，需要综合计算考虑选取计算步设置；步骤7、在当前计算步，采用蒙特卡洛方法对该计算步初始时刻反应堆堆芯进行中子输运计算，得到该计算步初始时刻堆芯功率分布、通量分布、每个控制体中重要核素的中子反应截面以及中子泄露修正因子；每次燃耗计算之前需要对堆芯进行稳态的中子输运计算以得到燃耗计算所需的堆芯功率分布和重要核素的中子反应截面数据；利用中子反应截面数据、堆芯核素密度以及堆芯通量分布计算堆芯总的中子吸收率和中子产生率，中子产生率除以吸收率得到堆芯无限增殖系数，用中子输运计算得到的有效增殖系数除以无限增殖系数便得到反应堆中子泄露修正因子；后续的临界控制迭代...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大林，张俊，田文喜，王成龙，秋穗正，苏光辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61