一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法技术

本发明专利技术公开一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，该方法包括：根据燃料棒布置方式获得燃料棒数；ADS堆芯的无限中子增殖系数k

【技术实现步骤摘要】
一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件及其设计方法
本专利技术涉及核工程
，尤其是一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件及其设计方法。
技术介绍
随着我国经济的快速增长，能源需求尤其是核能需求急剧增加，带动了我国压水堆核电站装机容量的快速增长，核废料的积累量由此快速增加，核废料处理问题，尤其是乏燃料中次錒系核素的处理问题一直是世界性的难题。为解决该难题，国际上提出了先进闭式燃料循环即分离-嬗变(PT)战略，其中，加速器驱动次临界系统(AcceleratorDrivenSub-criticalSystem，ADS)是嬗变核废料、产出能量的理想装置，具有良好的资源、环境等效益，美国、欧盟、日本、俄罗斯、韩国以及我国都对之开展了中长期路线规划和前期基础研究。燃料组件作为反应堆的核心部件，在公开号为CN201310011086.3的中国专利文献中，中国科学院合肥物质科学研究院公开了一种液态重金属冷却反应堆用燃料组件及固定方法，具体就液态重金属冷却反应堆用开展了燃料组件的结构和固定方法设计，通过采用圆形套管和管脚定位架的方法克服液态重金属冷却剂的浮力；在公开号为CN201310195644.3的中国专利文献中，中国科学院合肥物质科学研究院公开了一种液态重金属冷却反应堆燃料组件，具体针对燃料系统和用于固定燃料组件的配重系统开展了结构设计；在公开号为CN201510067562.2的中国专利文献中，中国科学院合肥物质科学研究院公开了一种铅合金冷却剂零功率反应堆燃料组件，具体针对组件外壳、固态铅合金片和燃料元件棒进行了结构设计。上述这些已公开的技术以及国际上ADS反应堆的相关燃料组件均未对燃料组件的燃料棒的棒数开展设计分析工作。在各项约束指标既定的情况下，现有的燃料组件因燃料棒的数量不佳从而导致中子的性能以及燃料组件的经济性均不高。
技术实现思路
本专利技术提供一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件及其设计方法，用于克服现有技术中燃料组件的中子性能不高等缺陷，根据反应堆物理原理设计约束指标，以确定加速器驱动次临界反应堆燃料组件的最佳燃料棒棒数，获得经济性和中子性能双高的技术效果。为实现上述目的，本专利技术提出一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，包括：步骤1，根据燃料棒布置方式获得燃料棒数N为：其中，n为燃料棒阵列的层数；步骤2，ADS堆芯的无限中子增殖系数k∞为常数，且随着燃料棒阵列的层数递增而逐渐增加，ADS的有效中子增殖系数keff趋于0.98时，根据反应堆物理原理，则有：k∞>1(2)步骤3，在单位质量燃料的中子倍增性能表征参数FM取值最大时，获得燃料棒阵列的层数n，其中FM为：m为燃料组件中单根燃料棒的质量。为实现上述目的，本专利技术还提出一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件，至少包括：底座，呈六角形，顶面排列有若干供燃料棒安装的底座单元；所述底座单元的大小和形状相同，其中一个所述底座单元位于所述底座的中心，其余的所述底座单元围绕位于所述底座中心的底座单元一周呈圆环状阵列，相邻的所述底座单元之间的间距均相等；外壳，包括六棱柱状套筒，横截面与所述底座的形状相适配，且底部安装在所述底座上；内套，包括六棱柱状套筒，位于所述外壳内并与所述外壳之间具有间隙，且所述内套的底部也安装在所述底座上；若干燃料棒，每根所述燃料棒均包括一筒状包壳和位于所述包壳内由燃料制成的芯棒，每个所述包壳的底部均安装在一个所述底座单元上，所述燃料棒的数量与所述底座单元的数量相同，且根据所述的六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法获得。与现有技术相比，本专利技术能够产生以下技术效果：本专利技术提供的六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件及其设计方法，通过以中子增殖能力为指标，在保证组件较高中子增殖性能的同时提高单位质量燃料的中子增殖性能，提高燃料组件的经济性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件的主视图；图2是图1的横截面示意图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术提出一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件及其设计方法。实施例一本专利技术提供一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，包括以下步骤：步骤1，根据燃料棒布置方式获得燃料棒数N为：其中，n为燃料棒阵列的层数；对于ADS而言，其堆芯设计目前多采用三角形布置，该布置可使堆芯结构紧凑。由此，其燃料组件为六角形形式。鉴于六角形燃料组件特殊的结构形式，且不考虑外源和控制棒，则单一六角形燃料组件所含燃料棒数参见公式(1)。优选地，在所述步骤1之前还包括：步骤10，燃料棒采用三角形方式布置。燃料组件内部燃料棒的布置结构紧凑，燃料组件整体体积和自重较小。优选地，所述步骤10具体包括：步骤101，参见图2，将所述燃料组件从中心向外，依次划分为活性区1、组件壁区2和组件间隙区3；步骤102，在活性区中，将一根燃料棒4布置在组件中心，其余燃料棒以此为中心向周围按三角形排列，且相邻的燃料棒4彼此间距保持一致。优选地，所述步骤102包括：步骤102a，在活性区1内，以活性区1中心点P为中心构建第中心正六边形区10；步骤102b，以中心正六边形区10的边为顶边在中心正六边形区10的周围构建第一层正六边形区11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据燃料棒布置方式获得燃料棒数N为：

【技术特征摘要】
1.一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据燃料棒布置方式获得燃料棒数N为：其中，n为燃料棒阵列的层数；步骤2，ADS堆芯的无限中子增殖系数k∞为常数，且随着燃料棒阵列的层数递增而逐渐增加，ADS的有效中子增殖系数keff趋于0.98时，根据反应堆物理原理，则有：k∞>1(2)步骤3，在单位质量燃料的中子倍增性能表征参数FM取值最大时，获得燃料棒阵列的层数n，其中FM为：m为燃料组件中单根燃料棒的质量。2.根据权利要求1所述的六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，其特征在于，在燃料棒阵列的层数n<10时，燃料棒数量N＝61。3.根据权利要求1或2所述的六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，其特征在于，在所述步骤1之前还包括：步骤10，燃料棒采用三角形排列方式布置。4.根据权利要求3所述的六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，其特征在于，所述步骤10具体包括：步骤101，将所述燃料组件从中心向外，依次划分为活性区、组件壁区和组件间隙区；步骤102，在活性区中，将一根燃料棒布置在组件中心，其余燃料棒以此为中心向周围按三角形排列，且相邻的燃料棒彼此间距保持一致。5.根据权利要求4所述的六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件设计方法，其特征在于，所述步骤102包括：步骤102a，在活性区内，以活性区中心点为中心构建正六边形区；步骤102b，以所述正六边形区的边为顶边在该正六边形区的周围构建第一层正六边形区；步骤102c，以第一层正六边形区的边为顶边在所述第一层正六边形区的周围构建第二层正六边形；步骤102d，重复步骤102c，直到完成设计的燃料棒阵列的层数；步骤102e，每个正六边形区内安装一根燃料棒，其燃料棒的中心与正六边形区的中心重合。6.一种六角形加速器驱动次临界反应堆燃料组件，其特征在于，至少包括：底座，呈六角形，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠，马燕云，赵子甲，袁宝新，吕中良，潘冬梅，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43