颗粒可燃毒物反应性控制方法、可燃毒物板及燃料棒技术

本发明专利技术提供的颗粒可燃毒物反应性控制方法、可燃毒物板及燃料棒，该方法通过设定堆芯寿期初剩余反应性大小和寿期长短，并将堆芯寿期初剩余反应性大小和寿期长短输入到堆芯反应性与燃耗变化模型中，得到颗粒可燃毒物参数；颗粒可燃毒物参数包括颗粒类型、颗粒直径、颗粒体积份额、颗粒掺杂率和颗粒孔隙率；基于颗粒可燃毒物参数选择目标颗粒可燃毒物，加入堆芯中，提高毒物燃耗速率，减少寿期末可燃毒物残留，而且便于可燃毒物分段，有利于堆芯剩余反应性的控制。余反应性的控制。余反应性的控制。

【技术实现步骤摘要】
颗粒可燃毒物反应性控制方法、可燃毒物板及燃料棒


[0001]本专利技术涉及核反应堆堆芯
，具体涉及颗粒可燃毒物反应性控制方法、可燃毒物板及燃料棒。

技术介绍

[0002]在反应堆堆芯设计中，由于堆芯寿期初和堆芯寿期中往往有较大的剩余反应性，因此，一般采用可溶硼、可燃毒物和控制棒等方式控制堆芯的剩余反应性。其中，可燃毒物作为一种中子吸收材料，以颗粒形式存在堆芯时会发生空间自屏效应，使得颗粒外表面的材料会先吸收中子，导致颗粒内部至中心区域的材料少吸收中子甚至不能吸收中子。由于空间自屏效应，颗粒形式的可燃毒物相比等量均匀分布的可燃毒物，在堆芯寿期初只有部分可燃毒物起到抑制反应性的作用，使得堆芯寿期初反应性不至于过低，随着燃耗进行颗粒形式的可燃毒物呈“剥洋葱”式燃耗，该可燃毒物的中子作用可以得到平缓释放，燃料的剩余反应性也可以得到适度且长时间段的抑制，有利于堆芯反应性控制。但目前仅是仅是从宏观角度考虑了颗粒形式的可燃毒物加入燃料基体时的颗粒类型和体积份额对堆芯剩余反应性的影响，并没有从微观角度(如颗粒大小、颗粒体积份额、颗粒掺杂率、颗粒孔隙率)考虑颗粒形式的可燃毒物对堆芯剩余反应性的影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是如何从颗粒形式的可燃毒物本身的参数考虑其对堆芯剩余反应性的影响，因此，本专利技术提供颗粒可燃毒物反应性控制方法、可燃毒物板及燃料棒，以从微观角度考虑颗粒形式的可燃毒物本身的颗粒大小、颗粒体积份额、颗粒掺杂率及颗粒孔隙率对堆芯剩余反应性的影响，展平堆芯功率分布，满足冷态常压工况下停堆裕量和“卡棒”准则要求，提高堆芯运行安全性。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0005]一种颗粒可燃毒物反应性控制方法，包括：
[0006]通过设定堆芯寿期初剩余反应性大小和寿期长短，并将所述堆芯寿期初剩余反应性大小和所述寿期长短输入到堆芯反应性与燃耗变化模型中，得到颗粒可燃毒物参数；所述颗粒可燃毒物参数包括颗粒类型、颗粒直径、颗粒体积份额、颗粒掺杂率和颗粒孔隙率；
[0007]基于所述颗粒可燃毒物参数选择目标颗粒可燃毒物，以加入堆芯中。
[0008]进一步地，所述颗粒类型包括含硼化合物、含钆化合物、含铒化合物、含铪化合物、含铕化合物、含镝化合物、银、铟和镉。
[0009]进一步地，所述颗粒直径的大小范围为50～500μm。
[0010]进一步地，所述颗粒体积份额范围为0～50％。
[0011]进一步地，所述颗粒掺杂率为0～20％。
[0012]进一步地，所述颗粒孔隙率为0～40％。
[0013]一种可燃毒物燃料棒，包括：
[0014]将目标颗粒可燃毒物均匀随机弥散于燃料基体中，形成可燃毒物燃料棒。
[0015]进一步地，所述燃料基体的富集度为4.45％，所述目标颗粒可燃毒物的颗粒类型为B4C、颗粒直径为100μm、颗粒体积份额为5％、颗粒掺杂率为0％、颗粒孔隙率为0％。
[0016]一种可燃毒物板，包括：
[0017]将目标颗粒可燃毒物组成分离式可燃毒物，形成可燃毒物小球，并基于所述可燃毒物小球形成可燃毒物板。
[0018]进一步地，所述可燃毒物小球的直径为500μm，所述目标颗粒可燃毒物的颗粒类型为Er2O3，颗粒体积份额为45％，颗粒掺杂率20％，采用可燃毒物板基体材料锆掺杂，颗粒孔隙率为0％。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0020]1、通过选用颗粒可燃毒物，以增加可燃毒物的空间自屏效应，降低寿期初可燃毒物的中子吸收能力，同时也降低寿期内可燃毒物的消耗速率，有利于堆芯剩余反应性的有效控制和缓慢释放。
[0021]2、根据堆芯寿期初剩余反应性大小和寿期长短确定颗粒可燃毒物的颗粒类型、颗粒大小、颗粒体积份额、颗粒掺杂率和颗粒孔隙率，以根据不同颗粒类型的中子吸收截面和不同颗粒大小控制控制颗粒可燃毒物的空间自屏效应，不同的颗粒体积份额确定颗粒可燃毒物对系统反应性的影响，不同颗粒掺杂率和颗粒孔隙率确定对颗粒可燃毒物的等效吸收截面的影响，以控制堆芯剩余反应性，实现堆芯全寿期范围内对堆芯剩余反应性的有效控制，展平堆芯功率分布，满足冷态常压工况下停堆裕量和“卡棒”准则要求，提高堆芯设计灵活性和运行安全性。
[0022]3、将目标颗粒可燃毒物弥散于燃料基体中，可以不占燃料栅元位置，同时也不会产生严重的功率畸变，影响功率分布展平。
[0023]4、将目标颗粒可燃毒物组成分离式可燃毒物，形成可燃毒物小球，不仅有利于增加可燃毒物的吸收面积，提高毒物燃耗速率，减少寿期末可燃毒物残留，而且便于可燃毒物分段，有利于堆芯剩余反应性的控制。
附图说明
[0024]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0025]图1为本专利技术一种可燃毒物燃料棒的俯视图。
[0026]图2为本专利技术一种可燃毒物燃料棒的侧视图。
[0027]图3为本专利技术一种可燃毒物板的结构示意图。
[0028]附图标记：1、慢化剂；2、包壳；3、燃料基体；4、颗粒可燃毒物。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0030]实施例1
[0031]本专利技术提供一种颗粒可燃毒物反应性控制方法，包括：
[0032]通过设定堆芯寿期初剩余反应性大小和寿期长短，并将堆芯寿期初剩余反应性大小和寿期长短输入到堆芯反应性与燃耗变化模型中，得到颗粒可燃毒物参数；颗粒可燃毒物参数包括颗粒类型、颗粒直径、颗粒体积份额、颗粒掺杂率和颗粒孔隙率；基于颗粒可燃毒物参数选择目标颗粒可燃毒物，以加入堆芯中。
[0033]其中，颗粒可燃毒物指以颗粒形式存在的可燃毒物。以颗粒形式存在的可燃毒物相比于常规均匀分布形式的可燃毒物，可以增加可燃毒物的空间自屏效应，降低寿期初可燃毒物的中子吸收能力，从而降低寿期内可燃毒物的消耗速率，有利于系统反应性的的有效控制和缓慢释放。
[0034]具体地，根据堆芯寿期初剩余反应性大小和寿期长短，调整可燃毒物颗粒参数，以实现堆芯剩余反应性控制。其中，颗粒可燃毒物的颗粒类型包括但不限于含硼化合物、含钆化合物、含铒化合物、含铪化合物、含铕化合物、含镝化合物、银、铟和镉。本实施例中的含硼化合物存在形式为B4C、含钆化合物存在形式为Gd2O3、含铒化合物存在形式为Er2O3、含铪化合物存在形式为Hf、含铕化合物存在形式为Eu2O3、含镝化合物存在形式为Dy2O3、银存在形式为Ag、铟存在形式为In、镉存在形式为Cd等，可以理解地，不同颗粒类型的颗粒可燃毒物具有不同的中子吸收截面。
[0035]颗粒大小控制颗粒可燃毒物的空间自屏效应，本实施例将颗粒可燃毒物的颗粒直径大小范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颗粒可燃毒物反应性控制方法，其特征在于，包括：通过设定堆芯寿期初剩余反应性大小和寿期长短，并将所述堆芯寿期初剩余反应性大小和所述寿期长短输入到堆芯反应性与燃耗变化模型中，得到颗粒可燃毒物参数；所述颗粒可燃毒物参数包括颗粒类型、颗粒直径、颗粒体积份额、颗粒掺杂率和颗粒孔隙率；基于所述颗粒可燃毒物参数选择目标颗粒可燃毒物，以加入堆芯中。2.根据权利要求1所述的颗粒可燃毒物反应性控制方法，其特征在于，所述颗粒类型包括含硼化合物、含钆化合物、含铒化合物、含铪化合物、含铕化合物、含镝化合物、银、铟和镉。3.根据权利要求1所述的颗粒可燃毒物反应性控制方法，其特征在于，所述颗粒直径的大小范围为50～500μm。4.根据权利要求1所述的颗粒可燃毒物反应性控制方法，其特征在于，所述颗粒体积份额范围为0～50％。5.根据权利要求1所述的颗粒可燃毒物反应性控制方法，其特征在于，所述颗粒掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄磊，柴晓明，姚栋，王连杰，于颖锐，李庆，彭星杰，夏榜样，陈长，刘同先，李满仓，陈亮，刘晓黎，甯忠豪，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：