堆芯换料实施方案.ppt

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1、堆芯换料方案—压水堆换料方案制作人：王聪09辐射防护与环境工程在分批换料时，新旧燃料应如何布置？这是换料方案应解决的问题。最简单的情况是假设在堆芯中采用均匀的装料方式，即在整个堆芯中采用相同富集度的燃料组件。在这种装料方式下，堆芯中心区域的中子量密度高，寿期初堆芯的峰因子很大，因而限制了反应堆的输出功率。这是均匀装料方式的一大缺点。同时，在芯边缘的大部分区域，中子通量密度较低，燃耗速度较慢，卸出的燃料元件的燃耗深度很浅，因而反应堆的平均卸料然耗深度也很浅，这是均匀装料另一重大缺点。所以，目前动力堆都不采用这种方式进行装/换料。为了克服均匀装料方式的缺

2、点，通常采用非均匀的分区装料方式，在这种装方式下，把堆芯在径向分成若干区域，然后在不同区域装载富集度和燃耗深度不同的燃料。例如，在某一压水堆中，从中心到边缘分为三区，三区料235U的富集度分别为2.1%，2.6%和3.1%。换料时，先把富集度最低(燃耗深度最大)的一批组件卸出堆芯，然后替换上新的燃料组件。新的和旧的(已烧过的）燃料组件的相对布置可有多种方案供选择。现已压水堆为例，讨论下列几种换料方案：在这种方案中，芯部自内向外分为三区，新料装在堆芯最内区，烧过一个循环的燃料组件布置在第二区，而在最外区布置烧过两个循环的燃料组件。换料时把最外区的燃料组件

3、卸去，然后把中间两区的燃料组件依次分别移到第二区和边缘区，而在中心区装上新的燃料组件。这种分区装料方式可以使燃料燃耗比较均匀，从而，可以获得高的平均卸料燃耗深度，同时由于新燃料放在中心区域，所以反应堆的中子泄漏损失较小，反应堆寿期比较长。它的重大缺点是：寿期初中心区域的中子通量密度很高，因而堆芯的功率峰因子较大，限制了反应堆的功率水平。因此，在动力堆的实际运行中不采用这种装料方式。1、内—外换料方案外装料方案相反，新的燃料组件装在堆芯的边缘区。换料时，先把中心区的组件卸出，然后把中心区域以外的组件按批向内倒料。这种装料方案由于新料放在芯部边缘区而中心则

4、是已经过两循环运行燃耗比较深的组件，因而可达到展平堆芯中子通量密度分布的目的从而使功率峰因子下降。它的缺点是由于新料布置在堆芯边缘，因此使得堆芯的泄露反应性损失较大，从而使堆芯循环长度缩短。2.外一内换料方案这是压水堆传统的一种装料方式，它是在外一内装料方案基础上发展起来的。新燃料仍然放在堆芯外区，而堆芯内部则把已在堆内燃烧了一个和两个循环的燃料组件像图中所示那样分散交替地列。这样一方面由于新燃料装在堆芯最外区，展平了全堆芯的中子通量密度分布、降低了整体功率峰;另一方面，由于堆芯内局部的反应性分布也比较均匀，因而中心区域的中子通量密度分布将像精细的波浪

5、形，降低了局部功率因子。此外在换料时，由内区卸下燃耗最深的三个循环的燃料组件，并用最外区已经历了一个循环的组件来填充，然后在最外区装上新的燃料组件.这样每次换料时不必移动堆芯中所有的燃料组件，从而缩短了换料时间，装卸料也比较简单，所既在上个世纪80年代曾被广泛地采用。3、外—内分区交替换料4.低泄漏换料方案这是自20世纪70年代末开始发展起来的一种压水堆的装料方式，目前世界上多数压水堆核电厂均采用了换料方案。它吸收了前面几种换料方案的优点，在这种换料方案中，新燃料组件多数置在离开堆芯边缘靠近堆芯区的位置上，而把烧过两个循环以上燃耗深度比较大的组件安置在

6、最外面的边缘区，把烧过一个和两个循环的组件交替地布置在堆芯的中间区，这种装料方案的重要优点在于：由于新料是布置在堆芯偏内的区域，最外区是燃耗深度较大的辐照过的组件，所以堆芯边缘中子通量密较低，从而减少了中子从堆芯的泄漏，提高中子利用的经济性和芯部的反应性，延长了堆芯寿期。或者，在保持循环长度和新燃料组件数不变的情况下，这种低泄漏换料方案的新料富集度可比外-内案减少5%~10%。更重要的是由于快中子泄漏的降低，减少了反应堆压力壳的中子注量，降低了对压力壳的热冲击，从而延长了压力壳和反应堆的使用寿命。图2给出了在外一内交替和低泄漏两种换料方案下，反应堆压力

7、壳所受的能量高于1MeV的中子辐照情况，从该图的比较可看出低泄漏方案在降低压力壳辐照损伤方面的显著效果。但是，低泄漏装料也带来了新的问题。由于新燃料组件被移到堆芯内部，因而使功率峰值较外一内装料方案时增加。为了得到可接受的功率峰值，除了恰当的对燃料组件进行合理布置外，还必须采用一定数量的可燃毒物来抑制功率峰。·但是可燃毒物棒的使用却可能带来另一副作用，即在循环寿期末可燃毒物未能全部烧完，尚残留一小部分，这就减少了反应堆的剩余反应性，缩短了堆芯的寿期，带来所谓的可燃毒物反应性惩罚。另一方面，在传统的外一内装料方案中，新燃料组件放最外区，除第一循环外，一般

8、不采用可燃毒物，因而功率峰值将随燃耗的增加而减少，所以，在换料方案设计时一般只要保证循环寿期初