模块式小型堆非能动堆腔注水冷却堆芯的严重事故分析

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1、模块式小型堆非能动堆腔注水冷却堆芯的严重事故分析毛辉辉1陈树1邓坚1向清安1肖红2（1.中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川成都610041；2.环境保护部核与辐射安全中心，中国北京100082）【摘要】以模块式小型堆为研究对象，使用MELCOR程序建立了电厂模型。选取安注管线双端剪切断裂严重事故为保守事故序列，非能动堆腔注水系统（PassiveCavityInjectionSystem,PCIS）投入后，分析堆芯热量通过吊篮和压力容器壁进入堆腔水的传热过程，并评价燃料棒结构状态。计算结果表明，堆芯支承板保持支撑燃料组件，堆芯大部分燃料组件包

2、壳保持棒状结构状态，PCIS冷却压力容器外壁面带出堆芯热量实现堆芯冷却。.jyqkforSmallModularReactorMAOHui-hui1CHENShu1DENGJian1XIANGQing-an1XIAOHong2（1.ScienceandTechnologyonReactorSystemDesignTechnologyLaboratory,NuclearPoentProtectionofP.R.China,Beijing,100082,China）【Abstract】ThemodelofSmallModularReactorisbuildusing

3、MELCORcode.Thispaperanalyzescoreheatremovedprocessthroughthe(PCIS),byselectingDVIdouble-cutruptureastheconservativesevereaccidentsequence,anddeterminethefuelrodstate.Theresultsshoblyallthetime,mostfuelrodcouldremainstanding,thecoreheatcouldberemovedthroughthe；Corecooling；MELCORcode０前

4、言中核集团研发的模块式小型堆，在成熟的压水堆核电技术的基础上，采用“非能动”的安全系统和“一体化”反应堆设计技术进行研究，其安全性和经济性达到第三代核能系统技术水平的革新型压水堆。非能动堆芯冷却系统失效的严重事故进程中，堆芯裸露、温度上升后，锆包壳出现裂纹导致裂变产物气体和气溶胶释放；随着围板和成型板熔化，吊篮温度快速上升，并通过水蒸气辐射换热加热压力容器内表面，然后非能动堆腔注水冷却压力容器外表面带出堆芯热量。堆芯热量通过辐射换热直接由非能动堆腔冷却系统带出的措施，目前应用于高温汽冷堆。高温气冷堆发生事故后，能动堆芯冷却失效时，采取非能动堆腔冷却系统（Pass

5、iveReactorCavityCoolingSystem，RCCS）带出堆芯热量，保证堆芯完好。堆芯热量通过辐射换热传递到堆芯吊篮、压力容器壁、RCCS璧面。RCCS采用大量小直径圆管以增大传热面积，但GT-MHR600[1]、清华高温气冷堆（HTR-10）的RCCS采用空气冷却，PBMR400[2]的RCCS采用水冷却。由于压水堆的自身特点，难以采取PCIS带出堆芯热量以保证堆芯完好，但是，模块式小型堆能否通过PCIS避免堆芯支承板失效、堆芯熔融物迁移到下封头。目前国内外还没有公开发表的文献对此问题进行研究。本文以模块式小型堆为研究对象，使用MELCOR程序

6、建立了电厂模型。选取安注管线双端剪切断裂严重事故为保守事故序列，分析PCIS投入后，堆芯热量通过吊篮和压力容器壁进入堆腔水的传热过程，并利用燃料棒失效模型评价其结构状态。１分析程序和分析模型１.1分析程序MELCOR是一个完整的第二代系统性严重事故分析程序，由桑迪亚国家实验室（SNL）为美国核管会（NRC）开发的PSA工具，能模拟轻水堆严重事故进程的主要现象，并能计算放射性核素的释放及其后果。本文使用MELCOR2.1版本（非常感谢环境保护部核与辐射安全中心提供了该程序的使用权），与MELCOR1.8.5相比，取消下封头（BH）模块，改进COR模块，新增乏燃料水

7、池和高温气冷堆模拟模型。在COR模块中，新增堆芯围板和成型板、堆芯和下腔室熔融池模型、熔融池硬壳形成模型、改进下封头传热失效模型等等。１.2电厂模型MELCOR模型模拟了一回路系统、二回路系统、自动卸压系统、非能动堆芯冷却系统和PCIS系统，节点图见图1。Fig.1SmallModularReactorNodingDiagram堆芯径向分为6环，第1环到第4环从内到外全为通道区域（燃料组件），第5环由通道区域（燃料组件）和旁通区域组成，第6环仅在下腔室。堆芯径向1到5环分别代表3.5、9.5、14、18、12个燃料组件。堆芯轴向划分为21段，第1到6段代表下封头

8、，第7段代表堆芯支承板，