[发明专利]考虑燃料组件燃耗分布的乏燃料溶解器临界安全分析方法

说明书

本发明涉及一种考虑燃料组件燃耗分布的乏燃料溶解器临界安全分析方法。该方法通过确定最大反应性组件每根燃料棒各轴向段燃耗分布，确定每个燃耗区间内燃料的质量比例，根据燃料的反应性大小(易裂变核素含量高低)由内至外对燃料进行分层布置，使得乏燃料溶解器内的燃料组成更接近真实情况，但又有一定的临界安全分析保守裕量，从而可以在确保安全的情况下提高乏燃料溶解器的处理量或减少中子毒物材料的使用。该方法实现了对乏燃料溶解器的精细化临界安全分析，是一种先进的、具有工程可行性的乏燃料溶解器临界安全分析方法。

技术领域

本发明属于核临界安全分析领域，具体涉及一种乏燃料溶解器中考虑燃料组件轴向和径向燃耗分布的临界安全分析方法。

背景技术

溶解器是后处理厂首端处理的一个关键工艺设备，其主要功能是溶解剪切成短段的乏燃料。溶解器是易裂变材料比较集中的部位，是重点需要关注临界安全的设备。乏燃料的溶解在溶解器中进行，由于其属于典型的堆外操作、加工、处理易裂变材料的核设施，因而核临界安全与控制在其设计、运行和管理中占有特殊且重要的地位。而我国选择闭式核燃料循环策略，乏燃料后处理的需求很大，为了满足我国核燃料循环的乏燃料后处理需求，同时提高乏燃料后处理厂的经济性，需要尽量提高后处理厂的处理量。这就要求乏燃料溶解器也要在设计中应尽量提高乏燃料溶解器的处理量。

因此，在保证临界安全的前提下，尽可能的放大乏燃料溶解器的尺寸，以提高溶解器的处理量，是乏燃料后处理厂的一个关键设计需求。

在乏燃料逐步被溶解过程中，溶解液中呈现固体燃料、固液混合燃料和液体燃料三种状态。根据已经开展的大量研究，当固体燃料在溶液中呈球状栅格排列时的反应性最大，通过最佳慢化栅格搜索计算，找到系统反应性最大的最佳慢化栅格构型。若乏燃料按照最佳慢化栅格构型布置，乏燃料溶解器在各工况下的系统有效增殖因子都满足临界安全接受限值的要求，那么就可以保证乏燃料溶解器是次临界安全的。

以往的乏燃料溶解器临界安全分析，燃料成分按照乏燃料组件最大反应性的成分来考虑。而实际的乏燃料组件轴向和径向的燃耗都不是均匀的，某些类型乏燃料组件其轴向和径向的燃耗差异较大，因此这种传统的临界安全分析方法具有过大的保守裕量，相应的乏燃料溶解器的尺寸和处理量被限制在一个较小的数值，从而造成经济性上的损失，甚至需要增加固体或可溶中子毒物才能处理一些易裂变材料含量较高的乏燃料组件。

从国内外核临界安全分析领域在乏燃料溶解器中应用的临界安全分析方法方面的调研情况来看，还没有研究者给出考虑燃料组件轴向和径向燃耗分布的临界安全分析方法。

从工程应用的角度来看，由于我国乏燃料后处理的需求很大，在保证临界安全的前提下，提高乏燃料溶解器的处理量可以提高乏燃料后处理厂的经济性。因此，对采用考虑燃料组件轴向和径向燃耗分布的临界安全分析方法对乏燃料溶解器进行临界安全分析是非常有必要的。

目前乏燃料溶解器相关专利申请更多集中于临界安全控制方法、装置设备等方面。如中国核电工程有限公司申请的201410271524.4“一种环状固体中子毒物分区布置的溶解器临界安全控制方法”和201410271775.2“一种离散式固体中子毒物布置的溶解器临界安全控制方法”，都涉及溶解器的具体临界安全控制方法，但没有提供具体的临界安全分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种乏燃料溶解器中考虑燃料组件轴向和径向燃耗分布的临界安全分析方法，满足乏燃料溶解器的临界安全分析需求。

本发明的技术方案如下：一种考虑燃料组件燃耗分布的乏燃料溶解器临界安全分析方法，包括如下步骤：

(1)确定乏燃料溶解器处理的乏燃料组件中反应性最大的组件的每根燃料棒各轴向段燃耗分布；

(2)确定所述各轴向段对应的每个燃耗区间内燃料的质量比例；

(3)按照每个燃耗区间的燃料反应性大小，对燃料进行分层布置；