一种轴向多分区布置的MOX燃料组件装载方法与流程

本发明属于压水堆堆芯MOX燃料装载技术，具体涉及一种轴向多分区布置的MOX燃料组件装载方法。

背景技术：

相比于UO₂燃料组件组成的压水堆堆芯，在全堆芯装载MOX燃料压水堆堆芯中，由于慢化剂密度轴向的变化，以及MOX燃料更大的吸收截面，堆芯的轴向能谱差异较UO₂燃料组成的堆芯大，从而导致了堆芯轴向功率偏移很大，这不利于展平堆芯功率峰因子，也不利于堆芯控制，不利于堆芯的安全运行，因此有必要对MOX燃料组件进行全新的设计，以改善堆芯轴向功率偏移，保证堆芯的安全运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对目前全部装载MOX燃料的压水堆堆芯，堆芯轴向功率向下偏移非常严重的问题，提供一种轴向多分区布置的MOX燃料组件装载方法。

本发明的技术方案如下：一种轴向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，沿轴向对MOX燃料组件进行多个分区，对每个分区中的Pu含量进行设计装载，增大组件上部分区燃料芯块Pu的含量，降低组件下部分区燃料芯块Pu的含量，保证组件平均Pu的含量满足设计要求，并且控制上部分区燃料芯块Pu的含量不能过大，以避免由此产生的燃料循环寿期初时正的轴向功率偏移，在保证轴向功率偏移得到改善的基础上，采用最少的Pu含量燃料芯块种类数，实现MOX燃料组件的轴向装载设计。

进一步，如上所述的轴向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，其中，所述的MOX燃料组件的轴向分为2个区，两区的高度相等。

更进一步，如上所述的轴向多分区布置的MOX燃料组件装载方法，其中，所述的MOX燃料组件的冷态活性区高度为365.76cm，2个分区中上区的Pu质量含量为9.80％，下区的Pu质量含量为9.10％，整个组件的平均Pu质量含量为9.45％。

本发明的有益效果如下：本发明为改善MOX燃料组件轴向功率分布，对组件进行轴向分区布置，由于轴向功率分布向下偏移，在组件轴向布置时增大组件上部分的Pu含量，并同时考虑燃料芯块种类所带来的燃料制造难度问题，实现了全新的MOX燃料组件轴向装载设计，提高了燃料组件的性能。

附图说明

图1为轴向不分区布置组件在寿期初时的堆芯轴向功率分布图；

图2为2分区方案与不分区布置的轴向功率偏移计算结果图；

图3为3分区方案与不分区布置的轴向功率偏移计算结果图；

图4为4分区方案与不分区布置的轴向功率偏移计算结果图；

图5为2分区方案、3分区方案与4分区方案中较好的分区方案对比结果图；

图6为2分区布置方案4的平衡循环BOC、MOC和EOC堆芯的轴向功率分布图；

图7为本发明实施例确定的组件轴向装载设计方案示意图，图中C9800和C9100表示燃料芯块Pu的含量分别为9.80％和9.10％，182.88和365.76表示1区的高度为182.88cm，1区加2区的高度为365.76cm。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明所提供的MOX燃料组件装载方法对MOX燃料组件轴向进行多个分区，每个分区Pu的含量不同。分区的原则是根据轴向不分区布置组件在寿期初时的堆芯轴向功率分布图，如图1所示，由轴向功率分布可知，功率向下偏移很严重，所以需增大组件上部各分区燃料芯块Pu的含量，降低组件下部各分区燃料芯块Pu的含量，以提高堆芯上部的功率，减小功率的轴向偏移，但同时需避免由此产生的燃料循环寿期初时正的轴向功率偏移。可以采用轴向2分区、3分区、4分区等轴向分区布置，更多的分区可以更好的展平轴向功率分布，但同时也需要更多的燃料芯块种类，增大燃料制造的难度，所以需同时考虑这两方面的因素，在保证轴向功率偏移得到改善的基础上，尽量采用最少的Pu含量燃料芯块种类数，实现组件的轴向装载设计。因此需对比2分区、3分区、4分区等分区方案的轴向功率分布和轴向功率偏移的计算结果，以得到最优的分区方案。对于相同分区数量的方案，各区的高度可根据图1所示的轴向功率分布进行初步布置，并进行多次试算对比，从中选取较好的分区方案。而对于各区Pu的含量，总的原则是组件上部的含量高，下部的含量低，同时保证组件平均Pu的含量满足设计要求，在此基础上对不同的Pu含量的组件进行多次试算对比，从中选取较好的Pu的含量布置。

下面以Pu含量为9.45％的MOX燃料组件为例，对本发明的设计过程进行说明。

以Pu含量为9.45％的MOX燃料组件的轴向布置为例，组件的活性高度为365.76cm，根据组件不进行分区的情况下的轴向功率分布来进行轴向分区的设计，尽量做到以最少的分区达到可接受的轴向功率展平的效果。由于对组件轴向进行分区，会对MOX燃料制造的难度有一定程度的增加，且分区越多燃料制造的难度越大，成本也会有一定程度提高。因此，需综合考虑组件轴向分区对轴向功率偏移的改善与MOX燃料制造的难度与成本两方面的因素，最后选出最优的分区方案。分别针对轴向2分区、3分区和4分区的方案进行计算分析。组件轴向不分区的情况下堆芯循环初的轴向功率分区图1所示。

从轴向功率分区可以看出，轴向功率向下偏移很严重，这不利于堆芯的安全运行。为改善轴向功率分布，需对组件进行轴向分区布置，由于轴向功率分布向下偏移，在组件轴向布置时需增大组件上部分的Pu的质量含量。下面分别给出了2分区、3分区和4分区的分区方案。

2分区方案如表1所示，从下到上分别为：1区和2区。

表1 2分区布置分区方案

2分区方案与不分区布置的轴向功率偏移计算结果如图2所示。

3分区方案如表2所示，从上到下分别为：1区、2区和3区。

表2 3分区布置分区方案

3分区方案与不分区布置的轴向功率偏移计算结果如图3所示。

从图中结果可以看出，不分区布置的MOX组件在循环初的功率轴向偏移可以达到-10％以上，通过组件的轴向3区布置，分区方案1与方案2把功率轴向偏移的绝对值最大值控制在了4％左右。

4分区方案的轴向布置图如表3所示。从上到下分别为：1区、2区、3区和4区。

表3 4分区布置分区方案

4分区方案与不分区布置的轴向功率偏移计算结果如图4所示。

分别从2分区方案、3分区方案与4分区方案中选出较好的分区方案进行对比，分别为：2分区方案4、3分区方案1和4分区方案2，对比结果如图5所示。

从图5的对比结果可以看出，2分区、3分区和4分区方案对轴向功率偏移都有明显的改善作用，把轴向功率偏移控制在4％以内，而且，2分区方案的结果与3分区和4分区方案的结果接近。因此考虑到MOX燃料制造的难度与成本，本实施例采取2分区布置的方案4作为全MOX燃料堆芯的组件轴向布置设计方案。

轴向2分区布置方案4的平衡循环在不同燃耗下的轴向功率偏移详细计算结果如下表所示。

表4轴向2分区方案4轴向功率偏移计算结果

2分区布置方案4的平衡循环BOC、MOC和EOC堆芯的轴向功率分布如图6所示。

从表中轴向功率偏移随燃耗的计算结果和图6中平衡循环BOC、MOC和EOC的轴向功率分布可以看出，轴向2分区布置方案可以有效展平轴向功率分布，改善轴向功率偏移，使轴向功率偏移的绝对值在整个循环内尽量小，既改善了轴向不分区导致的较大的负的轴向功率偏移，同时保证不会由于分区布置导致循环初出现较大的正的轴向功率偏移。

经过以上整个计算过程，最后可得到较优的MOX组件轴向分区布置。即本发明实施例中，如图7所示，全部装载MOX燃料的压水堆堆芯平衡循环的组件，Pu的平均质量含量为9.45％，组件轴向共分两区，两区的冷态长度相等，均为182.88cm，上区Pu的质量含量为9.80％，下区Pu的质量含量为9.10％。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。