一种使用已辐照燃料元件替代一次中子源的方法与流程

本发明涉及核反应堆设计技术领域，具体地，涉及一种使用已辐照燃料元件替代一次中子源的方法。

背景技术：

反应堆在装料和启动期间，需要对堆芯裂变反应率及其变化进行监测，从而防止反应堆达到无法控制的瞬发临界状态。国内在役核电厂，在首循环中，监测使用的是堆外源量程探测器，距离堆芯较远，在堆芯引入一次中子源(一般为cf-252源)，可以提高探测器处的中子注量率和计数率。目前，一个典型的压水堆核电厂堆芯，会在堆芯对称的引入2个一次中子源组件。

一次中子源的使用有以下缺点：1)cf-252源生产困难，生产成本高；2)需要设计制造专门的一次中子源组件，增加额外的设备。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种首循环取消一次中子源组件的使用已辐照燃料元件替代一次中子源的方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种使用已辐照燃料元件替代一次中子源的方法，堆芯不装载和不使用一次中子源组件，在首循环中装载一个或多个从其它已运行反应堆中获取的已辐照燃料组件，利用已辐照燃料组件释放的中子使探测器处的中子计数率满足要求，同时已辐照燃料组件留存的易裂变核素满足首循环物理设计要求。

进一步的，所述的堆芯采用177个燃料组件。

进一步的，所述的已辐照燃料为经过两次循环的燃料组件。

进一步的，将已辐照燃料组件布置在堆芯外围，使得在反应堆启动期间，探测器处计数率和裂变中子所占份额能够满足物理启动要求。

进一步的，在首循环装料阶段的早期，将已辐照燃料组件置于堆芯最外围，即最接近源量程探测器的位置；在首循环装料阶段的后期，在外围燃料组件基本布置完毕后，将所述已辐照燃料组件从堆芯外围移至装载图位置。在整个装料期间，探测器处计数率满足装料监测要求。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明提出了使用已辐照燃料组件替代一次中子源组件的方法，高富集度燃料组件在经过2次循环后，产生了能够通过自裂变反应与(α，n)反应产生中子的核素，同时燃料中仍然存在大量易裂变核素，在其他反应堆的首循环使用这些中等燃耗的已辐照燃料组件，既可以满足物理设计要求，又可以满足堆外源量程探测器的测量要求。

2、可以在首循环取消一次中子源组件的，在满足堆芯装料和启动临界安全监督要求的情况下，避免一次中子源组件带来的cf-252源生产、设备制造和辐射防护问题。

3、利用已辐照燃料释放的中子和留存的易裂变核素，满足首循环反应堆装料和物理启动期间的临界安全要求以及物理设计相关要求，避免了cf-252源生产带来的困难，降低反应堆设备采购成本。

附图说明

图1是应用本发明的177堆芯压水堆核电厂反应堆装料顺序示例；

图2是应用本发明的177堆芯压水堆核电厂反应堆装载示例。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

以采用177个燃料组件的压水堆核电厂堆芯为例。

如图1-2所示，一种使用已辐照燃料元件替代一次中子源的方法，取消布置在反应堆堆芯中的一次中子源组件，在首循环装料阶段的早期，在首循环中装载不少于4个从其它已运行反应堆中获取的已辐照燃料组件，已辐照燃料组件留存的易裂变核素需满足首循环物理设计要求，利用已辐照燃料组件释放的中子使探测器处的中子计数率满足要求，优选的，将已辐照燃料组件置于堆芯最外围，即最接近源量程探测器(即图1中的scr1，scr2)的位置，使得在反应堆启动期间，探测器处计数率和裂变中子所占份额能够满足物理启动要求，本实施中采用已辐照燃料为燃料组件，如果只采用4个已辐照燃料组件，单个燃料组件燃耗深度应大于40000mwd/tu，如果已辐照燃料组件数量更多，则已辐照燃料组件燃耗形成的中子源强之和不得低于4个燃耗深度为40000mwd/tu的中子源强之和。

在装料阶段的后期，在外围组件基本布置完毕后，已辐照燃料组件从堆芯外围移至装载图位置。应用本发明所述装料次序如图1所示，装料开始时选择在a07、a09及r07、r09布置已辐照燃料组件，a08、n06位置布置新燃料组件这里说的是在装料开始阶段，即在装前6个燃料组件时，a08、n06位置就要布置新组件，待燃料组件接近装完后，将堆芯装载开始时a07、a09及r07、r09装载的已辐照燃料组件移出移至装载图位置，在该位置装入堆芯装载报告所规定的燃料组件。但本发明的堆芯并不局限于该种堆芯装料次序。

所述的堆芯使用一个合适的堆芯装载，高燃耗已辐照燃料组件(如4个燃耗超过40000mwd/tu的燃料组件)布置在堆芯外围，堆芯中不布置其他附加中子源(如一般使用一次中子源cf-252)，应用本发明所述堆芯装载如图2所示，在b与p列靠中心位置(如b07、b08、b09及p07、p08、p09)可布置一些已辐照燃料组件，在这样的条件下，使用有限数量，有限燃耗的燃料组件就可以实现堆外脉冲探测器计数达到一定水平，同时确保在启动后期堆芯接近临界期间，探测器计数中的裂变中子份额处于较高的水平。但本发明的堆芯并不局限于该种堆芯装载。其中，附图2中，18000：富集度为1.8％；24000：富集度为2.4％，不含硼可燃毒物棒；24012：富集度为2.4％，含12根硼可燃毒物棒；24016：富集度为2.4％，含16根硼可燃毒物棒；24020：富集度为2.4％，含20根硼可燃毒物棒；31000：富集度为3.1％，不含硼可燃毒物棒；31008：富集度为3.1％，含8根硼可燃毒物棒；31016：富集度为3.1％，含16根硼可燃毒物棒；rfa:已辐照燃料组件。

本发明所述堆芯在反应堆首循环中取消一次中子源组件，利用已辐照燃料释放的中子，满足反应堆装料和物理启动期间的临界安全监督要求，利用已辐照燃料组件中存在的易裂变核素，满足反应堆物理设计相关要求。取消一次中子源组件，避免cf-252源生产带来的困难，降低反应堆设备采购成本。

如上所述，可较好的实现本发明。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种使用已辐照燃料元件替代一次中子源的方法，堆芯不装载和不使用一次中子源组件，在首循环中装载一个或多个从其它已运行反应堆中获取的已辐照燃料组件，利用已辐照燃料组件释放的中子使探测器处的中子计数率满足要求，同时已辐照燃料组件留存的易裂变核素满足首循环物理设计要求。本发明的有益效果是：燃料组件在经过2次循环后，产生了能够通过自裂变反应与(α，n)反应产生中子的核素，同时燃料中仍然存在大量易裂变核素，使用已辐照燃料组件替代一次中子源在满足堆芯装料和启动临界安全监督要求的情况下，避免一次中子源组件带来的Cf‑252源生产、设备制造和辐射防护问题。

技术研发人员：肖锋;应栋川;谭怡;吕焕文;李兰;刘嘉嘉;唐松乾;魏述平;张宏越
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：2017.02.28
技术公布日：2017.08.18