一种氧浓度区间校核方法

本发明涉及铅铋快堆氧浓度区间校核，具体而言，涉及一种氧浓度区间校核方法。

背景技术：

1、铅铋快堆作为极具发展前景的第四代反应堆之一，目前受到广泛的关注，由于液态铅铋合金的腐蚀作用，燃料棒容易由于包壳材料的液态金属脆化、液态金属辅助损伤和环境辅助裂化作用失效，材料的相容性问题成为铅铋快堆发展中函待解决的难题之一，为了降低液态金属对燃料棒包壳材料的腐蚀作用，保障长期运行时燃料棒的完整性，研究了许多不同的减缓腐蚀方法。

2、目前，铅铋快堆设计中，主流的减缓腐蚀防护措施包括：(1)选用耐腐蚀的金属材料t91合金；(2)通过控制液态金属的氧气浓度保持燃料棒包壳表面形成保护性氧化层，以改变液态金属的润湿性，阻止液态金属进一步的腐蚀，同时，提出了气相和固相两个氧浓度控制方法，并已在实验回路中表现出良好效果。但现有方法局限于铅铋快堆的腐蚀行为本身，仅是对实验数据的简单拟合得到结果。

3、由于实际情况下，氧浓度区间虽然可以保证包壳表面保护性氧化层的存在，但该氧化层同时又是包壳传热的热阻，造成包壳表面的传热恶化，从而影响燃料棒的完整温度场分布，此外，包壳受腐蚀后材料的厚度受到削弱，包壳的减薄也会影响燃料棒的变形量，同时，由于实际情况下铅铋快堆中沿燃料棒轴向方向存在着显著的轴向不均匀性，这将导致包壳的腐蚀行为产生轴向相关性，故燃料棒的氧化腐蚀的影响传递是一个多物理的过程。

4、现有的铅铋快堆氧浓度控制技术，通常仅从氧浓度区间选取极限值或中间值，并未考虑燃料棒的多物理属性，但是，现有的氧浓度区间仅基于燃料棒材料腐蚀理论得到，氧浓度区间设置并不准确，设置范围较宽，无法保证该范围内的氧浓度均满足燃料棒的使用需求，诸如，氧浓度区间的上限值可能存在导致传热恶化严重的问题，氧浓度区间的下限值可能存在氧化层厚度过低无法抑制腐蚀的问题，而由于上述效应都具有高度非线性，氧浓度区间的中间值可能仍无法满足燃料棒长期使用的要求。因此，现有的氧浓度控制技术，还存在氧浓度区间设置不准确，氧浓度区间中存在不符合燃料棒使用需求的氧浓度值，导致燃料棒燃耗时容易产生传热恶化或无法抑制腐蚀，进而无法满足燃料棒长期使用需求的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种氧浓度区间校核方法，以解决现有氧浓度区间没有结合多物理特性分析的技术问题。

2、本发明提供的一种氧浓度区间校核方法，所述方法包括如下步骤：

3、建立铅铋快堆模型，获取所述铅铋快堆模型的初始氧浓度区间，从所述初始氧浓度区间中选取多个预设氧浓度；其中，所述铅铋快堆模型包括燃料棒和液态铅铋合金，所述燃料棒包括芯块和包壳；

4、对所述燃料棒在各所述预设氧浓度下进行物理场计算，得到各所述预设氧浓度对应的物理场参数；其中，所述物理场参数包括温度分布参数、燃料棒几何参数、接触应力、包壳氧化腐蚀参数和裂变气体参数；

5、基于各所述预设氧浓度对应的物理场参数判断各所述预设氧浓度是否满足所述燃料棒的使用需求，基于满足所述燃料棒的使用需求的各预设氧浓度确定合格的氧浓度区间。

6、优选的，所述获取所述铅铋快堆模型的初始氧浓度区间的步骤，包括：

7、根据所述燃料棒的包壳表面稳定生成并累积氧化层时的氧浓度，得到所述初始氧浓度区间的下限值；

8、获取所述燃料棒在所述液态铅铋合金中无氧化物析出时的氧浓度，得到所述初始氧浓度区间的上限值。

9、优选的，所述基于各所述预设氧浓度对应的物理场参数判断各所述预设氧浓度是否满足所述燃料棒的使用需求的步骤，包括：

10、判断所述预设氧浓度对应的各所述物理场参数是否均处于与其对应的所述安全限值内；

11、若各所述物理场参数均处于与其对应的所述安全限值内，确定所述预设氧浓度满足所述燃料棒的使用需求；

12、若各所述物理场参数中存在一项或多项参数未处于与其对应的所述安全限值内，确定所述预设氧浓度不满足所述燃料棒的使用需求。

13、优选的，所述基于满足所述燃料棒的使用需求的各预设氧浓度确定合格的氧浓度区间的步骤，包括：

14、获取所述初始氧浓度区间中满足所述燃料棒的使用需求的连续相邻的各预设氧浓度，得到合格的氧浓度区间；其中，所述合格的氧浓度区间中的各氧浓度均满足所述燃料棒的使用需求。

15、优选的，所述基于满足所述燃料棒的使用需求的各预设氧浓度确定合格的氧浓度区间的步骤，包括：

16、获取所述初始氧浓度区间中不满足所述燃料棒的使用需求的连续相邻的各预设氧浓度，得到不合格的氧浓度区间，将所述初始氧浓度区间中的所述不合格的氧浓度区间剔除，得到合格的氧浓度区间；其中，所述合格的氧浓度区间中的各氧浓度均满足所述燃料棒的使用需求。

17、优选的，所述对所述燃料棒在各所述预设氧浓度下进行物理场计算，得到物理场参数的步骤，包括：

18、对所述燃料棒在所述预设氧浓度下进行中子物理场计算，得到中子物理场参数；所述中子物理场参数包括径向中子通量密度、轴向中子通量密度、核子浓度和体积释热率。

19、优选的，所述对所述燃料棒在各所述预设氧浓度下进行物理场计算，得到物理场参数的步骤，还包括：

20、基于所述中子物理场参数对所述燃料棒在所述预设氧浓度下进行温度场计算，得到所述温度场参数；所述温度场参数包括包壳最大温度和芯块中心温度。

21、优选的，所述对所述燃料棒在各所述预设氧浓度下进行物理场计算，得到物理场参数的步骤，还包括：

22、对所述燃料棒在所述预设氧浓度下进行包壳氧化腐蚀计算，得到所述包壳氧化腐蚀参数；所述包壳氧化腐蚀参数包括磁铁矿层厚度、尖晶石层厚度和包壳腐蚀厚度。

23、优选的，所述对所述燃料棒在各所述预设氧浓度下进行物理场计算，得到物理场参数的步骤，还包括：

24、对所述燃料棒在所述预设氧浓度下进行特征形变和应变位移场计算，得到所述接触应力和所述燃料棒几何参数；所述燃料棒几何参数包括芯块内侧半径、芯块外侧半径、包壳内侧半径、包壳外侧半径、间隙尺寸和包壳厚度。

25、优选的，所述对所述燃料棒在各所述预设氧浓度下进行物理场计算，得到物理场参数的步骤，还包括：

26、对所述燃料棒在所述预设氧浓度下进行裂变气体行为计算，得到所述裂变气体参数；所述裂变气体参数包括间隙气体压力、晶内气泡的浓度、晶间气泡的浓度、晶内气体肿胀和晶间气体肿胀。

27、本发明实施例提供的一种氧浓度区间校核方法的有益效果在于：使用该氧浓度区间校核方法建立包括燃料棒和液态铅铋合金的铅铋快堆模型，燃料棒处于液态铅铋合金的环境中，获取铅铋快堆模型的初始氧浓度区间，从初始氧浓度区间中选取多个预设氧浓度，对燃料棒在各预设氧浓度下进行物理场计算，得到各预设氧浓度对应的物理场参数，基于各预设氧浓度对应的物理场参数判断各预设氧浓度是否满足燃料棒的使用需求，基于满足燃料棒的使用需求的各预设氧浓度确定合格的氧浓度区间。本发明通过计算燃料棒于各预设氧浓度下的各物理场，得到各物理场参数，结合多物理场对氧浓度进行了分析，根据各预设氧浓度下的各物理场参数判断预设氧浓度是否满足燃料棒使用需求，由初始氧浓度区间中满足使用需求的预设氧浓度构成合格的氧浓度区间，完成初始氧浓度区间的校核，窄化了初始氧浓度区间，剔除了不符合燃料棒使用需求的氧浓度，得到的合格的氧浓度区间中的氧浓度均满足燃料棒使用需求，可避免燃料棒燃耗时产生传热恶化、无法抑制腐蚀和无法满足燃料棒长期使用的问题。

28、本发明实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明实施例的上述技术即可得知。

29、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。