CN110991809A - 一种基于华龙一号的堆芯积存量实时估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于华龙一号的堆芯积存量实时估算方法，所述方法包括：1)确定事故应急时华龙一号堆芯装载燃料总批数NOB及每一批燃料组件数NOA；2)确定堆芯每一批次燃料功率历史；3)估算每一批燃料事故时的堆芯积存量；3.1确定核素生成率；3.2首次辐照期间列变产物积存量；3.3后续辐照或换料时段裂变产物积存量的估算；4)估算堆芯积存量，即对每一批燃料积存量求和。
Description
技术领域
本发明属于核辐射安全技术领域，具体涉及一种基于华龙一号的堆芯积存量实时估算方法。
背景技术
日本福岛事故后的应急响应经验表明，反应堆事故状态堆芯积存量估算及事故释放源项估算是应急决策的重要参考。建立易用、快速、准确的反应堆堆芯积存量实时估算方法，提高应急状态堆芯积存量的快速估算技术是核能安全发展的迫切要求。
反应堆堆芯积存量变化满足贝特曼方程，用于计算积存量变化的通用方程为：
其中，Ni：燃料中同位素i的浓度；
中子通量(n·cm-2·s-1)；
重核的微观裂变截面；
重核裂变产额；Nhn：燃料中重核hn浓度；
和
母体核素裂变产物分支比；NPj和NPk：燃料中母体的浓度；λPj：母体核素Pj的衰变常数；
母体核素微观俘获截面；
裂变产物微观俘获截面；λi：裂变产物的衰变常数。
借助计算程序可对上述方程组求解，国际上常用的软件有ORIGEN、DARWIN-PEPIN等。但求解过程要与中子程序耦合，这些程序计算过程输入较多，需要专业的人员运行，不适合在应急状态下快速估算堆芯积存量。
目前用于事故应急状态下堆芯积存量的估算方法主要有两种：
一是将燃料循环末期的堆芯最大积存量设计值作为事故应急堆芯积存量估算值；二是基于事故应急时堆芯平均燃耗和燃料循环末期最大积存量对应燃耗进行比例修正后的估算值作为事故应急时堆芯积存量。根据堆芯燃耗修正方法估算事故时堆芯放射性核素的积存量估算公式为：
其中：I实际：事故估算堆芯积存量，I预置存量：压水堆预置堆芯积存量，通常使用反应堆设计最大燃耗深度时堆芯积存量，BURNUP实际：事故时堆芯的燃耗。
上式只对半衰期超过1年的放射核的存量进行燃耗修正。对于其他半衰期小于1年的放射核，不用修正。
但现在通常使用的两种方法估算方法对当前核电厂反应堆燃料在堆内辐照历史、停堆衰变、分批换料的对堆芯积存量的影响考虑不足，计算结果与真实结果偏差较大。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种针对反应堆分批换料燃料管理情景建立适用于核应急事故释放源项估算所需的堆芯实时源项估算方法。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于华龙一号的堆芯积存量实时估算方法，所述方法包括：
1)确定事故应急时华龙一号堆芯装载燃料总批数NOB及每一批燃料组件数NOA；
2)确定堆芯每一批次燃料功率历史；
3)估算每一批燃料事故时的堆芯积存量；
3.1确定核素生成率；
3.2首次辐照期间列变产物积存量；
3.3后续辐照或换料时段裂变产物积存量的估算；
4)估算堆芯积存量，即对每一批燃料积存量求和。
进一步的，所述华龙一号堆芯装载燃料总批数NOB为3，三批燃料组件数NOA分别为61、68和48。
进一步的，所述每一批燃料在第i个时间段内的功率历史表示为：
其中，i：第i个时间区间；Pi k：第k批燃料组件在时段i期间的平均功率，MW；NOAk：第k批燃料组件数；TOA：堆芯总的燃料组件数。
进一步的，所述步骤2)中还包括记录每一批燃料功率历史
其中：Ti代表第i个时间区间时间长度；k代表第k批燃料组件，Pi代表第i个时间区间反应堆平均功率水平。
进一步的，所述步骤3.1中核素生成率的计算公式为：
其中，Pj'为核素j的生成率；T为设计满功率运行天；
为核素j的堆芯燃料循环末期设计存量；λj为核素j的衰变常数。
进一步的，所述步骤3.2中首次辐照期间列变产物积存量的计算公式为：
其中，
为T0时刻k批燃料组件中核素j的积存量；T0为首次辐照时间；
为k批燃料首次辐照期间贡献功率。
进一步的，所述步骤3.2中若第i个时段(i>0)反应堆停堆Pi＝0，k批燃料组件中核素积存量估算公式为：
其中，
以核素n为初始核素的衰变链在Ti时段衰变生成核素j生成量
进一步的，所述步骤3.2中若第i个时段(i>0)反应堆处于非停堆状态Pi>0，k批燃料组件中核素积存量估算公式为：
其中，teffj为该时段开始时刻的等效时间。
本发明的效果在于，通过基于堆芯各批燃料的辐照历史和堆芯功率历史分别估算堆芯积存量，以及将核素半衰期作为积存量估算过程重要参数，提高了不同核素的计算精度。
附图说明
图1为基于华龙一号的堆芯积存量实时估算方法步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基于华龙一号的堆芯积存量实时估算方法。参阅图1，所述方法包括以下步骤：
1)确定事故应急时华龙一号堆芯装载燃料总批数NOB及每一批燃料组件数NOA。
事故应急堆芯实时积存量估算时根据华龙一号反应堆实际燃料管理执行情况确定当前堆芯燃料批数NOB(number of batch)及每一批燃料组件数NOA(number ofassembly)。
在一个具体的实施例中，所述华龙一号堆芯装载燃料总批数NOB为3，三批燃料组件数NOA分别为61、68和48。具体的，华龙一号反应堆堆芯装载177组燃料组件，在第一循环装载三批燃，三批燃料组件数为61、68和48，富集度分别为1.8％、2.4％和3.1％。堆芯采用OUT-IN布置，堆芯最外层装载富集度最高的组件，剩余两种较低富集度组件按棋盘格式排列在堆芯内区。第二循环卸出68个富集度较浅或燃耗较深的组件，装入68个3.9％富集度的燃料组件。从第三循环开始卸出68个富集度较浅或燃耗较深的组件，装入68个4.45％富集度的燃料组件。反应堆经过四次换料，到第五循环达到18个月平衡换料。
2)确定堆芯每一批次燃料功率历史。
堆芯积存量估算时把反应堆功率历史划分为连续的时间序列，每一批燃料在反应堆中的功率确定根据该批燃料组件数占堆芯燃料组件数的份额和堆芯功率确定。每一批燃料在第i个时间段内的功率历史表示为：
其中，i：第i个时间区间；Pi k：第k批燃料组件在时段i期间的平均功率，MW；NOAk：第k批燃料组件数；TOA：堆芯总的燃料组件数。
还需要根据反应堆运行历史记录每一批燃料功率历史
其中：Ti代表第i个时间区间时间长度；k代表第k批燃料组件，Pi代表第i个时间区间反应堆平均功率水平。
3)估算每一批燃料事故时的堆芯积存量，包括以下几个步骤：
3.1确定核素生成率。
核素生成率
是反应堆的函数，与反应堆的燃耗无关。这与假设与大多数核素来说是非常适用的，但锕系元素的生成率随着燃耗加深不断增大。本方案中使用反应堆燃料循环末期堆芯核素积存量、设计运行时长估算核素的生成率，核素生成率的计算公式为：
其中，Pj'为核素j的生成率；T为设计满功率运行天；
为核素j的堆芯燃料循环末期设计存量；λj为核素j的衰变常数。
3.2计算首次辐照期间列变产物积存量。
首次辐照期间列变产物积存量的计算公式为：
其中，
为T0时刻k批燃料组件中核素j的积存量；T0为首次辐照时间；
为k批燃料首次辐照期间贡献功率。
3.3估算后续辐照或换料时段裂变产物积存量。
(1)若第i个时段(i>0)反应堆停堆Pi＝0，k批燃料组件中核素积存量估算公式为：
其中，
以核素n为初始核素的衰变链在Ti时段衰变生成核素j生成量。
根据级联衰变规律，若核素j是核素n的第h代子体，在Ti期间由n衰变生成核素j的量为：
其中，
λh＝λj
……
(2)若第i个时段(i>0)反应堆处于非停堆状态Pi>0，k批燃料组件中核素积存量估算公式为：
其中，teffi为该时段开始时刻的等效时间。
等效时间是该批燃料贡献功率、核素半衰期的函数，等效时间计算公式如下：
4)估算堆芯积存量，即对每一批燃料积存量求和。
堆芯中核素j的积存量是堆芯各批燃料组件中的积存量之和，即：
区别于现有技术，本发明提供的一种基于华龙一号的堆芯积存量实时估算方法通过基于堆芯各批燃料的辐照历史和堆芯功率历史分别估算堆芯积存量，以及将核素半衰期作为积存量估算过程重要参数，提高了不同核素的计算精度。该估算方法适用于商用压水堆核电厂核事故应急状态下的堆芯核素积存量实时估算，是事故堆芯释放源项估算的重要环节。在反应堆事故应急准备与响应方面有很强的使用价值和推广价值。
本领域技术人员应该明白，本发明所述一种基于华龙一号的堆芯积存量实时估算方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于华龙一号的堆芯积存量实时估算方法，其特征在于，所述方法包括：
1)确定事故应急时华龙一号堆芯装载燃料总批数NOB及每一批燃料组件数NOA；
2)确定堆芯每一批次燃料功率历史；
3)估算每一批燃料事故时的堆芯积存量；
3.1确定核素生成率；
3.2首次辐照期间列变产物积存量；
3.3后续辐照或换料时段裂变产物积存量的估算；
4)估算堆芯积存量，即对每一批燃料积存量求和。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述华龙一号堆芯装载燃料总批数NOB为3，三批燃料组件数NOA分别为61、68和48。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每一批燃料在第i个时间段内的功率历史表示为：
其中，i：第i个时间区间；Pi k：第k批燃料组件在时段i期间的平均功率，MW；NOAk：第k批燃料组件数；TOA：堆芯总的燃料组件数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中还包括记录每一批燃料功率历史
其中：Ti代表第i个时间区间时间长度；k代表第k批燃料组件，Pi代表第i个时间区间反应堆平均功率水平。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3.1中核素生成率的计算公式为：
其中，Pj'为核素j的生成率；T为设计满功率运行天；
为核素j的堆芯燃料循环末期设计存量；λj为核素j的衰变常数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3.2中首次辐照期间列变产物积存量的计算公式为：
其中，
为T0时刻k批燃料组件中核素j的积存量；T0为首次辐照时间；
为k批燃料首次辐照期间贡献功率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3.2中若第i个时段(i＞0)反应堆停堆Pi＝0，k批燃料组件中核素积存量估算公式为：
其中，
以核素n为初始核素的衰变链在Ti时段衰变生成核素j生成量。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3.2中若第i个时段(i＜0)反应堆处于非停堆状态Pi＞0，k批燃料组件中核素积存量估算公式为：
其中，teffj为该时段开始时刻的等效时间。
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| CN111695762A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-09-22 | 中国核电工程有限公司 | 核事故扩散结果的修正方法、装置及后果评价方法、*** |
| CN111695762B (zh) * | 2020-04-29 | 2023-05-05 | 中国核电工程有限公司 | 核事故扩散结果的修正方法、装置及后果评价方法、*** |
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| CN110991809B (zh) | 2022-11-15 |
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