? 核设施的科学和技术 1687 - 6083 1687 - 6075 Hindawi 10.1155 / 2021/8810668 8810668 研究文章 源项的计算和分析反应堆核心的基于多元方差分析 https://orcid.org/0000 - 0001 - 5444 - 8917 周 道 1 2 徐 彭 2 3 4 气 田 2 3 4 秦 Xuemeng 2 3 4 陈 胡安 2 3 4 傅 Zhongguang 5 Serikov 阿卡迪 1 核能源与环境学院 东南大学 南京210096 中国 seu.edu.bd 2 核热工水力学研究所安全与标准化 北京 中国 3 核科学与工程学院 华北电力大学 北京102206年 中国 ncepu.edu.cn 4 北京重点实验室的被动安全的核能技术 华北电力大学 北京102206年 中国 ncepu.edu.cn 5 重点实验室的条件对电厂设备的监视和控制 华北电力大学 北京102206年 中国 ncepu.edu.cn 2021年 3 6 2021年 2021年 22 4 2020年 4 5 2021年 25 5 2021年 3 6 2021年 2021年 版权©2021道周et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

核心源项的计算是受到各种因素的影响,如燃料消耗、浓缩、特定的权力,和操作模式。镧系元素的活动、裂变产物和光子源强度计算使用奥利金计划。每个因素的权重是由多元方差分析计算。结果表明,放射性的锕系元素和裂变产物增加燃料消耗增加。随着浓缩增加,放射性裂变产物和锕系元素的减少。放射性裂变产物和锕系元素的增加线性功率系数的变化,相关系数为1。燃料消耗和浓缩的变化几乎没有影响低能光子,但显著影响高能光子。功率系数的变化几乎没有影响光子生成不同的能源集团。操作模式影响不大的放射性原子核裂变产物。多元方差分析表明,特定的权力是最有影响力的因素,其次是浓缩; the least influential factor is fuel consumption.

 国家重点研究和开发项目 2016年yfc1402500 北京市自然科学基金 3172032 东南大学 1103007005 双一流大学的建设资金 教师启动基金 4003002071 1。介绍

在核电站发生严重事故时,大量的放射性裂变产物释放从核心由于崩溃,这将导致环境污染和人员伤亡。核心源项的数量直接影响到发布的数量。贾( 1]分析了重要的锕系核素,裂变产物核素,激活产品核素和提出一个合理的处理方案。刘和朱 2)提出了一个分析模型提供的最小核临界事故源项和一个相关的计算方法。惠勒et al。 3]使用蛇2计算熔盐反应堆的燃料消耗,发现气体去除可以影响许多不同的气体化工集团以外的裂变产物。锕系元素也受到了影响,虽然不是在任何气态裂变产物衰变链。太阳et al。 4)使用MELCOR研究的源项估算AP1000核电站严重事故条件下。李和Ko ( 5)开发了一种方法来量化的源项标识的每个源项类别II级核电站概率安全评估分析;然后,获得源项特征比较与其他来源的条件。刘等人。 6)上进行了一系列的实验14C源项的10 MW高温气冷堆。通过敏感性研究的总孔隙度、开孔率,和开孔率矩阵的石墨辐照后,其影响14C活性浓度在一次冷却剂和各种推理方法被澄清。方等。 7)从头开始进行反中微子通量的计算一个新的同位素反应堆和提供准确的轻子波函数的数值计算。他们的研究结果表明,高能积累的范围内的反中微子是反中微子,电子和电子能量光谱有显著但相反的光谱偏差在2% - -4%的范围。杨et al。 8]介绍了分析方法、范围和主要操作程序的源项后,秦山核电站事故,计算了释放,下核素的迁移和分布通过事故分析程序设计基础事故。刘等人。 9]分析了问题的裂变产物源项的计算M310 / CPR1000 EPR, AP1000和修改了裂变产物源项的计算过程。金等。 10)使用了模块化的事故分析课程严重事故分析代码(MAAP-ISAAC)来定量评估的放射性核素释放到环境后一个接口系统失水事故。核素的分析结果表明,去污因子组,除去惰性气体,某人,Te2核素组,大约是2.5。Bahadir和林达尔( 11]节点代码模拟用来模拟反应堆堆芯计算node-wise燃耗和目标的力量组装(硼浓度、燃料温度、慢化剂温度和功率)在不同燃耗。他们发现SIMULATE-5能够准确地描述了中子的锅炉水反应堆热工水力学行为和压力水反应堆(压水式反应堆)的核心。基拉et al。 12]估计源的一些假定的严重事故场景在印度220 MW加压重水反应堆。他们发现,估计源项和相应的后果是在反应堆进口头断裂情况下高于反应堆出口头打破。安et al。 13)使用MELCOR 2.2和5.04 MAAP计算源严重事故后的压水式反应堆。他们发现专用的缓解策略大大减少的环境释放裂变产物铯。对严重事故和植物的进化反应,两个编码预测每个基地的总体趋势和缓解场景。有研究相对较少的重量的计算影响因素的核心源项这种类型的文学。通过计算锕系元素的放射性和光子源强度和裂变产物,每个因素的权重比例计算的多因素方差分析方法( 14]。具有重要意义去理解每个影响因素的重要性,反应堆堆芯和源项的研究反应堆的源项在正常操作和严重事故。

 2。核心描述

AP1000核心被选为研究对象。AP1000反应堆燃料组件的基本参数( 15表中列出 1。

AP1000反应堆燃料组件的基本参数。

的名字 数量
燃料组件的数量 157年
安排的燃料棒 17×17
数量的燃料棒/组装 264年
燃料棒间距(cm) 1.3
横截面尺寸(米) 0.214×0.214
核心燃料装载(公斤) 96084年
在每个装配的导管 24
导管材料 ZIRLOTM
中央测量管尺寸(厘米) 内直径(1.12)
外径(1.22)

四个因素的影响:燃耗,核燃料浓缩、特定的反应堆的力量,和运行方式对反应堆堆芯的源项调查。每个因素都列在表的值 2。

每个因素的价值观。

因素 燃料消耗(随钻测量/图) 浓缩(%) 特定的权力(MW /图) 操作模式
燃料消耗的变化(随钻测量/图) 10、50、100、500、1000,10000,30000,50000 4 40 连续操作
浓缩的变化(%) 30000年 2、3、4、5所示 40 连续操作
功率系数的变化(MW /图) 30000年 4 20、30、40、50 连续操作
改变操作模式 30000年 4 40 间歇运行
3所示。计算模型 3.1。点堆动力学模型

在这项研究中,橡树岭同位素生产和消耗的代码(奥利金)是用于燃耗计算( 16]。奥利金橡树岭国家实验室开发的核素点火消费,放射性物质衰变,治疗( 17]。输入文件规范包括一个数据库超过700核素,广泛应用于各种类型的反应堆。

奥利金项目使用点堆动力学模型。据的平均中子通量或空间的力量和能量在一定范围和阅读不同的横截面,腐烂,从数据库和其他数据,我们可以计算任何核素的积累和变化在一个给定的均质材料。在程序中,一个非齐次一阶常微分方程 18)是用于以下方程: (1) d X 我 d t = ∑ j = 1 N l 我 j λ j X j + ϕ ∑ k = 1 N f 我 k σ k X k − λ 我 + ϕ σ 我 + γ 我 X 我 + F 我 , 在哪里 我 (1、2、3、……, N)是核素的数量; X 我 核素的原子密度吗 我; l 我 j 的分数是放射性核素衰变 j导致核素的形成 我; λ 我 核素的放射性衰变常数吗 我(1 / s); ϕ 位置,energy-averaged中子通量, n/(厘米2·s); f 我 k 核素的中子吸收一部分吗 k导致核素的形成 我; σ k 核素的spectrum-averaged中子吸收截面是吗 k;和 F 我 核素的连续纸速度吗 我。

 3.2。中子注量计算模型

ORIGEN2程序,中子通量的计算能力。为了清晰起见,我们假设的权力产生的燃料被指定,必须计算通量。第一个近似的瞬时中子通量的辐照时间步所示以下方程: (2) ϕ = 6.242 × 10 18 ⋅ P ∑ 我 = 1 N X 我 f ⋅ σ 我 f ⋅ R 我 , 在哪里 ϕ 是瞬时中子通量(n·厘米−2·年代−1);P是权力(MW); X 我 f 可裂变核素的数量吗 我燃料(g·原子); σ 我 f 是核素的微观裂变横截面 我(仓库);和 R 我 可回收能源每个裂变核素吗 我(兆电子伏/裂变)。

 3.3。多元方差分析

多元方差分析的主要功能( 19)是确定是否有多个因素对因变量有显著影响,通过假设检验的过程。多元方差分析的计算模型( 20.)是用于以下方程: (3) 米 年代 W = 年代 年代 W d f W , 米 年代 B = 年代 年代 B d f B , 米 年代 W = 米 年代 B 米 年代 W , F统计; 米 年代 B 组间方差; 米 年代 W 组内方差; 年代 年代 B 是团体之间的平方和; 年代 年代 W 组内平方和; d f B 是团体之间的自由度, d f B 是K−1;K是团体的数量; d f W 自由度群体内部, d f W 是K (n - 1);和 n在每组的数量水平。

 4所示。结果 4.1。对燃料消耗的影响的分析

在下列条件下燃油消耗进行了分析:特定功率40 MW /你浓缩度4%,连续操作模式与以下操作:6 h, h, 30 60 h, 300 h, 25天,250天,750天,1250天。

(1)计算放射性:锕系元素的放射性裂变产物在不同燃料消耗如图 1。

锕系元素的放射性裂变产物在不同燃料消耗。

可以看出锕系元素的放射性裂变产物通常增加而增加燃料消耗。然而,在达到10000年随钻测量/你,放射性裂变产物的上升趋势放缓,而锕系元素的增加。裂变产物的活性是一个数量级高于锕系元素。证据表明( 21],由于不同的半衰期,各种核素的放射性衰变规律改变燃料消耗是相似的。长寿的放射性核素的总量增加燃料消耗。相比之下,短暂的放射性核素的变化并不是很敏感的油耗除了初始积累阶段。这背后的原因之一是不同的锕系元素的放射性裂变产物的趋势。

(2)计算光子源强度:光子源的优势在不同燃料消耗图所示 2。

光子源强度在不同燃料消耗。

可以看出,每个能源集团的光子源强度增加而增加的燃料消耗。由于裂变产物和锕系元素的变化与燃油消耗,能量的光子源强度组1.36 - -1.80兆电子伏,2.2 - -2.6兆电子伏,3.0 - -3.5伏,倾向于减少燃料消耗超过10000时随钻测量/你。同样的燃料消耗,低能量的光子源强度超过了10个数量级比这高的能量。

 4.2。浓缩的影响分析

在下列条件下富集的影响进行了分析:30000随钻测量/你的燃料消耗;一个特定的功率4040 MW /你;连续操作模式;和富集度为2%,3%,4%,5%。

(1)计算放射性:锕系元素的放射性裂变产物和不同的丰富功能如图 3。

锕系元素的放射性裂变产物不同。

可以看出的放射性裂变产物和锕系元素与浓缩的增加有所下降。浓缩从2%上升到3%时,放射性明显减少。浓缩从3%上升到5%时,放射性物质并没有减少。这种情况的主要原因是,在相同的总燃料装机容量235 U含量在低浓缩的少,在高浓缩,更大,从而导致锕系元素的放射性裂变产物的变化。

(2)计算光子源强度:光子源的优势在不同浓缩如图 4。

光子源优势在不同的丰富功能。

可以看出,每组的光子源强度光子倾向于减少根据浓缩。其中,集团与能量的光子源强度大于2兆电子伏显著下降。同样的浓缩,光子能量越低,光子源强度越大;光子能量越高,光子源强度越小。的最大值可以达到10个数量级。

 4.3。分析具体的影响力量

功率系数的影响进行了分析在下列条件:30000随钻测量/你的燃料消耗;浓缩的4%;连续操作模式;和20 MW /你的特定权力,30 MW /你40 MW /你和50 MW /你。

(1)计算放射性:锕系元素的放射性裂变产物在不同具体如图 5。

锕系元素的放射性裂变产物在不同的特定的权力。

可以看出,随着功率系数的增加,锕系元素和裂变产物的活性逐渐增加。然而,裂变产物的活性是几个数量级高于锕系元素。增加在特定权力,裂变产物的大小变化与特定的权力高于锕系元素。放射性裂变产物和锕系元素的线性变化与特定的权力,以相关系数为1。

(2)计算光子源强度:光子源的优势在不同的特定权力如图 6。

光子源的优势在不同的特定的权力。

可以看出,在低能量区域,特定功率越高,光子源强度越强。在高能区,光子源的力量不受特定的权力。在同一功率系数,能量越低,光子源强度越大;能量越高,光子源强度越低。的最大值可以达到10个数量级。

 4.4。操作模式的影响分析

操作模式的影响进行了分析在下列条件:30000随钻测量/你的燃料消耗;具体的功率40 MW /你;浓缩程度的4%;和两种操作模式:连续和间隔操作。

(1)计算放射性:锕系元素的放射性裂变产物在不同操作模式如图 7。

锕系元素的放射性裂变产物在不同的操作模式。

可以看出的放射性裂变产物和锕系元素并没有改变在连续操作和间隔操作模式。这表明经营模式几乎没有影响的活动。

(2)计算光子源强度:光子源的优势在不同操作模式如图 8。

不同的操作模式下的光子源的优势。

可以看出,这两个操作模式对光子源强度影响甚微。因此,在同样的燃耗,操作时间长,运行方式的变化不会产生重大影响光子源强度的反应堆。

 4.5。重量计算与分析

每个的重量的印象因素是由多元方差分析计算和分析。部分 4所示。4显示操作模式不影响锕系核素的放射性和光子源强度和裂变产物;因此,燃耗的三个因素,浓缩,选择特定的权力。根据表中的数据 2正交表的燃料消耗,特定的权力,建立了浓缩,如表所示 3。

燃料消耗的正交表,特定的权力,和浓缩。

数量 因素
燃料消耗 特定的权力 浓缩 裂变产物的活性
1 1000年 40 0.03 2.188 e + 08年
2 10000年 10 0.03 5.883 e + 07
3 30000年 20. 0.03 1.513 e + 08年
4 1000年 20. 0.04 1.070 e + 08年
5 10000年 40 0.04 2.132 e + 08年
6 30000年 10 0.04 5.414 e + 07
7 1000年 10 0.05 5.306 e + 07
8 10000年 20. 0.05 1.038 e + 08年
9 30000年 40 0.05 1.898 e + 08年

根据表 3多因素方差分析程序完成后,和表 4计算后得到。操作的影响因素F的值结果如图 9。

影响因素的值F。

源 平方求和。 d.f。 意味着平方。 F 问题> F
X1 0.727 2 0.363 1.21 0.9009
X2 11.683 2 5.841 −3.77 0.3613
X3 348.46 2 174.23 52.73 0.0186
错误 6.608 2 3.304
总 367.478 8

的影响因素 F。

图 9显示特定权力核心的源项的积累是最大的,远远超过其他两个因素。浓缩程度负相关。因此,反应堆的类型应主要考虑的选择特定的权力减少代反应堆的核心源项。

 5。结论

在这项研究中,源项的计算的关键参数对超临界水冷反应堆被选中。ORIGEN2代码是用来模拟放射性活动和光子源强度在不同燃料消耗,充实,特定的权力,和操作模式。结果表明:锕系元素的放射性裂变产物增加燃油消耗的增加和减少的浓缩。放射性裂变产物和锕系元素的线性变化与特定的权力,用相关系数为1。同时,建立了多因素分析程序计算各种因素的影响在裂变产物的活性。发现特定的力量是最重要的因素,其次是浓缩程度;燃料消耗是最不重要的。

 数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

 的利益冲突

作者声明没有利益冲突的出版。

 作者的贡献

道周和彭徐同样导致了这项工作。

 确认

作者感谢教授Xubo马(华北电力大学)在仿真工作的支持。这项研究是由国家重点研发项目(批准号2016 yfc1402500),北京市自然科学基金(批准号3172032),东南大学学科推广计划(批准号1103007005)、双一流大学建设资金,和老师启动基金(批准号4003002071)。APC由国家重点研发项目(批准号2016 yfc1402500)。

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