精确获得快中子反应堆瞬态过程中反应性反馈变化的方法技术

一种精确获得快中子反应堆瞬态过程中反应性反馈变化的方法，考虑反应性反馈的空间分布，获得瞬态过程中精确的燃料温度反应性反馈变化、冷却剂密度反应性反馈变化、轴向膨胀反应性反馈变化、径向膨胀反应性反馈变化、组件弯曲反应性反馈变化、控制棒驱动机构膨胀反应性反馈变化，最终获得快中子反应堆瞬态过程中的三维反应性反馈量；这种方法通用性强，适用范围广，可以精确地模拟反应堆的瞬态过程，减少计算时间，为堆芯的设计任务提供精确可靠的反应性反馈参数。

【技术实现步骤摘要】
精确获得快中子反应堆瞬态过程中反应性反馈变化的方法
本专利技术属于核反应堆工程
，具体涉及一种精确获得快中子反应堆瞬态过程中反应性反馈变化的方法。
技术介绍
为了快速地分析快中子反应堆瞬态事故的过程，根据快中子反应堆的特性，基于点堆方程的“点堆动力学”方法成为快堆瞬态分析的主要方法。式中：n(t)——t时刻反应堆内中子密度ρ(t)——t时刻反应堆的反应性β——有效缓发中子份额Λ——中子代时间λi——第i组缓发中子的衰变常数Ci(t)——t时刻第i组缓发中子先驱核浓度βi——第i组缓发中子份额根据“点堆动力学”方法，有效缓发中子份额、中子代时间、缓发中子的衰变常数和缓发中子份额都是通过反应堆稳态计算得到的，在整个瞬态过程中不发生变化；发生变化的是堆芯反应性、堆内中子密度和缓发中子先驱核浓度。由于瞬态过程中各材料的温度与密度发生改变，材料自身的中子学特性、几何尺寸变化和相对位置变化会向反应堆引入反应性反馈，引起堆芯反应性的变化；堆芯反应性的变化继而导致了堆内中子密度和缓发中子先驱核浓度的变化。为了求解引入的反应性反馈，采用“直接法”计算反应性反馈系数的方法成为了与“点堆动力学”相匹配的主要方法。所谓“直接法”，第一步是针对一种反应性反馈，进行堆芯初始状态的一次稳态计算和改变堆芯状态后的第二次稳态计算，通过两次计算得到的堆芯反应性变化量除以堆芯状态改变的等效温度，得到反应堆的该种反应性反馈系数；第二步是在瞬态过程中，将每一时刻堆芯状态等效温度的改变量，与反应性反馈系数相乘，得到该时刻该种反应性反馈给堆芯反应性引入的变化量。将需要考虑的所有种类反应性反馈给堆芯反应性引入的变化量与堆芯初始状态的反应性进行加和，就可以得到该时刻的堆芯反应性，继而求解方程更新参数。“直接法”将整个反应堆作为一个整体进行考虑，故单通道模型成为了与其相匹配的求解堆芯热工参数的方法。它通过求解相关热工方程，得到堆芯各材料的平均温度，给出每一时刻堆芯状态等效温度的改变量。“直接法”与单通道模型相结合，可以获得由燃料温度变化、冷却剂密度变化、堆芯轴向几何膨胀、堆芯径向几何膨胀四种原因导致的反应性反馈。由于“点堆动力学”方法自身的特点，和“直接法”与单通道模型中对反应堆建模进行了大量的简化，因此三种方法结合而成的瞬态分析方法计算效率高，计算时间短。在反应性瞬态过程中，反应性的引入原因是复杂且多元的。在快中子反应堆中，材料温度的变化会导致堆芯发生较大形变，反应堆组件会发生弯曲，此时再使用单一的反应性反馈系数和等效温度，无法模拟组件弯曲引入的反应性反馈，所以需要结合力学模型来精确分析过程中反应堆不同位置、不同节块处的形变和反应性反馈；同时，位于反应堆外的控制棒驱动机构也会受热膨胀，膨胀后导致控制棒在堆芯中的棒位变小，插入更深，同样也会带来反应性引入。故“直接法”与单通道模型相结合的模型，无法精确考虑反应性反馈的空间分布，并且只能获得由燃料温度变化、冷却剂密度变化、堆芯轴向几何膨胀、堆芯径向几何膨胀四种原因导致的反应性反馈。为了更真实地模拟瞬态过程中反应性反馈的变化，需要专利技术一种方法，能够在“点堆动力学”方法的基础上，将反应性反馈的空间分布纳入考虑，并且能够计算控制棒驱动机构膨胀带来的反应性引入，从而更精确地获得瞬态过程中反应性反馈的变化。
技术实现思路
为了更真实地模拟瞬态过程中反应性反馈的变化，本专利技术的目的在于提供一种精确获得快中子反应堆瞬态过程中反应性反馈变化的方法，本专利技术方法在“点堆动力学”方法的基础上，结合并联多通道模型与微扰理论，增加了反应堆组件和控制棒驱动机构的热-力学模型，将反应性反馈的空间分布纳入考虑。本专利技术方法能够在每个节块上计算燃料温度反应性反馈、冷却剂密度反应性反馈、轴向膨胀反应性反馈、径向膨胀反应性反馈，并且能够计算反应堆组件每个节块的弯曲形变量和控制棒驱动机构的形变量，从而得到弯曲反应性反馈和控制棒驱动机构膨胀反应性反馈，更精确地获得反应堆瞬态过程中反应性反馈的变化。为了实现以上目的，本专利技术采取如下的技术方案予以实施：一种精确获得快中子反应堆瞬态过程中反应性反馈变化的方法，包括如下步骤：步骤1：读取任一快堆组件的几何信息、节块的材料组分信息与质量信息、节块内各种核素的核子密度；步骤2：针对步骤1读取的材料组分信息和各种核素的核子密度，根据一阶微扰理论，对燃料温度变化1％、冷却剂密度变化1％造成的反应性变化进行计算：式中：φ——中子通量密度φ*——中子共轭通量密度Δρ——扰动前后反应性变化量keff——有效增殖因子F,S,A——裂变、散射和总消失算子dF,dS,dA——扰动量的裂变、散射和总消失算子将每个节块扰动燃料温度前后反应性变化除以等效温度变化，得到每个节块的燃料温度反应性反馈系数αD(i,j)；将每个节块扰动冷却剂密度前后反应性变化除以密度变化，得到每个节块的冷却剂密度反应性反馈系数αC(i,j)：式中：αD(i,j)——第i通道第j个节块燃料温度反应性反馈系数αC(i,j)——第i通道第j个节块冷却剂密度反应性反馈系数ΔρD(i,j)——第i通道第j个节块扰动燃料温度前后反应性变化ΔρC(i,j)——第i通道第j个节块扰动冷却剂密度前后反应性变化ΔT(i,j)——第i通道第j个节块燃料温度变化Δv(i,j)——第i通道第j个节块冷却剂密度变化对于轴向膨胀引入的反应性，区分材料并且引入反应性贡献R；在不改变堆芯节块的情况下，对其中单一材料的核子密度进行1％的质量扰动，计算出每个节块中单位质量x材料的反应性贡献Rx(i，j)：式中：Δρx(i，j)——第i通道第j个节块初始时对应的几何区域内的x材料反应性变化Δmx(i，j)——第i通道第j个节块初始时对应的几何区域内的x材料质量变化Rx(i，j)——单位质量x材料的反应性贡献对于径向膨胀引入的反应性，冷却剂入口温度的升高导致了堆芯下部定位格架膨胀，此时堆芯径向几何尺寸变大，节块内各材料核子密度发生变化，故在堆芯径向尺寸增大1％的情况下计算堆芯反应性，得到的反应性变化除以堆芯径向膨胀的等效温度变化，获得全堆径向膨胀反应性反馈系数αRADIAL；由于组件沿堆芯半径方向内外壁温度差，组件会受到热应力的作用导致组件弯曲形变，此时堆芯径向几何尺寸变大，节块内各材料核子密度发生变化，故在堆芯径向尺寸增大1％的情况下计算堆芯反应性，得到的反应性变化除以堆芯径向膨胀量，获得弯曲反应性反馈系数αBOW；对于控制棒驱动机构膨胀反应性反馈，需要计算控制棒的微分价值曲线。在所求控制棒组全插和全提时计算堆芯反应性，根据公式(4)计算所求控制棒组微分价值曲线的系数a，b，并获得该组控制棒微分价值w曲线公式(5)：w(x)＝ax+bx2公式(5)式中：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精确获得快中子反应堆瞬态过程中反应性反馈变化的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1：读取任一快堆组件的几何信息、节块的材料组分信息与质量信息、节块内各种核素的核子密度；/n步骤2：针对步骤1读取的材料组分信息和各种核素的核子密度，根据一阶微扰理论，对燃料温度变化1％、冷却剂密度变化1％造成的反应性变化进行计算：/n

【技术特征摘要】
1.一种精确获得快中子反应堆瞬态过程中反应性反馈变化的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：读取任一快堆组件的几何信息、节块的材料组分信息与质量信息、节块内各种核素的核子密度；
步骤2：针对步骤1读取的材料组分信息和各种核素的核子密度，根据一阶微扰理论，对燃料温度变化1％、冷却剂密度变化1％造成的反应性变化进行计算：



式中：
φ——中子通量密度
φ*——中子共轭通量密度
Δρ——扰动前后反应性变化量
keff——有效增殖因子
F,S,A——裂变、散射和总消失算子
dF,dS,dA——扰动量的裂变、散射和总消失算子
将每个节块扰动燃料温度前后反应性变化除以等效温度变化，得到每个节块的燃料温度反应性反馈系数αD(i,j)；将每个节块扰动冷却剂密度前后反应性变化除以密度变化，得到每个节块的冷却剂密度反应性反馈系数αC(i,j)：



式中：
αD(i,j)——第i通道第j个节块燃料温度反应性反馈系数
αC(i,j)——第i通道第j个节块冷却剂密度反应性反馈系数
ΔρD(i,j)——第i通道第j个节块扰动燃料温度前后反应性变化
ΔρC(i,j)——第i通道第j个节块扰动冷却剂密度前后反应性变化
ΔT(i,j)——第i通道第j个节块燃料温度变化
Δv(i,j)——第i通道第j个节块冷却剂密度变化
对于轴向膨胀引入的反应性，区分材料并且引入反应性贡献R；在不改变堆芯节块的情况下，对其中单一材料的核子密度进行1％的质量扰动，计算出每个节块中单位质量x材料的反应性贡献Rx(i，j)：



式中：
Δρx(i，j)——第i通道第j个节块初始时对应的几何区域内的x材料反应性变化
Δmx(i，j)——第i通道第j个节块初始时对应的几何区域内的x材料质量变化
Rx(i，j)——单位质量x材料的反应性贡献
对于径向膨胀引入的反应性，冷却剂入口温度的升高导致了堆芯下部定位格架膨胀，此时堆芯径向几何尺寸变大，节块内各材料核子密度发生变化，故在堆芯径向尺寸增大1％的情况下计算堆芯反应性，得到的反应性变化除以堆芯径向膨胀的等效温度变化，获得全堆径向膨胀反应性反馈系数αRADIAL；
由于组件沿堆芯半径方向内外壁温度差，组件会受到热应力的作用导致组件弯曲形变，此时堆芯径向几何尺寸变大，节块内各材料核子密度发生变化，故在堆芯径向尺寸增大1％的情况下计算堆芯反应性，得到的反应性变化除以堆芯径向膨胀量，获得弯曲反应性反馈系数αBOW；
对于控制棒驱动机构膨胀反应性反馈，需要计算控制棒的微分价值曲线；在所求控制棒组全插和全提时计算堆芯反应性，根据公式(4)计算所求控制棒组微分价值曲线的系数a，b，并获得该组控制棒微分价值w曲线公式(5)：



w(x)＝ax+bx2公式(5)
式中：
H——所求控制棒组全插与全提状态控制棒移动的距离
Δρ——所求控制棒组全插和全提状态的堆芯反应性变化
a——所求控制棒组微分价值曲线系数
b——所求控制棒组微分价值曲线系数
x——所求控制棒组棒位
w——所求控制棒组在x棒位下的微分价值
步骤3：计算瞬态开始前堆芯的状态，获得初始参数；
步骤4：瞬态计算开始，在瞬态过程中的每个时间步上，根据步骤2计算的反应性反馈系数、反应性贡献和控制棒微分价值w曲线，结合步骤3获得的瞬态初始参数，分别计算各反应性反馈量；
根据并联多通道模型的计算结果，将每个节块的燃料温度反应性反馈系数αD(i,j)乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑友琦，贾晓茜，王永平，吴宏春，翟梓安，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61