铅冷快堆M2LFR-1000堆芯燃料管理方案设计

堆芯燃料管理是反应堆设计中极为重要而且复杂的工作,直接影响着堆芯的经济性。目前国内外对于压水堆等传统热堆已有了较为丰富和成熟的燃料管理计算方法,但对于快堆,由于其中子能谱硬,与传统热堆相比有着不同的控制方式和功率分布,快堆的堆芯燃料管理缺乏系统研究。针对中国科学技术大学自主研发的强迫循环冷却的铅基快堆M2LFR-1000,应用SRAC/COREBN软件包进行堆芯燃耗计算,根据燃耗深度提取核素核子密度,计算伪平衡循环参数进行燃料管理预估,然后进行首循环装料、过渡循环和平衡循环燃料管理方案设计。结果表明:对M2LFR-1000堆芯外区燃料换料组件Pu的富集度进行优化,可以延长换料周期到540 d,提高平均卸料燃耗深度;伪平衡循环结果与平衡循环基本一致,伪平衡循环可以用于燃料管理预估。     

压水堆核电站燃料组件弯曲对堆芯中子学的影响分析计算

在压水堆核电站中,由于燃料组件装配的压紧力、冷却剂流动、辐射蠕变、燃耗等因素会导致燃料组件的弯曲,燃料组件的弯曲对组件间的水隙分布产生影响,从而影响中子的慢化行为及堆芯的传热性能,进而对反应堆堆芯的运行参数造成影响。本文分析了组件弯曲的成因及机理、影响及后果（包括对堆芯功率分布、径向功率倾斜、焓升因子、热点因子等参数的影响）,并使用蒙特卡罗软件JMCT,对组件弯曲的确定论计算程序的正确性进行了验证。最后通过确定论的计算程序模块,对CPR1000核电站的组件弯曲情况进行了模拟分析,计算结果表明:在某一燃耗下,随着水隙增加或减小,燃料组件功率会随之增加或减小,使堆芯的功率分布发生倾斜,影响核电站的安全运行。     

乏燃料中Pu同位素含量数值模拟

利用燃耗计算程序MCORGS模拟反应堆燃耗与乏燃料中Pu同位素含量之间的关系,通过对轴向上分为20段的重复栅元模型和组件模型进行的燃耗计算,得到压水堆中乏燃料中轴向不同位置燃耗的分布和Pu-239同位素含量的变化,模拟发现Pu-239同位素含量随着燃料棒在堆芯中的位置不同变化很大。同时,对VVER1000组件和压水堆1717组件也进行了燃耗计算,计算发现组件径向不同位置的燃耗有一定差别。轴向上和径向上不同位置的燃耗差别会导致同一批卸载的乏燃料中含有很多低燃耗的燃料区间,这种乏燃料给国际核不扩散带来了巨大的风险,应该加强监管。     

基于随机抽样法的多群核数据不确定性影响分析

基于随机抽样方法,研究多群核数据不确定性对反应堆物理计算的影响。首先利用SCALE软件包中核数据协方差矩阵和自主开发的随机抽样模块SAMP,得到多群微观截面等核数据的抽样值,之后分别使用SCALE/TRITON和PARCS程序进行组件计算及堆芯稳态计算,最后通过统计分析得到组件和堆芯计算结果的不确定度。以Almaraz压水堆核电厂装载的燃料组件和首循环堆芯为对象,研究了不同燃耗下有效增殖因子、动力学参数、核素浓度和双群均匀化宏观截面等组件计算结果,以及堆芯功率分布等堆芯计算结果的不确定度。分析结果表明:组件计算结果不确定度多随燃耗变化,快群宏观截面不确定度总体高于热群;堆芯计算结果受核数据不确定性影响显著,其中稳态径向功率分布的最大不确定度为1.9%左右。     

JMCT在CPR1000工程设计中的验证与确认

CPR1000系列反应堆是目前国内广泛应用的第二代压水堆型号之一，蒙特卡罗程序在CPR1000系列反应堆的验证与确认是该程序实现反应堆工程设计应用的关键环节。基于某CPR1000机组实际参数，使用由国内单位研发的蒙特卡罗程序JMCT在该机组开展了粒子输运建模计算，分别进行了临界计算和固定源计算，并进行了验证与确认。对于临界计算，采用JMCT建立了全堆芯pin-by-pin模型，计算了堆芯有效增殖因子和功率分布。对于固定源计算，建立适用于屏蔽分析的反应堆模型和辐照监督管精细结构模型，计算了两个核电机组多个循环的辐照监督管探测器位置累积快中子注量。通过将JMCT的计算结果与参考程序的计算结果、反应堆实际测量值进行了对比，验证了JMCT程序在CPR1000反应堆工程设计中的实际使用效果，证明了JMCT程序具备工程级的计算精度。     

国和一号(CAP1400)首循环堆芯启动物理试验高保真模拟分析北大核心CSCD

为了避免启动物理试验参数预测值不准确,影响电厂调试启动,可利用数值反应堆对启动物理试验参数进行精准预测。使用CAP1400数值反应堆系统中的蒙特卡罗粒子输运程序JMCT、确定论高保真模拟程序NECP-X及先进中子学程序SCAP-N,对CAP1400反应堆首循环堆芯进行建模,开展启动物理试验高保真模拟。数值结果表明,以JMCT程序为参考,NECP-X程序与SCAP-N程序对于灰棒组价值的绝对计算偏差在±8×10^(−5)以内,对于黑棒组价值的相对计算偏差在±3%以内,对于黑棒总价值的相对计算偏差在±1%以内,对于组件相对功率分布的相对计算偏差在±2.5%以内,各程序计算结果符合得很好,可有效支撑反应堆的调试启动过程。     

177堆芯24个月换料可行性研究

与18个月换料相比,压水堆核电站24个月换料能减少大修次数,提高机组负荷因子,增加发电量。基于装载177组件的堆芯,通过提高新燃料组件富集度和增加批换料组件数使堆芯循环长度达到24个月换料周期要求,考虑实际24个月换料和名义24个月换料高低两种电厂可利用因子。考虑燃料组件费用、大修费用、乏燃料处理费用和发电收益等进行换料方案经济性分析评估,并和典型18个月换料经济性作比较。177堆芯平衡循环装载88组富集度为4.95%的燃料组件,能满足名义24个月换料循环长度的需要,组件平均卸料燃耗约48 GWd/tU;装载104个燃料组件的堆芯能满足实际24个换料循环长度的要求,堆芯参数满足相关安全限值要求。结果表明,177堆芯24个月换料具有可行性,其高负荷因子下的经济性与18个月换料相当。     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内单相水流动及传热特性分析

本文以模拟压水反应堆一回路系统在自然循环条件下运行时的蒸汽发生器为对象,提出了分析蒸汽发生器并联倒U型管内单相水的流动及传热流特性的数学模型及相应的数值计算方法,计算结果表明,在一定的回路系统自然循环流动条件下,并联倒U型管内会同时发生正流和倒流。并发现,蒸汽发生器倒U型管内的倒流对一回路系统的自然循环流量有重要影响。     

紧凑型聚变裂变混合堆自举电流的数值模拟研究

以平衡程序Jsolver 为基础开展了紧凑型聚变裂变混合堆先进等离子体平衡位形设计,重点研究了反剪切运行模式,并在此位形下研究了自举电流的计算、分布及份额。     

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以平衡程序Jsolver 为基础开展了紧凑型聚变裂变混合堆先进等离子体平衡位形设计,重点研究了反剪切运行模式,并在此位形下研究了自举电流的计算、分布及份额。     

灰控制棒价值对机械补偿运行控制的优化

快速、精确和高度自动化的大幅功率调节能力是先进核电厂控制策略研究的主要目的之一。在目前压水堆核电厂设计中,主要采用控制棒控制方式的机械补偿运行控制策略,可以较好地满足上述要求。在该控制策略下,控制棒价值对其运行控制能力具有重要影响。针对灰控制棒组价值增大对于运行控制能力的提升进行了研究,结果表明:适度地增大控制棒价值,并对控制棒轴向价值分布进行优化,能够显著提高核电厂负荷跟踪运行能力。相关分析结果对控制棒组件的设计改进和压水堆核电厂先进控制策略的研究具有重要的借鉴意义。     

Biased random walk with restart for essential proteins prediction

Predicting essential proteins is crucial for discovering the process of cellular organization and viability. We propose biased random walk with restart algorithm for essential proteins prediction, called BRWR. Firstly, the common process of practice walk often sets the probability of particles transferring to adjacent nodes to be equal, neglecting the influence of the similarity structure on the transition probability. To address this problem, we redefine a novel transition probability matrix by integrating the gene express similarity and subcellular location similarity. The particles can obtain biased transferring probabilities to perform random walk so as to further exploit biological properties embedded in the network structure. Secondly, we use gene ontology (GO) terms score and subcellular score to calculate the initial probability vector of the random walk with restart. Finally, when the biased random walk with restart process reaches steady state, the protein importance score is obtained. In order to demonstrate superiority of BRWR, we conduct experiments on the YHQ, BioGRID, Krogan and Gavin PPI networks. The results show that the method BRWR is superior to other state-of-the-art methods in essential proteins recognition performance. Especially, compared with the contrast methods, the improvements of BRWR in terms of the ACC results range in 1.4%-5.7%, 1.3%-11.9%, 2.4%-8.8%, and 0.8%-14.2%, respectively. Therefore, BRWR is effective and reasonable.     

Start-up scenario in gyrotrons with a nonstationary microwave-field structure

Megawatt class gyrotrons operate in very high-order modes. Therefore, control of a gyrotron oscillator's start-up is important for excitation of the desired mode in the presence of the many undesired modes. Analysis of such scenario using the self-consistent code MAGY [M. Botton, IEEE Trans. Plasma Sci. 26, 882 (1998)10.1109/27.700860] reveals that during start-up not only mode amplitudes vary in time, but also their axial structure can be time dependent. Simulations done for a 1.5 MW gyrotron show that the excitation of a single operating mode can exhibit a sort of intermittency when, first, it is excited as a mode whose axial structure extends outside the interaction cavity, then it ceases and then reappears as a mode mostly localized in the cavity. This phenomenon makes it necessary to analyze start-up scenarios in such gyrotrons with the use of codes that account for the possible evolution of field profiles.     

EAST装置等离子体放电位形快速识别研究

为了适应超导托卡马克装置EAST位形控制运行模式的需要，研究了等离子体放电位形快速识别算法，给出了等离子体放电位形重建的模拟计算结果，并与美国GA平衡反演程序EFIT计算的平衡结果进行了详细的误差对比分析.结果表明，通过外部磁测量和合适的电流剖面模型，并结合实时平衡重建算法可以快速地对EAST等离子体放电位形进行识别. 关键词： 托卡马克 等离子体 平衡重建 数值模拟     

关于压水堆产武器级钚的模拟计算

防止核扩散是国际社会共同努力的目标,其中武器级核材料的防扩散是重中之重.钚是反应堆的副产品,如果不计较经济效益,利用铀为核燃料的反应堆都可以生产武器级钚.本文基于日本Takahama-3压水堆建立了五个模型,并进行中子和燃耗计算,得到两种燃料棒产武器级钚的条件、燃料棒轴向的燃耗分布、组件内燃料棒燃耗的变化区间和全堆芯燃料棒径向燃耗分布.基于上述模型和计算数据给出压水堆堆芯内含有武器级钚的准确位置和UO_2燃料棒中武器级钚的产量.这种低燃耗的乏燃料给国际核不扩散带来了巨大风险,国际社会应该加强对此类乏燃料的监管.     

PTS装置Z箍缩负载设计分析

介绍了PTS装置丝阵负载设计思路,用简化的薄壳模型(零维)和辐射磁流体力学模型(一维)数值模拟了丝阵Z箍缩内爆过程,给出了PTS丝阵负载设计参数,分析了初步优化结果,确定了优化选择的箍缩常数.经脉冲功率驱动器与负载优化匹配设计,PTS实验平台能够获得100TW量级的X射线功率,最佳插头能量转换效率10%.预计PTS实验平台的X射线输出能力基本达到Saturn装置长脉冲模式放电的水平.结果将为PTS开展Z箍缩研究提供有价值的参考. 关键词： PTS装置 Z箍缩丝阵负载 零维薄壳模型 一维辐射磁流体力学数值模拟     

ITER装置中等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模影响的数值研究

在托卡马克等离子体中,电阻壁模是非常重要的磁流体不稳定性,特征时间在毫秒量级.对长时间稳态运行下的先进托卡马克,电阻壁模限制着聚变装置的运行参数空间(放电时间和比压),影响经济效益,所以研究电阻壁模稳定性至关重要.本文使用MARS程序,针对ITER装置上9 MA先进运行平衡位形,研究了等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模的影响.结果表明,在没有反馈控制时,当比压参数Cβ取0.7,等离子体环向旋转频率达到1.1%的阿尔芬频率时,可以完全稳定电阻壁模;在等离子体环向旋转和反馈控制共同作用时,比压参数Cβ取0.7,反馈增益|G|取0.6时,稳定电阻壁模所需要的等离子体旋转频率为0.2%的阿尔芬频率.可见,单独靠等离子体环向旋转稳定电阻壁模所需的旋转频率较大;而等离子体环向旋转和反馈控制共同作用可以降低稳定电阻壁模的旋转频率临界值,符合先进托卡马克的运行.本文的研究结果对中国聚变工程试验堆CFETR的工程设计和运行具有一定指导意义.