壓水堆PCI風險控制策略研究

《壓水堆PCI風險控制策略研究》是依託西安交通大學，由魏新宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：壓水堆PCI風險控制策略研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：魏新宇
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

壓水堆燃料芯塊與包殼間的相互作用(PCI, Pellet-Cladding Interaction)可以引起燃料包殼破損，直接關係到反應堆的安全和核電站的經濟性。本項目以壓水堆燃料棒為研究對象，分析PCI的形成機理和影響因素，用有限元方法建立燃料棒的物理-熱工-結構多物理PCI模型並求解；進而建立多物理PCI傳遞函式模型，分析PCI的動態特性；分別從微觀和巨觀兩個方面簡化得到PCI線上評估模型，在此基礎上設計基於線上評估的PCI風險控制策略，通過調整控制策略來規避PCI風險，保障反應堆安全經濟運行。用多物理PCI傳遞函式模型來分析PCI問題和用基於線上評估的PCI風險控制策略來規避PCI風險是以往研究中沒有涉及到的，具有明顯的創新性。本項目的實施，不但有助於闡明壓水堆中PCI產生和動態發展的機理，而且可在保證安全的前提下延長換料周期，提高電廠經濟性，具有重要的科學意義和套用價值。

結題摘要

燃料包殼是核電廠防止放射性物質外逸的一道實體屏障，壓水堆燃料芯塊與包殼間的相互作用(Pellet-Cladding Interaction, PCI)可以引起燃料包殼破損，直接關係到反應堆的安全性和核電站的經濟性。目前對於包殼完整性的監測主要是基於冷卻劑放射性的監測，是一種事後監測，而本研究的成果可以預測包殼的完整性，是一種事前預測，可以為運行限值和運行對策提供新的參考，從而以運行控制的角度避免包殼破損的發生。本項目以壓水堆燃料棒為研究對象，採用多物理耦合的方法建立燃料芯塊與包殼模型，從控制策略的角度來解決PCI導致的包殼破損問題，具體的研究成果為：分析在高溫和中子輻照環境中芯塊與包殼相互作用的形成機理和影響因素，建立了芯塊與包殼相互作用的物理-熱工-結構多物理耦合模型並用有限元方法求解；採用徑向基函式（Radical Basis Function, RBF）神經網路的方法設計了PCI風險線上評估模型，通過數據的訓練，該模型可以用較快的計算速度實現PCI的線上評估；在此基礎上結合大型壓水堆的運行設計基於線上評估的PCI風險控制策略，通過控制運行模式來規避PCI引起的包殼破損風險。本項目不但闡明了壓水堆中芯塊與包殼相互作用產生和發展的機理，而且為設計安全經濟的核電站運行控制系統提供了技術基礎。研究成果為輕水堆核燃料的PCI風險控制研究開闢了新的思路，提出了通過控制運行模式規避包殼破損風險的新方法。隨著核電在電網中所占比重的增加，核電機組的調峰調頻任務會大幅增加，這給核燃料的性能帶來很大壓力，那么在目前材料性能局限性的前提下，本研究的成果對提高壓水堆核電站的經濟性和安全性具有重要的參考意義，在壓水堆運行方案和控制系統的設計方面有一定的套用潛力。研究工作進行順利，圓滿地完成了本項目既定的各項研究任務，已取得的研究結果與預期相符，項目執行期間在國際高水平期刊發表SCI論文6篇，參加高水平國際學術會議3人次，國內學術會議1次，申請專利1項，畢業博士研究生2名，碩轉博1名，派出聯合培養博士研究生2名。