基于FCM燃料的商業(yè)壓水堆中子學(xué)分析

秦 雪 李滿倉 廖鴻寬 于穎銳 秦 冬 蔣朱敏 王 帥 蔡 云 郭 銳

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都 610041）

福島事故中，暴露了現(xiàn)有UO2-鋯合金燃料形式在抵抗嚴(yán)重事故性能方面的不足，因而國際上對(duì)新一代核電站和核燃料的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。作為提升核電站安全性能的重要舉措，研發(fā)耐事故燃料（Accident Tolerant Fuel，ATF）［1］，即能一定程度包容事故和具有固有安全性的燃料，成為了核燃料領(lǐng)域國際發(fā)展的新方向。全陶 瓷 微 封 裝（Fully Ceramic Microencapsulated，F(xiàn)CM）燃料［2］是耐事故燃料的研究方向之一，F(xiàn)CM燃料芯塊是將三結(jié)構(gòu)同向性型（Tri-structural isotropic，TRISO）燃料顆粒彌散在SiC基體中制成，多層包覆層的設(shè)計(jì)使其具有良好的裂變產(chǎn)物包容能力。此外，SiC基體作為TRISO燃料顆粒的保護(hù)屏障，使FCM燃料具有良好的輻照穩(wěn)定性，優(yōu)良的熱導(dǎo)率，正常運(yùn)行工況下具有良好的熱沖擊穩(wěn)定性、低腐蝕速率、低高溫氧化率等優(yōu)點(diǎn)，使FCM燃料在耐事故方面的性能大幅提升。

然而相比于傳統(tǒng)UO2燃料芯塊，F(xiàn)CM燃料芯塊的燃料裝量少，會(huì)影響堆芯功率和壽期［3-8］，可采用提高燃料富集度、提高燃料球體積份額、增大TRISO顆粒核芯尺寸、改變核芯外包覆層厚度等措施來增加FCM燃料裝量。此外，F(xiàn)CM燃料采用SiC為基體，慢化能力較好，可能使FCM燃料組件處于過慢化區(qū)，失去堆芯固有的安全性。本文在已有的研究基礎(chǔ)上，首先確定了FCM燃料中燃料球體積份額、TRISO顆粒等參數(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)AFA3G 17×17柵格形式的UO2-Zr合金燃料組件和方家山1號(hào)機(jī)組首循環(huán)堆芯為……