船用堆包殼破損狀態下運行安全研究*

王 偉 陳玉清 傅晟威 于 亮

（1.海軍工程大學核科學技術學院 武漢 430033）（2.92730部隊 三亞 572000）

1 引言

燃料元件包殼出廠時難免存在制造工藝上的缺陷，且長期處于高溫、高壓、高放射性、熱應力等諸多惡劣條件下［1］，隨著服役時間的增加，材料的老化、磨損更是不斷加劇。區別于電站堆，船用堆工況變換頻繁，且受海洋條件的影響［2～3］，水力擾動和熱應力變化更加頻繁和劇烈，大大增加了燃料包殼破損的風險［4～5］。燃料元件破損發生后，只要回路放射性達到安全運行的要求，就存在破損狀態下繼續功率運行的可能性［6～8］。國內對于燃料元件包殼破損的研究主要關注于核電廠燃料元件破損率的檢測［9～10］，對燃料包殼破損狀態下的運行安全問題研究較少。本文利用熱工水力分析程序RELAP5/MOD3.2建立了破損燃料元件的仿真計算模型，進而對包殼破損狀態下的運行安全問題進行研究。研究結果有利于操縱人員準確的掌握和判斷包殼破損狀態下反應堆的運行狀態，確保反應堆在運行限值內安全運行。

2 燃料棒破損分析建模

2.1 堆芯控制體模型

文章研究包殼破損狀態下的運行安全問題，研究的前提為破損元件氣隙較長時間直接與冷卻劑攪渾，可以認為氣隙中的不可凝結氣體（氦氣和氣態裂變產物）已經完全釋放到冷卻劑中，氣隙被蒸汽（功率運行時）或水（停堆時）填充，且在破口處達到流量動態平衡，此時破損元件的傳熱情況與剛發生破損時差異較大。圖1（a）為燃料元件包殼破損模擬RELAP5堆芯控制體模型，圖1（b）為破損燃料元件單通道模型（b）。……