乏燃料溶液系統臨界安全分析計算方法研究

銀華北 王永平 茍軍利 劉國明 祖鐵軍 尹 文 鄭友琦 杜夏楠

1（西安交通大學 西安 710049）

2（中國核電工程有限公司 北京 100840）

為實現我國閉式循環目標，自主發展后處理技術、修建后處理廠具有重要意義。由于乏燃料后處理過程中核燃料會發生固-液相變、富集等復雜過程，涉及眾多設備和環節，存在發生系統達臨界事故的風險。因此，在乏燃料后處理廠中，對核臨界事故的預防和防護，是保證核安全的關鍵內容。

在乏燃料溶液系統的臨界事故中，臨界瞬間功率快速上升，伴隨劇烈的輻解、相變傳質過程，針對固體燃料的核反應堆堆芯瞬態分析程序無法模擬上述過程。傳統的核臨界安全事故分析方法采用經驗公式估計裂變次數，精度及適用范圍有限。

針對溶液系統的上述特征，國內外機構開展了瞬態分析研究。英國原子能委員會首先發布了CRITEX程序，將溶液罐視作圓管，沿軸向分層進行一維熱工水力-輻解氣體計算，與點堆動力學耦合進行瞬態分析。法國與日本分別利用其溶液系統臨界實驗裝置SILENE［1］與TRACY［2］進行實驗研究溶液系統臨界事故下的功率釋放與溶液變化，并開發了AGNES2［3］、TRACE［4］、FECTH［5］等 程 序。其 中，TRACE與AGNES2程序由日本原子能研究所先后開發，其中子學均采用點堆動力學計算，而熱工-水力采用R-Z二維軸對稱模型，將溶液對流近似等效為導熱，二者區別在輻解氣體模型，TRACE程序基于CRITEX模型，將氣泡速度近似為僅功率變化有關的函數，而AGNES2程序由氣泡在溶液中的受力平衡導出氣泡速度關系式；……