燃料棒径向功率密度分布敏感性分析

涂晓兰　马永强　冯晋涛

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610041）

【摘　要】燃料芯块中的径向功率密度分布为燃料元件性能分析程序的重要参数。本文针对UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒对影响径向功率密度分布的因素进行了敏感性分析，确定影响径向功率密度分布的关键参数，并研究了各关键参数的影响数学模型，为形成燃料棒热力学性能分析软件FUPAC径向功率密度分布模型奠定基础。

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关键词 径向功率密度分布；UO2-Gd2O3燃料棒；IFBA燃料棒

0　引言

燃料芯块中的径向功率密度分布为燃料元件性能分析程序的重要参数，将会影响燃料中的温度分布计算。国际上通常事先应用中子学输运计算程序计算提供各种情况下燃料棒径向功率密度分布参数，然后燃料棒热力学性能分析程序根据实际参数插值得到真实的径向功率密度分布，采用这种方式的国际知名燃料棒热力学性能分析程序有COPERNIC[1]等。但是COPERNIC等程序采用的中子学-热力学分离方式适用于UO2燃料棒，对UO2-Gd2O3燃料棒和IFBA燃料棒不再适用。因此本文针对UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒对影响径向功率密度分布的因素进行了敏感性分析，以确定影响径向功率密度分布的关键参数，并研究了各关键参数的影响数学模型，为形成同时适用于UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒的功率密度分布模型奠定基础。

从径向功率密度的计算公式可知，影响功率密度的参数有芯块半径、富集度、钆质量百分比、燃耗、冷却剂密度、燃料密度、燃料温度等，若同时考虑所有这些变量会形成一维度很大的功率密度表，这对插值造成巨大的困难，影响程序的计算速度。因此需对这些变量进行敏感性分析，提取对径向功率密度影响较大的参数，舍去一些对径向功率密度不敏感的参数，以提高计算精度同时提高计算的效率

1　影响功率密度分布因素敏感性分析

本文采用KYLIN-1[2]程序对芯块半径、富集度、钆质量百分比、ZrB2涂层、燃耗、冷却剂密度、燃料密度、燃料温度单独进行敏感性分析。具体的分析方法是，首先对每个变量选取基准值，分析时将半径划分为等面积的20个环进行计算，燃料温度选取一个分布值进行计算。 在对每个变量进行分析时，其它参数保持基准值，计算每个变量对径向功率密度引起的变化。

经分析燃耗、富集度、钆质量百分比和燃料密度对径向功率密度分布影响最大，燃耗因素影响最大偏差达42%，富集度最大偏差为10%，钆质量百分比最大偏差为20%，燃料密度最大偏差为8%，距径比和燃料温度对径向功率密度分布有一定影响，芯块半径对外围的值影响较大，冷却剂密度对径向功率密度分布影响较小。

2　影响径向功率密度关键参数影响数学模型

由于每个参数对径向功率密度分布影响的方式不一致，因此需要研究各关键参数影响径向功率密度密度的数学模型。经敏感性分析可知，燃耗、富集度、钆质量百分比和燃料密度对径向功率密度分布影响较大，因此需要研究燃耗、富集度、钆质量百分比和燃料密度的影响数学模型。

燃料的密度随燃耗的变化的过程中，由于径向每一环的孔隙率以及应变不一致，因此每一环的密度会不一致。因此不能用平燃料均密度来计算，需考虑其真实的燃料密度分布。经过分析，燃料密度有一定分布时计算的径向功率密度与其平均密度计算的径向功率密度存在一定关系，应用最小二乘法拟合出如下关系式：

3　结论

本文针对UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒，对影响径向功率密度分布的参数进行敏感性分析，经分析燃耗、富集度、钆质量百分比和燃料密度对径向功率密度分布影响较大，同时研究了各关键参数的影响数学模型，为为形成燃料棒热力学性能分析软件FUPAC径向功率密度分布模型奠定基础。

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参考文献

［1］J.L.JACOUD，Ph.VESCO，DESCRIPTION AND QUALIFICATION OF THE COPERNIC/TRANSURANUS（UPDATE OF MAY 2000）FUEL ROD DESIGN CODE[R].2000.

［2］柴晓明，马永强，王育威，等.堆芯中子学程序系统SARCS-4.0的开发及初步验证[J].核动力工程，2013，34（S1）.

［责任编辑：刘展］