本站小編為你精心準(zhǔn)備了利用修正準(zhǔn)靜態(tài)方法評(píng)估溶液系統(tǒng)事故參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：隨著我國核電的快速發(fā)展，對(duì)后處理能力有了越來越大的需求。更大的后處理能力，意味著對(duì)于臨界安全提出了更高的要求。因此需要對(duì)核臨界事故分析開展研究。本文使用修正的準(zhǔn)靜態(tài)方法計(jì)算了溶液系統(tǒng)臨界事故的平均功率，并且使用CRAC實(shí)驗(yàn)、TRACY實(shí)驗(yàn)和JCO事故進(jìn)行了驗(yàn)證。在非沸騰工況期間和沸騰工況期間，該方法得到了較好的計(jì)算結(jié)果。驗(yàn)證表明，該方法適用于反應(yīng)性引入的臨界瞬態(tài)，可快速且較為準(zhǔn)確的估算總功率，并用于裂變次數(shù)的估計(jì)，為臨界事故后果評(píng)價(jià)分析提供技術(shù)手段，為后續(xù)的臨界事故研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：臨界瞬態(tài)；準(zhǔn)靜態(tài)；功率

隨著我國核電的快速發(fā)展，對(duì)后處理能力有了越來越大的需求。更大的后處理能力，意味著對(duì)于臨界安全提出了更高的要求。因此需要對(duì)核臨界事故分析開展研究。溶液是后處理廠中最易發(fā)生臨界事故的介質(zhì)[1]，溶液系統(tǒng)臨界事故的平均功率研究可以為臨界事故后果評(píng)價(jià)分析提供技術(shù)手段，為后續(xù)的臨界事故研究奠定基礎(chǔ)。

1理論模型

Schulenberg提出的準(zhǔn)靜態(tài)方法是溶液系統(tǒng)臨界事故分析評(píng)價(jià)中常用的方法之一。該方法可估算核瞬態(tài)的平均功率。在這個(gè)方法中，假設(shè)引入反應(yīng)性會(huì)突然被反應(yīng)性反饋補(bǔ)償?shù)窒?。因此總反?yīng)性，即引入反應(yīng)性和反饋反應(yīng)性之和為0。這是一種“反應(yīng)性平衡”模型[2]。在溶液系統(tǒng)臨界事故中評(píng)價(jià)空泡反饋和溫度反饋非常重要。空泡由裂解氣體空泡和蒸汽空泡組成。裂解氣體空泡是溶液系統(tǒng)獨(dú)有的，由裂變產(chǎn)物、α粒子等，輻解產(chǎn)生。蒸汽空泡是由溶液沸騰產(chǎn)生的。使用平均功率與裂解氣體空泡份額，平均功率與蒸汽空泡份額的相關(guān)公式，結(jié)合熱平衡方程和反應(yīng)性平衡模型，就能計(jì)算事故期間的平均功率分布。

1.1反應(yīng)性計(jì)算在該模型中引入一個(gè)“反應(yīng)性平衡”的假設(shè)，即引入的反應(yīng)性能夠立即被反饋的反應(yīng)性所補(bǔ)償。因此，系統(tǒng)總反應(yīng)性一直保持為0，如式（1）所示。TotalINFρ=ρ+ρ=0（1）其中ρtotal為系統(tǒng)總反應(yīng)性，ρIN為引入反應(yīng)性，ρF為反饋反應(yīng)性。反饋反應(yīng)性則是由包含反饋系數(shù)的公式計(jì)算得到。由于反饋的反應(yīng)性包括溫度反饋和空泡反饋，因此其計(jì)算公式如下：FTempViodTVρ=ρ+ρ=αdT+αf（2）其中ρtemp，ρViod分別為溫度反饋反應(yīng)性和空泡反饋反應(yīng)性，αT和αV分別為溫度反饋系數(shù)和空泡反饋系數(shù)，dT和f分別為溫度變化和空泡份額。在不沸騰情況下，這里的空泡指裂解氣體空泡，如果沸騰，則還要包括沸騰空泡。這里的反饋系數(shù)需要在程序輸入中給出。

1.2空泡份額計(jì)算在計(jì)算中考慮兩種空泡。一種是由裂變產(chǎn)物和α粒子在溶液中產(chǎn)生的裂解氣體空泡。另一種是溶液沸騰產(chǎn)生的蒸汽氣泡。輻解氣體的空泡份額與平均功率相關(guān)，可以由下式計(jì)算得到[3]。其中S是容器的截面，υ是單個(gè)氣泡的上升速度，一般為5cm/s左右，Q是平均功率，C、CN是燃料濃度和酸度。當(dāng)溶液開始沸騰，蒸汽空泡開始在空泡份額中占一定的地位。由于蒸汽空泡產(chǎn)生需要的能量少，當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)沸騰狀態(tài)時(shí)，平均功率開始降低，最終達(dá)到反應(yīng)性被完全補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定功率。沸騰時(shí)功率與空泡份額的關(guān)系如下[2]：Q=7.96fV（4）

1.3溫度計(jì)算溫度計(jì)算中我們將系統(tǒng)分為3個(gè)區(qū)域：（1）臨界事故發(fā)生的容器中的溶液（2）加入容器中的溶液（3）容器外的冷卻劑，如空氣、水等。假設(shè)溶液添加的速度為WIN，溫度為TIN。冷卻劑溫度為T0，冷卻劑流速為ω。熱平衡關(guān)系式如下：Ti是i區(qū)的溫度（L表示溶液，IN表示添加的溶液，c表示冷卻劑），Vi是體積，di是密度，Cpi是比熱，h是溶液和冷卻劑之間的換熱系數(shù)，A是換熱面積。

1.4計(jì)算流程程序的計(jì)算流程如圖1所示。

2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1CRAC實(shí)驗(yàn)CRAC實(shí)驗(yàn)采用的是裝有硝酸鈾酰溶液的直徑300mm的圓柱（壁厚3mm）和直徑800mm的圓柱（壁厚4mm）[4]。圓柱放在一個(gè)大密室中，所有反應(yīng)裝置噴出的液體和氣體都容納其中。實(shí)驗(yàn)通過以固定的速率向圓柱內(nèi)注入溶液使之臨界。以固定速率加入溶液意味著反應(yīng)性線性增加。大部分實(shí)驗(yàn)是從接近臨界體積開始的，只有少部分實(shí)驗(yàn)是從次臨界開始的。圓柱內(nèi)溶液體積超過臨界體積后，在熱膨脹和氣體生產(chǎn)的反饋下，功率增長到峰值。隨后還有一系列量級(jí)小一些的功率峰。所有實(shí)驗(yàn)中，溶液都是在第一個(gè)功率峰期間注入的，在一些實(shí)驗(yàn)中持續(xù)到幾個(gè)功率峰后。最終溶液中的裂變引起加熱、材料噴出和氣體生成，這些反應(yīng)性反饋使得功率穩(wěn)定下來。CRAC實(shí)驗(yàn)條件見表1，計(jì)算使用的反應(yīng)性反饋系數(shù)見表2。序計(jì)算的系統(tǒng)功率沒有重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的功率震蕩現(xiàn)象，原因可能是該方法的反應(yīng)性為0的假設(shè)與實(shí)際情況有所差異，在系統(tǒng)引入反應(yīng)性后需要一定的反饋時(shí)間，使反應(yīng)性達(dá)到平衡。但從計(jì)算結(jié)果可知，計(jì)算得到的功率可用于平均功率估算，得到總功率以用于裂變次數(shù)的估計(jì)。在290s系統(tǒng)功率突然降低，溶液開始沸騰，程序計(jì)算的功率下降時(shí)間要稍早一些?？赡苁怯?jì)算的熱傳遞損失比實(shí)際小，因此導(dǎo)致計(jì)算的溫度上升過快，系統(tǒng)沸騰時(shí)間也早一些。系統(tǒng)沸騰后，功率的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值基本趨于一致。

2.2TRACY實(shí)驗(yàn)TRACY是一個(gè)裝有料液的環(huán)形圓柱。堆芯在一個(gè)不銹鋼圓柱壓力容器中，內(nèi)部沿軸向有一個(gè)圓柱導(dǎo)管，里面是能自由插入抽出的控制棒[5]。圖4是TRACY的堆芯示意圖，堆芯容器外直徑52cm，內(nèi)直徑7.6cm。有效橫斷面區(qū)域?yàn)?918cm2?？刂瓢舻陀谝好娴撞?0mm。溶液高度用探針型的水平儀測(cè)得，誤差為±0.25mm。導(dǎo)管和外層圓柱之間填充著硝酸鈾酰溶液。TRACY的最大反應(yīng)性為3$，最大積分功率為9kWh，最大裂變數(shù)為1018。燃料溶液中鈾的富集度為9.98wt%，最大鈾濃度500gU/L，實(shí)際上的鈾濃度在375～433gU/L，而硝酸的摩爾濃度為0.6～0.9N[5]。TRACY實(shí)驗(yàn)條件見表3，計(jì)算使用的反應(yīng)性反饋系數(shù)見表4。TRACY3個(gè)瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果見圖5～圖7。程序沒有重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)初期的功率震蕩現(xiàn)象，除了實(shí)驗(yàn)初期，程序計(jì)算的系統(tǒng)功率與實(shí)驗(yàn)值基本一致。原因如上節(jié)所述，從計(jì)算結(jié)果可知，計(jì)算得到的功率可用于平均功率估算，得到總功率以用于裂變次數(shù)的估計(jì)。通過以上驗(yàn)證可以得出結(jié)論，修正的準(zhǔn)靜態(tài)方法對(duì)于各種反應(yīng)性引入速率的臨界瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)都是適用的。

3JCO事故驗(yàn)證

3.1事故基本情況事故發(fā)生在JCO公司的燃料轉(zhuǎn)化測(cè)試大樓。大樓內(nèi)放置著用UF6或U3O8生產(chǎn)二氧化鈾粉末和硝酸鈾酰溶液的設(shè)備。在事故發(fā)生時(shí)，正在將16.8kg的鈾（富集度為18.8%）制備成370g/L的硝酸鈾酰溶液。發(fā)生事故的沉淀槽直徑45.0cm，高61.0cm，容積約100L，示意圖見圖8[1]。JCO事故基本條件見表5，計(jì)算使用的反應(yīng)性反饋系數(shù)見表6。

3.2事故計(jì)算結(jié)果JCO事故的功率計(jì)算結(jié)果見圖9。程序計(jì)算的系統(tǒng)功率沒有重現(xiàn)事故中的功率震蕩現(xiàn)象，但計(jì)算得到的功率可用于平均功率估算，得到總功率以用于裂變次數(shù)的估計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)功率穩(wěn)定時(shí)，功率的計(jì)算值與事故監(jiān)測(cè)值[7]基本趨于一致。在60900.0s容器外夾層的水被排空，系統(tǒng)功率降低，事故終止。功率計(jì)算結(jié)果與此基本一致。

4結(jié)論

本文使用修正的準(zhǔn)靜態(tài)方法計(jì)算了溶液系統(tǒng)臨界事故的平均功率，并且使用CRAC實(shí)驗(yàn)、TRACY實(shí)驗(yàn)和JCO事故進(jìn)行了驗(yàn)證。CRAC實(shí)驗(yàn)、TRACY實(shí)驗(yàn)和JCO事故中的非沸騰工況期間，除震蕩區(qū)，程序的功率計(jì)算值基本等于測(cè)量功率值。這表明，該方法適用于反應(yīng)性引入的臨界瞬態(tài)。CRAC實(shí)驗(yàn)是一個(gè)沸騰實(shí)驗(yàn)，在沸騰期間，程序的功率計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值基本一致。這表明，該方法適用于沸騰工況。在已驗(yàn)證的范圍內(nèi)修正的準(zhǔn)靜態(tài)方法達(dá)到了較好的計(jì)算效果，該方法可快速且較為準(zhǔn)確的估算總功率，并用于裂變次數(shù)的估計(jì)，為臨界事故后果評(píng)價(jià)分析提供技術(shù)手段，為后續(xù)的臨界事故研究奠定基礎(chǔ)。

作者：于淼 易璇 單位：中國核電工程有限公司