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SAS4A-FATE:先进反应堆的机械源术语分析工具

张贴者 李成珍 于03.21.18

By: 李成珍, Senior Consulting Engineer, 福斯克& Associates, LLC

液态金属反应堆(LMR)具有比轻水反应堆(LWR)更高的安全性优势,可降低堆芯损坏和安全壳失效的可能性。 LMR的市场地位也得到了提升,例如过程和区域供热应用。与这些功能一致,LMR许可的目标是与同等规模的LWR相比,减少紧急计划区(EPZ)。

减少EPZ的理由要求具有用于机械源术语(MST)评估的分析功能,以预测系统对各种事故的响应,时间和后果会发生重大变化。 MST评估试图针对特定情况,对放射性核素从其源向环境的释放和运输进行现实建模,同时考虑保留和trans变现象以及任何相关的不确定性。

LMR的安全性分析必须考虑各种引发事件,这些事件会导致热量产生和排出之间的不平衡。传统上将它们分为三类:

  1. 反应性引发的事故(RIA),涉及突然而迅速地插入阳性反应性,例如控制元件/拉杆撤回(CRW)
  2. 流量损失(LOF)事故,这意味着由于主泵故障而无法提供足够的强制对流来冷却堆芯
  3. 散热片(LOHS)事故,涉及正常运行期间依赖的排热路径故障

请注意,LMR的主要冷却剂保持在大气压附近,并且LMR的冷却剂沸腾裕度比LWR大,因此,与LWR相比,LMR的设计基准对冷却剂事故损失(LOCA)的关注较少。

福斯克&Associates,LLC,(FAI)获得了“核能加速创新(GAIN)凭证”门户,与Argonne国家实验室合作将SAS4A安全分析代码与 命运设施建模代码 并扩展SAS4A以适应使用铅作为反应堆冷却剂(SAS4A最初是为钠快堆开发的)。 SAS4A代码将用于对系统瞬态和燃料故障进行建模。其结果将与FATE代码链接,以预测放射性核素通过主要冷却剂,覆盖气体,安全壳系统的传输,并最终释放到环境中。集成的代码包将为与工厂动态响应一致的一系列事故场景提供最新的放射性核素跟踪功能,包括反应性反馈以支持LMR的2级和3级概率风险评估。最初的工作将集中在类似于Westinghouse提出的铅快速反应堆设计上,Westinghouse提出了一种铅冷却的池式快堆,UO2被认为是一种可能的燃料选择。

SAS4A代码(作为SAS4A / SASSYS-1安全分析代码系统的一部分)是由阿贡国家实验室(ANL)开发的,用于对钠快速反应堆(SFR)中的设计依据和超出设计依据的事件进行确定性分析。使用稳态和瞬态热,水力,中子和机械现象的详细机械模型来描述由冷却剂流量损失,散热损失或反应性插入引起的反应堆堆芯响应。对单次和两次故障事故的后果(考虑了超负荷系统的故障)进行了建模,包括燃料和冷却液加热,燃料和熔覆层的机械行为以及堆芯反应性反馈。 SAS4A的主要目标是对瞬态事故状况进行建模,并预测反应堆的关键参数,例如反应性,燃料和包壳温度以及包壳应变。 SAS4A还具有评估燃料故障的能力,包括故障模式,故障位置和正时,销内和销外燃料运动及其对堆芯反应性的影响,以及对燃料损害传播的评估。 SAS4A中的模型已通过对来自EBR-II,FFTF和TREAT反应堆的反应堆和工厂测试数据的大量分析进行了验证。

命运代码是由FAI开发的,用于设施和过程的建模和仿真。 命运具有对核燃料循环或化学处理设施中的传热和传质,流体流动和气溶胶行为进行建模的功能。 命运是根据NQA-1质量保证计划开发和维护的,其前身软件因汉福德的应用而获得了美国能源部技术创新奖。 命运的主要现象学功能包括广义的多隔间模型和网络流模型。可以使用热物理性质相关性(例如,来自行业标准DIPPR 801数据库)以冷凝或蒸汽形式在FATE中对多种化学物质进行建模。这使FATE可以对许多不同的冷却剂进行建模,包括水,液态金属和气体,以及裂变产物,以气体,液体或气雾剂形式的普通化学物质。

气溶胶的运输和沉积是确定安全壳放射性核素保留能力的关键现象。 命运中的气溶胶模型是根据在汉福德进行的著名AB5实验验证的。在该实验中,钠蒸气源在900 s的源时间段内以0.444 kg / s的速度发生反应,生成氧化钠气溶胶,进入850m3的体积。图1显示了针对AB5实验数据的FATE气溶胶生成和沉降结果。对于跨越四个数量级的悬浮质量历史,结果进行了比较。

一旦完成,SAS4A-FATE代码有望成为用于液态金属反应堆的完整的机械源术语分析工具。它可以用于许可高级反应堆设计。

 讨论或了解更多信息,请联系 [email protected] or call 630-323-8750

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您的工厂可能有创新的想法,或者需要解决可以针对FATE进行定制的类似问题。如果您想了解有关FATE的更多信息,请单击下面的内容,查看FAI的铅和钠冷快堆源术语分析工具SAS4A-FATE的开发工作。 

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话题: 命运, 严重事故,核安全, , 发电, 发电, 先进反应堆, 先进反应堆, 机械源术语

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