小型铅铋冷却快堆瞬态安全分析

张一帆，刘宙宇，曹良志，郑友琦，邵一穷

(西安交通大学 核科学与技术学院，陕西 西安 710049)

小型模块化反应堆，作为第4代反应堆发展的主要方向之一，其特点包括较低的投资建造成本[1]，适合小型电网的并网发电，其基础设施少以及员工需求小，并且可根据需要增加容量[2]，同时在饮用水生产、区域供热和制氢[3]等非电力方面也有所应用。本文针对西安交通大学NECP(核工程计算物理实验室)设计开发的小型可运输铅铋冷却快堆MARS-3，基于SARAX快堆分析软件包[4]，开发和完善一系列可用于小堆瞬态安全分析的程序模块，计算分析MARS-3在发生无保护超功率事故、无保护失流事故以及无保护失热阱事故的瞬态反馈过程，以初步验证所设计的堆芯具有足够的非能动安全特性。

1 MARS-3堆芯设计方案

本文分析的对象为NECP团队设计的一种可运输小型铅铋冷却快堆MARS-3，主要设计用途为偏远地区(如海岛)供电[5]，堆芯方案的设计满足以下设计准则：1) 选用二氧化铀作为堆芯燃料，富集度为19.75%，最大燃料中心温度不超过2 273.15 K[6]；2) 最大包壳温度在稳态时不超过773.15 K，瞬态及事故工况时不超过923.15 K[7]；3) 堆芯铅铋冷却剂最大流速不超过1 m/s，以减小冷却剂对堆芯结构的腐蚀作用[8]。

堆芯共布置了6种组件，包括内燃料组件以及外燃料组件两种燃料组件、控制组件、安全组件、反射组件以及屏蔽组件[9]。堆芯布置方案如图1所示，以冷却剂管道大小不同区分设计两种燃料组件，其中内燃料组件冷却剂管道最大，可有效展平堆芯功率分布以及冷却堆芯。……