基于MCNP的热态不同水铀比和硼浓度下Keff计算（终稿）

Southwest university of science and technology

课程设计（论文）

基于MCNP的热态不同水铀比和硼浓度下Keff

计算

学院名称 专业名称 学生姓名 学

号

国防科技学院 核工程与核技术

徐高友

20090694

指导教师

叶滨

二〇一二年六月

西南科技大学本科生课程设计 I

基于MCNP的热态不同水铀比和硼浓度下

Keff计算

徐高友

（1西南科技大学国防科技学院 四川.绵阳 621010）

摘要：本文基于蒙特卡罗方法的 MCNP程序，从压水堆的压力容器，燃料组件和控制棒驱动组件等元件出发建模，利用 KCODE 卡，模拟不同水铀比和硼浓度比改变对反应堆剩余反应性影响做了相应研究。模拟结果表明：在不考虑控制棒和可燃毒物对反应堆有效增值系数 Keff 值影响的情况下，在固定栅元尺寸时随着硼酸质量分数的增大，有效增值系数线性下降；在固定硼浓度下,随着栅元尺寸的增大，在一定范围内keff呈先增大后减小的趋势。

关键词：水铀比； 硼浓度； 有效增值系数； MCNP；

Abstract:This article depends on MCNP procedures using the Monte Carlo method ,modeled the pressure vessel of PWR, fuel assembly and control rod drive component elements.Using KCODE card to simulation the influence to Reactor excess reactivity with the change of Ratio of water to Uranium and Boron concentration.The simulation results shows that: without considering the control rods and the burnable poison's affect to Keff ,Under a fixed lattice size,With the increase of Boric acid mass fraction Keff Linear declined;a fixed Boron concentration,with the lattice size increases keff increases first in a certain range and then has a decreasing trend.

Key Words:Ratio of water to Uranium; Concentration of Boric; Keff; MCNP;

西南科技大学本科生课程设计 II

目录

第一章 引言...........................................................1 第二章 剩余反应性控制手段及有效增值因数Keff简介......................2

2.1 反应堆剩余反应性控制手段.....................................2 2.2 有效增值因数.................................................2 第三章 MCNP程序简介..................................................4 第四章 栅元模型的建立及模拟...........................................5

4.1 反应堆模型的建立..............................................5 4.11 反应堆压力容器............................................5 4.2 反应堆燃料组件................................................5 4.21 栅元几何描述..............................................5 4.22 栅元材料描述 .............................................5 结论...................................................................9 参考文献...............................................................10

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第一章 引言

随着世界不断的发展，能源越来越成为一个遏制国家经济发展的重要屏障。所以，

【1】

核能的大力发展和高效的利用也越来越迫切。反应堆是核电站的核心部件，是一种

能够以可控方式实现核反应的装置，同时也是一个具有高强度放射性的特殊对象。为了能够保证安全、可靠和经济的实现核能的利用，通过模拟实现对反应堆运行过程中因为运行工况的变化而可能引发的安全事故做好相应的安全措施，达到真正安全使用核能的宗旨。有效增值系数是决定反应堆能否运行的关键参数，反应堆的剩余反应性则是描述了反应堆在无任何可燃毒物时反应性的大小。

而MCNP程序是反应堆研究分析中的常用软件之一，近年来随着计算机技术的发展越来越受到国内外广大研究者的重视，通过对大量宏观事例的模拟可以比较近似的给出反应堆的相关系数和截面数。

反应堆有效增值系数 Keff 是涉及核电站安全中的一个非常重要的参数，其由控制棒、硼酸质量分数和可燃毒物三者来控制，本文通过运用蒙特卡洛的方法，借助MCNP模拟不同水铀比和不同硼浓度对反应堆有效增值因数Keff 值影响并进行了相关讨论。

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第二章 剩余反应性控制手段及有效增值因数Keff简介

2.1 反应堆剩余反应性控制手段

压水堆（PWR）最初是为核潜艇设计的一种军用堆型，经过40多年的发展和一系列的重大改进，已经成为目前公认的技术最成熟、运行安全、经济实用的堆型。压水堆核电站与其他核电站一样主要由核岛和常规岛组成。堆芯产生的热量经反应堆冷却剂系统带入到蒸汽发生器，经过蒸汽发生器产生的高温高压蒸汽进入汽轮机厂房推动

【2】 汽轮机做功，产生电能。

反应堆由一回路压力容器、堆芯、控制棒、燃料组件、中子源、安全壳等组成。燃料元件是裂变并释放能量的重要部件，压水堆常用燃料元件是17*17正方形排列。燃料元件内装低富集度的UO2陶瓷芯块，燃料芯块和包壳之间充有惰性气体（本文默

【2】

认为真空），用于改善传热性和减小内外压差。

在反应堆中常见的控制剩余反应性的手段主要由三种,分别是：控制棒控制、可燃毒物控制和化学补偿控制。控制棒控制主要用在反应堆紧急停堆和功率调节上，主要用于控制反应性的快速变化。而采用可燃毒物棒控制可以减少控制棒的数量和优化反应堆的结构，主要用于补偿换料之后初始剩余反应性比较大时，随着燃耗的加深可燃毒物棒也在消耗，对中子的吸收也大大减少相当于从另一个方面增大了反应堆内的中子通量密度。化学补偿控制主要是在一回路冷却剂中加入可溶性化学毒物（主要是硼水）化控与其它两种控制方式相比有很多优点：（1）化学补偿毒物在堆芯中分布比较均匀；（2）化控不但不引起堆芯功率分布的畸变，而且与燃料分布区相配合，能降低功率峰因子，提高平均功率密度；化控中的硼质量分数可与根据运行需要来调节的；固体可燃毒物是不可控调节的； 化控不占栅格位置，不需要驱动机构等，从而可以

【3】简化反应堆的结构，提高反应堆的经济性。

2.2 有效增值因数

反应堆利用的是核裂变释放的能量。当热中子与物质作用而发生裂变反应时，裂变物质的原子核通常分裂为两个中等质量数的核（称为裂变碎片）与此同时，还将平均的产生两个以上的新的裂变中子，并释放出蕴藏在原子核内部的核能。在适当的条件下，这些裂变中子又会引起周围其它裂变同位素的裂变，如此不断继续下去。反应堆是一个能够实现自持链式裂变反应的装置，当一个裂变核俘获一个中子产生裂变以后，在新产生的中子中，平均至少应该再有一个中子去引起另外一个核的裂变由于裂变物质每次裂变时平均放出两个以上裂变中子，因而实现自续链式裂变反应是有可能

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