堆芯换料方案

裴洋核能发电教研室

核反应堆物理基础6.2堆芯换料方案堆芯燃料布置方案及换料方案

2一、均匀换料方案

（一）燃料布置与换料方案燃料布置整个堆芯内采用富集度相同的燃料组件。换料方案燃料更换时，整个堆芯一起更换全部的核燃料。

3（二）优缺点

优点由于堆芯是均匀的，因此中子通量分布可认为是连续的，无阶跃变化。

缺点对于均匀布置方案，其具有以下缺点：堆芯内的中子通量分布不均匀性很大，寿期初堆芯的功率因子也很大，限制了堆芯的输出功率；燃料燃耗不均匀，寿期末换料时，外围组件的燃耗深度很浅、内部组件燃耗深度较大，从而平均卸料燃耗深度也较浅。

4二、内-外换料方案（一）燃料布置与换料方案燃料布置堆芯由内向外分为三区，其中：新料装在最内区；烧过一个循环的燃料装在第二区；烧过两个循环的燃料布置在最外区。

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6换料方案首先将最外区的燃料去掉；然后将中间两区的燃料依次分别移到第二区和边缘区；在中心区装上新的核燃料。

7（二）优缺点优点燃耗比较均匀，相对均匀装料可取得较高的平均卸料燃耗深度；由于外围为烧过的核燃料，裂变产物（毒物）较多，中子吸收截面较大，因此中子的泄漏率较低。

8缺点由于堆芯装的是新的核燃料，从而使得堆芯的中子通量密度更大，堆芯内的中子通量分布更加不均匀；寿期初，中心区域的功率峰因子更大，限制反应堆的功率水平；在燃料富集度不同区域交界处，由于核燃料的燃耗差异较大，使得中子通量分布有阶跃的变化，从而功率分布有显著突变，将导致较大的局部功率峰因子。

9三、外-内换料方案（一）燃料布置与换料方案布置方案堆芯由内向外仍然分为若干个区域：最新的核燃料放置在堆芯最靠外的区域；燃耗深度最大的核燃料放在堆芯最靠内的区域；堆芯由内向外，燃料的燃耗深度逐渐减小。

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11（二）换料方案将中心区域的燃料卸出；把外部组件依次往内移动；在最外层装上最新的核燃料。

12（三）优缺点优点堆芯中子通量分布较为平坦，功率峰因子较低。相对内-外换料方案，其燃耗深度较大。

13缺点新燃料布置在堆芯边缘，中子泄漏率较大，对压力容器的辐照加强，使压力容器的寿命降低。在燃料富集度不同区域交界处，由于核燃料的燃耗差异较大，使得中子通量分布有阶跃的变化，从而功率分布有显著突变，将导致较大的局部功率峰因子。

14四、外-内交替换料方案（一）燃料布置与换料方案布置方案外-内交替换料方案是在外-内换料方案的基础上发展起来的：堆芯由内向外分为若干个区域；新的核燃料装在堆芯的外围；已经烧过一个或两个循环的核燃料分散交替分布在堆芯内层。

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16换料方案将已经烧过三个循环的核燃料卸出堆外；其空出来的位置有堆芯外层已经烧过一个循环的核燃料来填充；新的核燃料装填在堆芯外层空出来的位置上。

17（二）优缺点优点展平了堆芯功率分布；由于内层燃料的成份差异较小，因此在交界处，中子通量分布的扰动较小，从而降低了局部功率峰因子；每次换料时不必移动堆芯所有的燃料组件，缩短了换料时间，装卸料较为简单。缺点由于堆芯边缘采用新的核燃料，因此中子泄漏率较高，缩短了压力容器的寿命。

18五、低泄漏换料方案（一）燃料布置与换料方案燃料布置其与外-内交替换料方案的差别在于：新燃料组件多数布置在离开堆芯边缘、靠近堆芯中心的位置上；将烧过两个循环以上、燃耗深度较大的燃料放置在堆芯最外的边缘上。换料方案其换料方式与外-内交替换料方案相同。

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20（二）优缺点优点减少了中子的泄漏率，提高了中子利用的经济性，从而提高了堆芯的反应性，延长了堆芯寿期；低泄漏装料方案的新燃料的富集度可比外-内换料方案减少5%～10%；减少了压力容器的中子辐照通量，延长了压力容器的寿命。

21缺点由于新燃料装在了反应堆内部，从而使功率峰因子增加。为了抑制功率峰因子，需要采用一定的可燃毒物。其会造成如下影响：1、可燃毒物反应性惩罚；

如果可燃毒物布置不当，在寿期末，可燃毒物未能全部烧完，这将减少反应堆的剩余反应性，从而缩短堆芯的寿期，称之为可燃毒物反应性惩罚。

222、使燃料布置方案设计更加复杂。

在传统换料方案中，除第一循环外，一般不采用可燃毒物。因而功率峰值将随燃耗增加而减少。因此在换料