钠冷快堆液体悬浮式非能动停堆系统关键基础技术研究

The passive shut-down technology is an important technology to improve the safety of large sodium cooled fast reactors, and is also an important research content of the safety design of the China sodium cooled fast reactor. Research on the liquid suspended passive shut-down system (LSPS) is still in its infancy. The basic theoretical studies as well as experimental data are insufficient for the LSPS. Aiming to satisfy the great research demand of safety technologies for large sodium cooled fast reactors, numerical calculation method of the velocity-pressure coupling analysis will be established for the LSPS with the characteristics of the complex structure and the large shift length of the passive safety assembly, and the experimental modeling technologies and measuring methods will be developed in this project. With theoretical analyses and experimental investigations, influencing rules and acting mechanisms of system structure sizes, operation parameters etc. on the LSPS will be revealed. Based on the optimization design and tests, a conceptual design of the LSPS with high reliability and efficiency will be proposed. Meanwhile, the comprehensive and overall safety analysis as well as the evaluation of the relevant technical scheme will be implemented to enhance the inherent safety of sodium cooled fast reactors. This project is of great significance to providing theoretical foundation and experimental data for the design and safety analyses of the LSPS, which are very important to the independent research and development of the passive shut-down technology in our country.

非能动停堆技术是提高大型钠冷快堆安全性的重要技术，是中国钠冷快堆安全设计的重要研究内容。我国关于液体悬浮式非能动停堆系统的研究还处于起步阶段，基础理论研究有待深入，缺乏相关的实验数据支持。本项目面向国家大型钠冷快堆安全技术研发的需求，建立满足液体悬浮式非能动停堆系统结构复杂、非能动安全组件行程大等特点的速度压力耦合分析数值计算方法，研制实验模化技术和测量方法，通过理论分析与实验研究，获得结构尺寸、运行参数等对液体悬浮式非能动停堆系统的影响规律和作用机理；在优化设计和测试的基础上，提出可靠、高效的液体悬浮式非能动停堆系统概念设计方案，并对采用该液体悬浮式非能动停堆系统的钠冷快堆进行综合、全面的安全分析及相关技术方案评价，增强钠冷快堆的固有安全性。本项目的实施可为我国液体悬浮式非能动停堆系统设计和相关安全分析提供重要的理论依据和数据支撑，对于我国非能动停堆系统的自主研发具有重要意义。

非能动停堆技术是提高大型钠冷快堆安全性的重要技术，是中国钠冷快堆安全设计的重要研究内容。我国关于液体悬浮式非能动停堆系统的研究还处于起步阶段，基础理论研究有待深入，缺乏相关的实验数据支持。本项目面向国家大型钠冷快堆安全技术研发的需求，从原理、设计、实验、计算、安全分析等方面对液体悬浮式非能动停堆系统的关键技术进行了基础性研究。基于流体力学和刚体动力学方程组结合停堆棒元件节点流量守恒与压降平衡的流网控制方程，在修正的基础上耦合求解，建立了一套满足液体悬浮式非能动停堆系统结构复杂、非能动安全组件行程大等特点的速度压力耦合分析数值计算方法，对非能动停堆棒运动进行了数值模拟和分析。基于衡量停堆棒运动的无量纲数组和相似准则推导了实验模化技术，可将在水台架上实验获得的参数推广到钠流体。研制了同步测量棒位、流量、压力和温度的测量方法，设计并建造了全尺寸的液体悬浮式非能动停堆系统水实验台架，验证了液体悬浮式非能动停堆系统功能可满足事故下紧急停堆的响应时间要求，其可靠性符合在堆内长期使用的要求。研究了非能动停堆棒在反应堆启动、稳态运行和无保护失流事故时的动态特性。通过理论分析与实验研究，获得结构尺寸、运行参数等对液体悬浮式非能动停堆系统的影响规律和作用机理。在理论和测试的基础上，提出了几种更高效的液体悬浮式非能动停堆系统概念设计方案并进行了优化设计。基于RELAP5程序并嵌入实验得到的落棒时间和运行参数的关系式，开发了适用于钠冷快堆的系统安全分析程序，程序通过了EBR-II实验堆基准题验证与实验数据相符良好。使用该系统程序对BN-800大型池式钠冷快堆进行了全面的安全分析及相关技术方案评价，结果证明了该型堆发生无保护失流事故时无法在发生钠沸腾前自动停闭可能引发严重事故，而在配备了3套液体悬浮式非能动停堆系统后在发生无保护失流事故时只要能自动投入其中2套即可引入足够的负反应性并在钠温升高到危险限值前实现自动紧急停堆，说明停堆系统具有足够的冗余量，可有效增强反应堆的固有安全性。本项目的实施可为我国液体悬浮式非能动停堆系统设计和相关安全分析提供重要的理论依据和数据支撑，对于我国非能动停堆系统的自主研发具有重要意义。本项目执行期间发表SCI国际期刊论文12篇，EI论文3篇，获得授权国家发明专利7项，软件著作权3项。获国家技术发明二等奖1项(4/8),教育部技术发明奖一等奖1项(4/8)。