传统核能仿真系统一般采用基于物理机的分布式服务部署,存在资源利用率低、部署和扩展难度大等问题。本文结合云计算平台具有弹性资源调度、敏捷运维等优点,提出一种分层级、模块化的钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR...传统核能仿真系统一般采用基于物理机的分布式服务部署,存在资源利用率低、部署和扩展难度大等问题。本文结合云计算平台具有弹性资源调度、敏捷运维等优点,提出一种分层级、模块化的钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR)核能系统云仿真平台系统架构。通过搭建TMSR云仿真试验平台,验证基于开源云操作系统框架Open Stack构建TMSR云仿真平台的技术可行性。将分布式服务部署的固态燃料钍基熔盐实验堆(Thorium-based Molten Salt Experimental Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF1)工程仿真机各功能模块迁移到TMSR云仿真试验平台,实现基于云计算的服务部署,用户可通过Web端访问TMSR-SF1仿真服务。仿真运行测试结果表明:TMSR云仿真试验平台可在整个软件生命周期内敏捷、高效地为用户按需提供TMSR-SF1仿真资源,可实现仿真系统快速、灵活地部署和重构。展开更多
钍基熔盐固态仿真堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF0)的运行控制和安全保护功能分别由基于实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)的分布式控制系统和基于现场可编程逻...钍基熔盐固态仿真堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF0)的运行控制和安全保护功能分别由基于实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)的分布式控制系统和基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的保护系统独立实现。由于保护系统是为保障反应堆最终安全而设置的系统,是反应堆控制系统中最重要的组成部分,对于堆的安全运行非常重要。因此,如何将这两个系统整合起来并满足核电人因工程的规范要求是反应堆安全运行的必要条件。本文采用基于EPICS平台的S7plc驱动程序,通过对输入输出控制器(Input/Output Controller,IOC)的搭建、S7plc驱动配置、IOC实时数据库设计、人机界面开发及系统测试,实现控制系统与保护系统的整合并使之满足核电人因工程的要求;同时TMSR-SF0控制系统需要与保护系统串口设备实时通讯,准确、实时、稳定地读取并处理串口设备发送的数据,最终实现对保护系统数据的实时监控。经过运行测试表明,基于EPICS平台的S7plc驱动程序与保护系统自定义的通讯协议的通讯方案可作为TMSR-SF0控制系统和保护系统之间通讯的实施方案,能够满足TMSR-SF0控制系统要求的所有技术指标,并可为仪控行业中类似的通讯设计提供参考和借鉴。展开更多
出入控制系统是进入核能控制区域的屏障,本文介绍了基于EPICS软件包实现的钍基熔盐堆核能项目(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)放化控制区域出入控制系统的软件设计。通过新的设备驱动、数据库结构、软件接口和人机界面的开发,实现...出入控制系统是进入核能控制区域的屏障,本文介绍了基于EPICS软件包实现的钍基熔盐堆核能项目(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)放化控制区域出入控制系统的软件设计。通过新的设备驱动、数据库结构、软件接口和人机界面的开发,实现了该系统身份验证、污染报警、个人计量统计和事件记录等功能。使用EPICS软件包实现该系统,不仅可以降低成本,减少该系统对设备厂商的依赖性,最重要的是实现了TMSR实验堆项目仪控系统软件构架的统一。该系统软件开发已经过测试验收,证明其功能和可靠性均能满足设计要求,本文还对系统安全性方面的提高展开讨论。展开更多
10-MWt固态钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF)使用TRISO(Tri-structural isotropic)颗粒燃料元件,并采用熔融氟盐作为一回路冷却剂,附着在燃料元件上的熔盐有可能影响系统反应性。因此,需要分析在燃料...10-MWt固态钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF)使用TRISO(Tri-structural isotropic)颗粒燃料元件,并采用熔融氟盐作为一回路冷却剂,附着在燃料元件上的熔盐有可能影响系统反应性。因此,需要分析在燃料元件的贮存过程中熔盐附着燃料元件对贮存临界安全的影响。使用SCALE6.1的TRITON(Transport Rigor Implemented with Time-dependent Operation for Neutronic depletion)模块对TMSR-SF堆芯建模并进行燃耗计算,使用MCNP对乏燃料贮存系统进行临界计算。分别考虑熔盐浸渗球形燃料元件和熔盐包覆在球形燃料元件表面两种典型情况下,熔盐附着对贮存系统反应性的影响。针对乏燃料贮存系统,以浸渗最大量,即熔盐体积是石墨体积的13.9%为前提,临界计算结果表明,熔盐浸渗入石墨基体贮存系统的反应性比熔盐包覆在球形燃料元件表面的贮存系统的反应性要大5%;与没有熔盐附着的情况相比,有熔盐附着的情况下贮存系统反应性要大15%。对乏燃料贮存系统的临界安全分析可知,两种典型的熔盐附着模型对贮存系统的反应性存在一定的影响,但无论是熔盐浸渗还是包覆,贮存系统仍处于次临界,意味着贮存系统在正常工况下是安全的。展开更多
钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR)作为一种新的堆型,具有独特的安全与运行特性。研究其热工水力特性,对其进行瞬态分析,将有助于深刻理解该反应堆。本文介绍了1 GW固态熔盐堆的堆芯设计方案,并描述了用于瞬态分析的...钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR)作为一种新的堆型,具有独特的安全与运行特性。研究其热工水力特性,对其进行瞬态分析,将有助于深刻理解该反应堆。本文介绍了1 GW固态熔盐堆的堆芯设计方案,并描述了用于瞬态分析的详细程序结构。其中,利用RELAP5对其热工水力模型进行模拟;利用Simulink对其控制系统模型进行模拟。通过预期运行瞬态,例如功率降低、堆芯反应性引入、二回路温度变化等工况显示了其运行特性,并验证了控制系统可以使反应堆达到安全稳定状态,而不触发保护系统动作。展开更多
熔盐堆采用液态燃料,由于燃料的流动性,堆芯结构的变化会直接影响堆芯活性区的燃料盐装载量,从而影响堆芯物理特性参数。本文基于蒙特卡罗程序MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code),以2 MW液态燃料钍基熔盐堆(Thorium Molten Sa...熔盐堆采用液态燃料,由于燃料的流动性,堆芯结构的变化会直接影响堆芯活性区的燃料盐装载量,从而影响堆芯物理特性参数。本文基于蒙特卡罗程序MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code),以2 MW液态燃料钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel,TMSR-LF1)设计模型为参考,系统研究了套管破裂、石墨构件移动、石墨破损、燃料盐浸渗度等因素对堆芯反应性的影响。结果表明:对于堆芯套管破裂,堆芯引入正反应性,破裂位置离堆芯中心越近,引入的反应性越大;对于石墨构件移动,随着扇形石墨构件向外移动,堆芯反应性增加;对于堆芯石墨破损,破损发生后,原燃料盐流道被石墨堵住时,则堆芯反应性减小;对于堆芯石墨破损,破损发生后,新燃料盐流道形成时,当石墨破损半径较小时,堆芯反应性会增加,当石墨破损半径较大时,堆芯反应性会减小。对于堆芯石墨发生燃料盐浸渗,堆芯反应性增加,且燃料盐渗入量越大,反应性变化越大。本研究为2 MW TMSR-LF1安全分析提供参考依据。展开更多
Molten salt pebble bed reactor is one of the sixth-generation Ⅳ reactor types. To investigate the mechanical behavior of the fuel pebbles in the core, a visualization experiment facility of pebble bed(VEFPB) is desig...Molten salt pebble bed reactor is one of the sixth-generation Ⅳ reactor types. To investigate the mechanical behavior of the fuel pebbles in the core, a visualization experiment facility of pebble bed(VEFPB) is designed. To obtain a uniform flow field of the core and analyze the influence of the flow field on the structure of the pebble bed, computational fluid dynamics software Fluent is used to simulate the flow field distribution of the core of VEFPB. The simulation results show that the disturbance at the bottom of the pebble bed is proportional to the flow velocity of the inlet pipe, and the flow velocity close to the inlet side is more significant than that in other parts; the design of the cylinder bottom plate with holes of different sizes can effectively reduce the flow velocity and the disturbance at the bottom of the pebble bed. In addition,according to the velocity contours of the core of VEFPB, it is observed that the flow field distribution of the core is considerably uniform except at the bottom of the pebble bed. This ensures the stability of the pebble bed and verifies the rationality of the design of VEFPB. This study provides the technical support and reference for the flow field analysis of the core of molten salt pebble bed reactor.展开更多
反应性控制系统的设计是反应堆物理设计的主要内容之一。熔盐堆采用熔融的氟化盐混合物作为燃料,由于核燃料的特殊性,熔盐堆在反应堆设计方面与传统固体燃料反应堆有着较大区别。本文鉴于熔盐堆的特殊性,针对2MW液态燃料钍基熔盐堆(Thor...反应性控制系统的设计是反应堆物理设计的主要内容之一。熔盐堆采用熔融的氟化盐混合物作为燃料,由于核燃料的特殊性,熔盐堆在反应堆设计方面与传统固体燃料反应堆有着较大区别。本文鉴于熔盐堆的特殊性,针对2MW液态燃料钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel,TMSR-LF1),提出多种停堆方式,包括排燃料盐、套管中注中子毒物、改变燃料盐成分、改变堆芯石墨栅元数,并进行了计算分析。分析结果表明:往套管中注入中子毒物是在控制棒失效的情况下很好的替换停堆方式;燃料盐成分可调,是熔盐堆本身具有的特点,因此往燃料盐中添加BF3、LiF-BeF2-ZrF4、LiF-ThF4,是调节堆芯反应性很好的方式;改变石墨栅元数也可以使反应堆停堆。本研究分析可以为熔盐堆停堆方式提供技术储备和理论参考。展开更多
文摘传统核能仿真系统一般采用基于物理机的分布式服务部署,存在资源利用率低、部署和扩展难度大等问题。本文结合云计算平台具有弹性资源调度、敏捷运维等优点,提出一种分层级、模块化的钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR)核能系统云仿真平台系统架构。通过搭建TMSR云仿真试验平台,验证基于开源云操作系统框架Open Stack构建TMSR云仿真平台的技术可行性。将分布式服务部署的固态燃料钍基熔盐实验堆(Thorium-based Molten Salt Experimental Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF1)工程仿真机各功能模块迁移到TMSR云仿真试验平台,实现基于云计算的服务部署,用户可通过Web端访问TMSR-SF1仿真服务。仿真运行测试结果表明:TMSR云仿真试验平台可在整个软件生命周期内敏捷、高效地为用户按需提供TMSR-SF1仿真资源,可实现仿真系统快速、灵活地部署和重构。
文摘钍基熔盐固态仿真堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF0)的运行控制和安全保护功能分别由基于实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)的分布式控制系统和基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的保护系统独立实现。由于保护系统是为保障反应堆最终安全而设置的系统,是反应堆控制系统中最重要的组成部分,对于堆的安全运行非常重要。因此,如何将这两个系统整合起来并满足核电人因工程的规范要求是反应堆安全运行的必要条件。本文采用基于EPICS平台的S7plc驱动程序,通过对输入输出控制器(Input/Output Controller,IOC)的搭建、S7plc驱动配置、IOC实时数据库设计、人机界面开发及系统测试,实现控制系统与保护系统的整合并使之满足核电人因工程的要求;同时TMSR-SF0控制系统需要与保护系统串口设备实时通讯,准确、实时、稳定地读取并处理串口设备发送的数据,最终实现对保护系统数据的实时监控。经过运行测试表明,基于EPICS平台的S7plc驱动程序与保护系统自定义的通讯协议的通讯方案可作为TMSR-SF0控制系统和保护系统之间通讯的实施方案,能够满足TMSR-SF0控制系统要求的所有技术指标,并可为仪控行业中类似的通讯设计提供参考和借鉴。
文摘出入控制系统是进入核能控制区域的屏障,本文介绍了基于EPICS软件包实现的钍基熔盐堆核能项目(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)放化控制区域出入控制系统的软件设计。通过新的设备驱动、数据库结构、软件接口和人机界面的开发,实现了该系统身份验证、污染报警、个人计量统计和事件记录等功能。使用EPICS软件包实现该系统,不仅可以降低成本,减少该系统对设备厂商的依赖性,最重要的是实现了TMSR实验堆项目仪控系统软件构架的统一。该系统软件开发已经过测试验收,证明其功能和可靠性均能满足设计要求,本文还对系统安全性方面的提高展开讨论。
文摘10-MWt固态钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF)使用TRISO(Tri-structural isotropic)颗粒燃料元件,并采用熔融氟盐作为一回路冷却剂,附着在燃料元件上的熔盐有可能影响系统反应性。因此,需要分析在燃料元件的贮存过程中熔盐附着燃料元件对贮存临界安全的影响。使用SCALE6.1的TRITON(Transport Rigor Implemented with Time-dependent Operation for Neutronic depletion)模块对TMSR-SF堆芯建模并进行燃耗计算,使用MCNP对乏燃料贮存系统进行临界计算。分别考虑熔盐浸渗球形燃料元件和熔盐包覆在球形燃料元件表面两种典型情况下,熔盐附着对贮存系统反应性的影响。针对乏燃料贮存系统,以浸渗最大量,即熔盐体积是石墨体积的13.9%为前提,临界计算结果表明,熔盐浸渗入石墨基体贮存系统的反应性比熔盐包覆在球形燃料元件表面的贮存系统的反应性要大5%;与没有熔盐附着的情况相比,有熔盐附着的情况下贮存系统反应性要大15%。对乏燃料贮存系统的临界安全分析可知,两种典型的熔盐附着模型对贮存系统的反应性存在一定的影响,但无论是熔盐浸渗还是包覆,贮存系统仍处于次临界,意味着贮存系统在正常工况下是安全的。
文摘钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR)作为一种新的堆型,具有独特的安全与运行特性。研究其热工水力特性,对其进行瞬态分析,将有助于深刻理解该反应堆。本文介绍了1 GW固态熔盐堆的堆芯设计方案,并描述了用于瞬态分析的详细程序结构。其中,利用RELAP5对其热工水力模型进行模拟;利用Simulink对其控制系统模型进行模拟。通过预期运行瞬态,例如功率降低、堆芯反应性引入、二回路温度变化等工况显示了其运行特性,并验证了控制系统可以使反应堆达到安全稳定状态,而不触发保护系统动作。
文摘熔盐堆采用液态燃料,由于燃料的流动性,堆芯结构的变化会直接影响堆芯活性区的燃料盐装载量,从而影响堆芯物理特性参数。本文基于蒙特卡罗程序MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code),以2 MW液态燃料钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel,TMSR-LF1)设计模型为参考,系统研究了套管破裂、石墨构件移动、石墨破损、燃料盐浸渗度等因素对堆芯反应性的影响。结果表明:对于堆芯套管破裂,堆芯引入正反应性,破裂位置离堆芯中心越近,引入的反应性越大;对于石墨构件移动,随着扇形石墨构件向外移动,堆芯反应性增加;对于堆芯石墨破损,破损发生后,原燃料盐流道被石墨堵住时,则堆芯反应性减小;对于堆芯石墨破损,破损发生后,新燃料盐流道形成时,当石墨破损半径较小时,堆芯反应性会增加,当石墨破损半径较大时,堆芯反应性会减小。对于堆芯石墨发生燃料盐浸渗,堆芯反应性增加,且燃料盐渗入量越大,反应性变化越大。本研究为2 MW TMSR-LF1安全分析提供参考依据。
基金supported by the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(No.XD02010000)the Frontier Science Key Program of the Chinese Academy of Sciences(No.QYZDY-SSW-JSC016)
文摘Molten salt pebble bed reactor is one of the sixth-generation Ⅳ reactor types. To investigate the mechanical behavior of the fuel pebbles in the core, a visualization experiment facility of pebble bed(VEFPB) is designed. To obtain a uniform flow field of the core and analyze the influence of the flow field on the structure of the pebble bed, computational fluid dynamics software Fluent is used to simulate the flow field distribution of the core of VEFPB. The simulation results show that the disturbance at the bottom of the pebble bed is proportional to the flow velocity of the inlet pipe, and the flow velocity close to the inlet side is more significant than that in other parts; the design of the cylinder bottom plate with holes of different sizes can effectively reduce the flow velocity and the disturbance at the bottom of the pebble bed. In addition,according to the velocity contours of the core of VEFPB, it is observed that the flow field distribution of the core is considerably uniform except at the bottom of the pebble bed. This ensures the stability of the pebble bed and verifies the rationality of the design of VEFPB. This study provides the technical support and reference for the flow field analysis of the core of molten salt pebble bed reactor.
文摘反应性控制系统的设计是反应堆物理设计的主要内容之一。熔盐堆采用熔融的氟化盐混合物作为燃料,由于核燃料的特殊性,熔盐堆在反应堆设计方面与传统固体燃料反应堆有着较大区别。本文鉴于熔盐堆的特殊性,针对2MW液态燃料钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel,TMSR-LF1),提出多种停堆方式,包括排燃料盐、套管中注中子毒物、改变燃料盐成分、改变堆芯石墨栅元数,并进行了计算分析。分析结果表明:往套管中注入中子毒物是在控制棒失效的情况下很好的替换停堆方式;燃料盐成分可调,是熔盐堆本身具有的特点,因此往燃料盐中添加BF3、LiF-BeF2-ZrF4、LiF-ThF4,是调节堆芯反应性很好的方式;改变石墨栅元数也可以使反应堆停堆。本研究分析可以为熔盐堆停堆方式提供技术储备和理论参考。
