【正文】 由金屬和水發(fā)生反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的氫。(見(jiàn)安全導(dǎo)則HAD102/06《核電廠反應(yīng)堆安全殼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》)。根據(jù)分析可以制定出運(yùn)行限制，以確保燃料滿足設(shè)計(jì)限值。所采用的分析方法應(yīng)盡可能經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)于瞬態(tài)特性的分析，特別是較嚴(yán)重的瞬態(tài)特性的分析，可能沒(méi)有直接適用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。在這些情況下，為證實(shí)分析方法的正確性，可以用不同計(jì)算模型和程序所得的結(jié)果進(jìn)行比較，但先決條件是，這些模型和程序己用不嚴(yán)重的瞬變驗(yàn)證過(guò)。4鑒定和試驗(yàn)人執(zhí)行，并非設(shè)備執(zhí)行一原則必須在堆芯結(jié)構(gòu)和部件的整個(gè)壽期內(nèi)自始至終執(zhí)行為堆芯設(shè)計(jì)所確定的安全原則，采用下列原則可以達(dá)到這一目標(biāo)。設(shè)備鑒定必須制定鑒定大綱，以證實(shí)反應(yīng)堆堆芯設(shè)備具有在有關(guān)時(shí)期內(nèi)處于所規(guī)定環(huán)境條件下（例如壓力、溫度、輻照、機(jī)械載荷、振動(dòng)），能滿足相應(yīng)的功能和安全要求的能力。這些環(huán)境條件必須包括正常運(yùn)行、預(yù)計(jì)運(yùn)行事件和事故工況期間所預(yù)計(jì)到的變化。某些假設(shè)始發(fā)事件的特征會(huì)使有些項(xiàng)目的調(diào)試和周期性試驗(yàn)無(wú)法按實(shí)際情況進(jìn)行。這些調(diào)試和試驗(yàn)將證實(shí)某設(shè)備在要求其工作時(shí)（例如地震時(shí)）能執(zhí)行其安全功能。對(duì)于這種設(shè)備，必須預(yù)定一個(gè)合適的鑒定大綱，并在安裝前付諸實(shí)施。鑒定方法包括：（1）在所提供的設(shè)備中選一個(gè)有代表性的設(shè)備進(jìn)行樣機(jī)試驗(yàn)；（2）對(duì)提供的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)；（3）利用過(guò)去有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)；（4）根據(jù)可得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或其外推值進(jìn)行分析；（5）以上方法任一組合。檢查和試驗(yàn)的措施根據(jù)《規(guī)定》，安全上重要的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的設(shè)計(jì)必須便于在其壽期內(nèi)對(duì)其功能能力進(jìn)行試驗(yàn)、檢查或監(jiān)測(cè)，且廠區(qū)人員不致于因此受過(guò)量的照射。設(shè)計(jì)中必須對(duì)在役試驗(yàn)和檢查制定措施，以保證堆芯組件和反應(yīng)性控制及停堆系統(tǒng)設(shè)備在其壽期內(nèi)能滿足預(yù)期的功能要求，對(duì)在役檢查的目的和方法的較詳細(xì)論述見(jiàn)安全導(dǎo)則HAD103/07《核電廠在役檢查》。有關(guān)在役監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)的指導(dǎo)和建議見(jiàn)安全導(dǎo)則HAD103/09《核電廠安全重要物項(xiàng)的監(jiān)督》。對(duì)于反應(yīng)性控制系統(tǒng)，還必須應(yīng)當(dāng)注意HAD102/10和HAD102/14的規(guī)定。在某些反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中（例如輕水堆），應(yīng)為燃料組件設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)特的系統(tǒng)，以便能鑒別每一燃料組件及其在堆芯中的方位。為了在每一燃料組件裝入堆芯前檢測(cè)出可能由運(yùn)輸造成的損傷，必須有相應(yīng)的檢查措施。5設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的質(zhì)量保證為反應(yīng)堆堆芯的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行制定并實(shí)施良好的質(zhì)量保證措施對(duì)核電廠的安全運(yùn)行極為重要。HAF003《核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定》和其他有關(guān)的安全導(dǎo)則對(duì)此提供更全面的資料。名詞解釋下列術(shù)語(yǔ)用于本導(dǎo)則，其他術(shù)語(yǔ)可見(jiàn)《規(guī)定》中的名詞解釋。鼓脹燃料元件內(nèi)壓力過(guò)高引起的后果，此壓力過(guò)高使包殼所受應(yīng)力超過(guò)它的彈性極限，并引起包殼過(guò)度膨脹?？扇级疚镉糜诳刂品磻?yīng)性的中子吸收材料，具有吸收中子而自身貧化的特殊能力。包殼（材料）直接用于核燃料的外層材料，或用于保護(hù)燃料不與周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并容納輻照產(chǎn)生的放射性產(chǎn)物的其它材料。包殼還能作為支承結(jié)構(gòu)（1）。燃料組件在反應(yīng)堆堆芯裝料和卸料過(guò)程中不拆開(kāi)的一組燃料元件。燃料元件在反應(yīng)堆中以燃料為主要成分，在結(jié)構(gòu)上可獨(dú)立的最小單元。反應(yīng)性表明鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)介質(zhì)偏離臨界狀態(tài)的參數(shù)P，正值表示超臨界狀態(tài)而負(fù)值則表示次臨界狀態(tài)。定量的表示：式中，Keff是有效倍增系數(shù)，反應(yīng)性可用許多不同的單位來(lái)表示，諸如元、分、倒時(shí)數(shù)、奈耳（）和pcm（105）。安全系統(tǒng)安全重要的系統(tǒng)，用于在任何情況下保證反應(yīng)堆的安全停堆、從堆芯排出熱量、和（或）限制預(yù)計(jì)運(yùn)行事件和事故工況的后果（2）。（1）本導(dǎo)則中，包殼由燃料外面的管子和兩頭的端塞組成，也作為支承結(jié)構(gòu)。（2）安全系統(tǒng)由保護(hù)系統(tǒng)，安全執(zhí)行系統(tǒng)和安全系統(tǒng)輔助設(shè)施所組成，安全系統(tǒng)中的部件可以只執(zhí)行安全功能，也可以在某些運(yùn)行工況下執(zhí)行安全功能而在另外一些運(yùn)行工況下執(zhí)行非安全功能。附錄I反應(yīng)性系數(shù)在任何瞬態(tài)工況下，反應(yīng)堆行為的一個(gè)重要特征是瞬態(tài)過(guò)程變化率。這一變化率取決于本附錄所考慮的各種核性能，所有反應(yīng)性系數(shù)和引起瞬態(tài)工況的那些參數(shù)變化率的綜合效應(yīng)決定瞬態(tài)的嚴(yán)重程度。一些重要系數(shù)為：——燃料的反應(yīng)性溫度系數(shù)；——冷卻劑的反應(yīng)性溫度系數(shù)；——慢化劑的反應(yīng)性系數(shù)；——冷卻劑密度的反應(yīng)性系數(shù)；——緩發(fā)中子份額；——瞬發(fā)中子壽命；——功率再分布效應(yīng)。反應(yīng)性功率系數(shù)是上列系數(shù)中前四個(gè)系數(shù)的組合數(shù)。反應(yīng)堆的瞬態(tài)行為取決于反應(yīng)堆的類型和設(shè)計(jì)。例如在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，加壓重水堆冷卻劑密度的降低，沸水堆冷卻劑氣泡的消失，或壓水堆冷卻劑溫度的降低都會(huì)引起反應(yīng)性瞬變。各種反應(yīng)性系數(shù)的正負(fù)號(hào)隨堆型而變化。對(duì)安全的影響在很大程度上取決于反應(yīng)堆的類型。（+）或降低（—）。反應(yīng)性系數(shù)參數(shù)反應(yīng)性系數(shù)壓水堆沸水堆改進(jìn)型氣冷堆加壓重水堆壓力管型壓力容器型冷卻劑溫度——~0++冷卻劑密度++~0——慢化劑溫度——+~0—燃料溫度—————功率———~0~0附錄II芯塊—包殼相互作用鋯合金包殼對(duì)于以鋯合金為包殼的燃料，應(yīng)考慮芯塊—包殼的相互作用（即在有腐蝕介質(zhì)的情況下，芯塊膨脹并使包殼產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂）。以鋯合金為包殼的燃料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂需具備下列所有條件：——很可能由于芯塊膨脹時(shí)裂口引起的均勻的或局部的張應(yīng)力過(guò)高；——對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性；——一定濃度的腐蝕性介質(zhì)，可能為碘、鎘、銫，或其他裂變產(chǎn)物；——較長(zhǎng)時(shí)間的輻照。當(dāng)燃料經(jīng)受足夠的輻照以后產(chǎn)生了腐蝕性裂變產(chǎn)物，包殼又因快中子照射或其他因素使對(duì)腐蝕開(kāi)裂的敏感性提高時(shí)，燃料就會(huì)發(fā)生破損。在某些運(yùn)行工況下，如果燃料功率迅速提高到高功率水平，燃料就有可能破損，因?yàn)樾緣K膨脹會(huì)使包殼產(chǎn)生高的張應(yīng)力。為了避免應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂造成的破損，可以考慮多種不同的方法，例如：——在芯塊和包殼交界面加上一層潤(rùn)滑劑可以降低局部應(yīng)力；——采用其他方法降低張應(yīng)力，如功率的慢變化或燃料元件內(nèi)預(yù)加壓；——在包殼內(nèi)表面設(shè)置裂變產(chǎn)物屏障；——用添加劑吸收裂變產(chǎn)物；——功率提升速率控制在較低的限值內(nèi)；——恰當(dāng)?shù)亩研菊w設(shè)計(jì)以降低局部功率峰值；——降低燃料的線性熱功率。這樣，設(shè)計(jì)人員可有多種可行的方法來(lái)避免應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂?，F(xiàn)在已有了一個(gè)基于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、原型堆試驗(yàn)和堆外試驗(yàn)的相當(dāng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)；然而，對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象還未完全了解。所以，在目前，燃料元件的設(shè)計(jì)中需要作廣泛的判斷并利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)或?qū)υ腿剂线M(jìn)行試驗(yàn)，以證實(shí)燃料具有足以防止由這種機(jī)理引起破損的性能。為盡量減少芯塊—包殼相互作用引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的可能性，應(yīng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用所建議的方法或合適的運(yùn)行規(guī)程。鋼包殼對(duì)于改進(jìn)型氣冷堆燃料棒包殼，需要加以考慮的芯塊—包殼相互作用的機(jī)理是包殼的塑性應(yīng)變，使其失去韌性，因?yàn)闊嶂凶优c鋼包殼中的硼和鎳的作用會(huì)使包殼韌性降低，并在晶粒邊界上生成氦氣氣泡，所以這個(gè)問(wèn)題很重要。反應(yīng)堆功率運(yùn)行時(shí)不銹鋼包殼會(huì)發(fā)生熱蠕變變形那樣的塑性變形，而在反應(yīng)堆停堆過(guò)程中，則會(huì)發(fā)生屈服變形那樣的塑性變形。這是因?yàn)椴讳P鋼的熱膨脹系數(shù)大干燃料芯塊的系數(shù)，并且包殼運(yùn)行溫度與功率有密切關(guān)系，反復(fù)的功率循環(huán)會(huì)產(chǎn)生使包殼塑性變形逐漸增加“棘輪效應(yīng)”而在另一方面，燃料元件功率的一次劇增可能會(huì)引起包殼足夠大的變形而破損。采用空心燃料芯塊并仔細(xì)控制包殼溫度變化以盡量減少膨脹和收縮的差，有助于限制由徑向應(yīng)變引起的芯塊—包殼間相互作用造成的包殼破損。停堆時(shí)的軸向應(yīng)變差，可通過(guò)在某些芯塊圓周方向上的“防堆垛”槽加以控制。在運(yùn)行前，采用受控坍塌使包殼緊貼在燃料芯塊上預(yù)先確定的軸向位置并防止芯塊之間間隙的形成，否則這間隙會(huì)大到足以發(fā)生不可接受的包殼坍塌。因?yàn)樵谌剂显目傞L(zhǎng)度上還會(huì)產(chǎn)生永久的變形，所以必須適當(dāng)考慮以便防止“防堆垛”槽和燃料元件支承格架之間產(chǎn)生不能接受的相互作用。附錄III設(shè)計(jì)中對(duì)堆芯管理方面的考慮功率整形用于特定堆型的燃料循環(huán)方案是多種多樣的，其目的是在有關(guān)的設(shè)計(jì)限制內(nèi)，使燃料得到最有效的利用，某些因素對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和規(guī)定功率峰值與平均值之比是很重要的。它們對(duì)整個(gè)壽期的功率史和溫度史亦有影響。這些因素是：（1）徑向功率整形，采用下列方法的組合可以展平徑向功率分布：——反應(yīng)性控制裝置的徑向布置；——反應(yīng)性控制裝置的相對(duì)位移；——燃料富集度或燃耗的徑向變化；——燃料組件在堆芯工作期內(nèi)的徑向移位；——含有可燃毒物元件的燃料組件的徑向布置。（2）各燃料組件類相互間的差別，這種差別主要和組件所受輻照有關(guān)，采用下述方法可以減少這種差別：——在燃料組件內(nèi)放置可燃毒物；—按照反應(yīng)性控制裝置的位置，以棋盤式布置不同富集度的燃料組件；——選擇換料程序，尤其對(duì)帶負(fù)荷換料的反應(yīng)堆要選擇合適的換料程序。（3）軸向功率整形，雖然反應(yīng)性控制手段主更用于控制堆芯反應(yīng)性和徑向功率分布，但有時(shí)候也用來(lái)限制軸向功率峰值或包殼溫度，燃料富集度或可燃毒物的含量可用于軸向功率整形。（4）燃料組件內(nèi)的變化，燃料組件中燃料元件之間的富集度或可燃毒物不同可使燃料組件在其使用壽期內(nèi)比功率變化達(dá)到最佳值。在使用富集鈾的反應(yīng)堆中，卸料燃耗深度的最大允許值應(yīng)根據(jù)燃料元件完整性的工程性評(píng)價(jià)選擇。這一評(píng)價(jià)系基于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)回路中的燃料元件性能以及對(duì)預(yù)期的燃料循環(huán)所造成的可能的燃料壽命史的考慮。在帶負(fù)荷換料的天然鈾反應(yīng)堆中，卸料的燃耗深度取決于堆芯尺寸和設(shè)計(jì)，以及為換料和負(fù)荷變化的靈活性所儲(chǔ)備的反應(yīng)性，它還因采用的燃料管理方案在徑向有所不同。應(yīng)該所采用的燃料循環(huán)作出燃料錯(cuò)裝所造成后果的評(píng)價(jià)，并且定出必要的補(bǔ)救措施。堆芯反應(yīng)性水平和停堆為了適應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)堆控制、功率整形和使反應(yīng)堆從低功率或停堆狀態(tài)重新提升到滿功率的要求，堆芯反應(yīng)性需要大于正常滿功率臨界狀態(tài)所需要的反應(yīng)性。進(jìn)行上述功率重新提升，需要有補(bǔ)償氙中毒的能力。富集燃料的反應(yīng)堆中，燃料應(yīng)具有足夠高的富集度使在所設(shè)計(jì)燃料循環(huán)中的所有時(shí)間內(nèi)都能達(dá)到滿功率運(yùn)行。在某些情況下，例如廷長(zhǎng)燃料循環(huán)直到下一次換料，有可能達(dá)不到滿功率。天然鈾反應(yīng)堆中，為了在所有工況下都能補(bǔ)償氙中毒而在堆芯備有很大的過(guò)剩反應(yīng)性是不經(jīng)濟(jì)的。因此，可用增益棒或調(diào)節(jié)棒補(bǔ)償停堆后短時(shí)間的氙中毒。帶負(fù)荷換料的天然鈾反應(yīng)堆中，其初始堆芯應(yīng)具有過(guò)剩反應(yīng)性，直到燃料在堆芯的平均燃耗深度達(dá)到平衡換料工況下平均卸料燃耗深度的一半為止?？梢圆捎秘毣櫲剂?，將硼或釓溶于慢化劑中或綜合采用這些方法來(lái)補(bǔ)償過(guò)剩反應(yīng)性。采用何種富集燃料且分批換料的反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)中必須定出相鄰兩次換料之間的最大反應(yīng)性狀態(tài)，并考慮到燃料循環(huán)期間整個(gè)堆芯燃料富集度的變化。任何堆型的停堆系統(tǒng)都必須按反應(yīng)堆處于最大反應(yīng)性狀態(tài)時(shí)，能使反應(yīng)堆停堆并以一定的停堆深度將反應(yīng)堆保持在停堆狀態(tài)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。附錄IV影響堆芯設(shè)計(jì)的假設(shè)始發(fā)事件的實(shí)例影響堆芯設(shè)計(jì)的假設(shè)始發(fā)事件的實(shí)例有：異常電氣工況：——失去廠外電源；——失去電力負(fù)荷。部件功能異常：——反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)意外降溫；——反應(yīng)堆控制或停堆裝置意外抽出；——慢化劑/冷卻劑系統(tǒng)中硼濃度的意外減少；——誤停堆；——主冷卻劑泵停泵，包括泵軸卡?。弧磻?yīng)性控制裝置或停堆裝置彈出；——給水管道破裂；——蒸汽管道破裂；——反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)管道破裂；——反應(yīng)堆冷卻劑流量的意外增減；——蒸汽管道隔離；——給水系統(tǒng)功能異常；——反應(yīng)堆冷卻劑壓力降低；——反應(yīng)堆冷卻劑壓力升高；——換料期間的異常狀態(tài)。外部事件： ——地震； ——爆炸； ——飛機(jī)墜毀。對(duì)于假設(shè)始發(fā)事件的更詳細(xì)的討論，參見(jiàn)HAD102/。 37 / 37