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绪论1

第一篇 压水堆核电站的核燃料管理5

第1章　核燃料循环7

1.1 核燃料循环的前端7

1.1.1　铀的开采和提炼7

1.1.2　铀的转化8

1.1.3　铀的浓缩8

1.1.4　核燃料的制造9

1.1.5　核燃料前段产生的废物9

1.2　核燃料循环的中段（运行中的燃料）11

1.3　核燃料循环的后端12

1.3.1 乏燃料的运输和中间储存12

1.3.2　后处理及废物管理12

1.3.3　乏燃料的封装13

1.3.4　废物的最终处置13

1.3.5　钚及铀的再循环14

1.4　CANDU型重水堆燃料循环14

第2章　压水堆核电站的核燃料管理实例16

2.1　美国压水堆核电站的基本情况及核燃料管理16

2.2　法国压水堆核电站的核燃料管理17

2.2.1　法国的核电站17

2.2.2　法国的核燃料20

2.2.3　法国核电站堆内燃料管理22

2.3　南非核电站的核燃料管理27

2.3.1　南非的核电站27

2.3.2　南非的核燃料管理27

2.4　比利时核电站及燃料管理28

2.5　韩国压水堆核电站及核燃料管理30

2.6 日本的核电站及核燃料管理32

2.6.1　日本核电站概况32

2.6.2 日本核电站的运行35

2.6.3 日本的核燃料工业36

2.6.4 日本的核燃料管理36

2.7 中国台湾省压水堆核电站的核燃料管理37

第3章　压水堆核电站的核燃料管理原理与方法39

3.1　核燃料管理的过程39

3.1.1　浓缩铀和零部件采购39

3.1.2　燃料组件的采购39

3.1.3　燃料组件制造39

3.1.4　换料设计39

3.1.5　堆芯核燃料起运与装载40

3.2　换料堆芯设计过程、内容与方法40

3.2.1　燃料管理设计概述40

3.2.2　换料设计过程41

3.2.3　堆芯核设计42

3.2.4　堆芯热工水力设计53

3.3　换料安全评价方法65

3.3.1　概述65

3.3.2　通用关键安全参数67

3.3.3　堆芯功率能力验证68

3.3.4　特定事故关键安全参数73

3.3.5　参数超限后的再评价和再分析78

3.3.6　换料安全分析检查表78

第4章　大亚湾核电站的燃料管理79

4.1 核燃料供应国产化和核燃料管理国内自主化79

4.1.1　概述79

4.1.2　核燃料组件供应国产化81

4.1.3　燃料管理国内自主化83

4.2　大亚湾核电站的燃料管理改进86

4.2.1　功率象限倾斜抑制86

4.2.2　安注浓硼系统改进94

4.2.3　提高燃料富集度102

4.3　18个月换料模式108

4.3.1　可行性研究108

4.3.2　18个月换料必须采用的新设计技术和新燃料组件113

4.3.3　新燃料组件选则和使用要求113

4.3.4　AFA-3G燃料组件114

4.3.5　18个月换料燃料管理方案的确定116

4.3.6　堆芯核设计和功率能力分析121

4.3.7　关键安全参数124

4.3.8 WRB-A和FC-2000 CHF关系式127

4.3.9 用统计法（MSG）确定DNBR设计限值137

4.3.10 DRM和LOCA分析146

4.3.11　事故分析及安全裕量152

4.3.12　PCI分析156

4.3.13　长期低功率运行模式181

4.3.14　提高核燃料的燃耗限值184

4.3.15　高燃耗下的弹棒事故分析185

4.3.16　运行图和保护图190

4.4　延伸运行模式192

4.4.1　延伸运行的概述192

4.4.2　延伸运行的目的192

4.4.3　延伸运行的原理193

4.4.4　延伸运行的特点、物理现象和限制条件193

4.4.5　延伸运行的安全分析基础194

4.4.6　延伸运行期间修改的参数196

4.4.7　延伸运行实施的准备198

4.4.8　延伸运行的实施200

4.4.9　延伸运行的验证和评价201

4.4.10　结论207

4.5　P+3先导组件项目207

4.5.1 背景207

4.5.2 引进Performance+3先导组件的目的208

4.5.3　Performance+3的主要特点和技术评价208

4.5.4　大亚湾核电站引入P＋先导组件实施方案213

4.5.5　风险评价214

4.5.6　结论及总体进度219

4.6　24个月换料模式219

第5章　岭澳核电站的核燃料管理220

5.1　混合堆芯和提高燃料富集度220

5.1.1　岭澳核电站投产初期燃料管理基本特点220

5.1.2　岭澳核电站第二循环以后燃料管理面临的问题220

5.1.3 岭澳核电站混合核燃料堆芯与提升燃料富集度项目论证221

5.1.4　项目的实施225

5.1.5　经济性分析225

5.1.6　结论225

5.2　换料设计经验226

5.2.1　象限功率倾斜超差及对策226

5.2.2　1号机组第三循环换料设计改进227

5.3　延伸运行228

5.3.1　背景228

5.3.2　项目分析论证229

5.3.3　仪表与控制准备229

5.3.4　运行准备229

5.3.5　执照申请230

5.3.6　其他方面230

5.4　先进燃料管理230

5.4.1 背景与目的230

5.4.2　岭澳核电站先进燃料管理的策略231

5.4.3　燃料管理改进的重要前提条件232

5.4.4　岭澳核电站先进燃料管理过渡的特点232

5.4.5　岭澳核电站先进燃料管理的策略分析233

5.4.6 岭澳核电站先进燃料管理采用的新技术、新程序和全M5 AFA-3G评价236

5.4.7　岭澳核电站先进燃料管理的经济分析246

5.4.8　岭澳核电站先进燃料管理最终策略的综合分析248

5.4.9　岭澳核电站1/4年度换料的燃料管理计算的分析253

5.4.10　结论256

5.5　岭澳二期核电站的燃料管理改进259

5.5.1　大亚湾核电站和岭澳核电站的经验反馈259

5.5.2　模拟堆芯设计和安全裕量评价261

第二篇 压水堆核电站的核燃料组件的生产273

第6章　UF6的转换和UO2粉末的制造275

6.1 ADU工艺275

6.1.1　UF6的汽化和水解275

6.1.2 ADU沉淀276

6.1.3　ADU浆体的过滤、洗涤和干燥276

6.1.4 ADU的热解、还原、脱氟276

6.1.5 UO2粉末稳定化、筛分和均匀化276

6.1.6　返料UO2粉末制备277

6.2　IDR工艺278

6.3　AUC工艺278

6.4　UO2粉末的重要性能参数279

第7章　UO2芯块的制造280

7.1　UO2芯块的主要工艺280

7.2　陶瓷UO2芯块280

7.2.1　混料281

7.2.2　制粒281

7.2.3　压制生坯芯块282

7.2.4　烧结282

7.2.5　磨削283

7.2.6　外观检查283

7.3　含钆UO2芯块284

7.3.1 含钆UO2芯块的主要用途284

7.3.2　含钆UO2芯块的生产工艺284

第8章　燃料组件的零部件及其加工285

8.1　上管座部件285

8.2　下管座部件286

8.3　定位格架286

8.3.1　双金属格架288

8.3.2　跨间搅混格架291

8.3.3　镍基合金格架292

第9章　燃料棒的制造294

9.1　概述294

9.2　UO2芯块燃料棒294

9.2.1　燃料棒标识294

9.2.2　零部件清洗295

9.2.3　下端塞的环焊295

9.2.4　下端塞环焊缝X射线检查298

9.2.5　填装UO2芯块、压紧弹簧299

9.2.6　上端塞的环焊和堵孔焊300

9.2.7 上端塞环焊缝及堵孔焊点X射线检查302

9.2.8　燃料棒的无损检查302

9.2.9　燃料棒的最终尺寸、外观检查303

9.2.10　燃料棒的搬运和储存304

9.3　含钆UO2芯块燃料棒304

第10章　燃料组件组装306

10.1　导向管部件组装焊接306

10.1.1　焊端塞306

10.1.2　焊套管307

10.1.3　导向管部件检查307

10.1.4　导向管部件分组308

10.1.5 AFA-3G导向管部件308

10.2　骨架组焊309

10.2.1　工艺过程简介309

10.2.2　骨架检验311

10.2.3 AFA-3G燃料组件骨架312

10.3　燃料盒中预装燃料棒312

10.4　燃料组件组装312

10.4.1　组装前的准备312

10.4.2　组装燃料棒313

10.5　燃料组件清洗313

10.6　燃料组件检查313

10.6.1　组装过程中的检查313

10.6.2　燃料组件最终检查314

第11章　燃料组件吊运、储存与运输317

11.1　燃料组件吊运317

11.1.1　操作中的规定317

11.1.2　对操作燃料组件的要求317

11.1.3　操作中的一般注意事项318

11.2　燃料组件储存319

11.3　燃料组件运输319

第三篇　压水堆核电站的核燃料运行323

第12章　国外压水堆核电站的核燃料运行325

12.1　法国核燃料的运行325

12.2　美国核燃料的运行326

12.3　典型燃料事件326

12.3.1　控制棒下插异常326

12.3.2　燃料棒流致振动磨损问题326

12.3.3　腐蚀产物在燃料棒上沉积引起的问题334

12.3.4　匈牙利燃料组件化学清洗破损事件339

12.3.5　法国Dampierre 4机组装错燃料事件及其后果分析343

12.3.6 比利时TIHANGE 1 AFA-2GE燃料破损事件355

12.4 WANO和INPO的经验反馈355

12.4.1　设计变更管理355

12.4.2　水化学规范356

12.4.3　和供应商的关系356

12.4.4　预测不足357

12.5　燃料包壳完整性的评价方法357

12.5.1　燃料包壳完整性评价概述357

12.5.2　燃料包壳完整性评价方法357

12.5.3　燃料包壳破损原因分析362

12.5.4　破损燃料组件处理政策363

12.5.5　燃料破损行动计划364

第13章　大亚湾核电站的核燃料运行370

13.1　核燃料运行概况370

13.2　大亚湾核电站1号机组燃料组件使用情况371

13.3　燃料破损及其检查372

13.3.1　在线啜漏试验372

13.3.2　离线啜漏试验372

13.3.3　1号机组第十循环燃料组件破损373

13.4　燃料组件装卸过程摩擦事件374

13.4.1 事件过程374

13.4.2　事件分析375

13.4.3　对安全的影响376

13.5　燃料组件YQ00X9严重变形事件376

13.5.1 事件过程376

13.5.2　初步应力释放376

13.5.3　变形组件处理方案376

13.6　燃料组件外观与变形检查380

13.6.1 AFA-2G燃料组件检查380

13.6.2 AFA-3G先导组件检查380

13.7　大亚湾核电站YQ010G跌落燃料组件检查382

13.8　功率象限倾斜386

13.8.1　功率象限倾斜的现象386

13.8.2　象限功率倾斜超差风险388

13.8.3　功率象限倾斜的运行规定388

13.8.4　发生象限功率倾斜的主要原因390

13.8.5　象限功率倾斜的处理及抑制方法390

13.8.6　经验反馈391

13.9　轴向功率偏差及其控制391

13.9.1 引言391

13.9.2 降功率期间影响△Ⅰ的原因392

13.9.3 降功率期间△Ⅰ控制策略以及模拟计算396

13.9.4 岭澳核电站U2C2循环初轴向功率偏差的模拟398

13.9.5　结论400

13.10　慢化剂温度系数及其对运行的影响400

13.10.1 岭澳核电站U2C2循环初启动期间慢化剂温度系数为正的处理400

13.10.2 岭澳核电站U1C3的正慢化剂温度系数问题401

13.11　启动物理试验结果及其偏差分析402

13.11.1　控制棒价值偏差分析402

13.11.2　经验反馈403

13.12　堆芯出口热电偶温度指示超差403

13.12.1　背景403

13.12.2　对安全的影响404

13.12.3　原因分析及结果404

13.12.4　短期问题的解决405

13.12.5　长期问题的解决407

13.12.6　经验反馈407

13.12.7　关于计算的合理性408

13.13　启动物理试验核功率与热功率过大偏差408

13.13.1　大亚湾核电站U2C10在30%FP试验台阶功率偏差的运行事件408

13.14　初始燃料循环硼浓度过高及水化学问题409

13.14.1 U2C11的换料设计特点409

13.14.2　一回路水化学技术导则的要求410

13.14.3　启动物理试验中的控制410

13.14.4　U2C11换料设计410

13.14.5 U2C11水化学参数超出技术规范的讨论411

13.14.6　改进行动412

13.14.7　结论412

13.15　紧急换料设计412

13.15.1　U2C3紧急换料设计412

13.15.2　U2C11紧急换料设计412

13.15.3　U1C11紧急换料设计预案414

13.16　落棒时间超差415

13.16.1 18个月换料落棒时间超差事件415

13.16.2　国外经验415

13.16.3　DNMC对大亚湾核电站落棒事件风险分析417

13.16.4　行动对策417

13.17　延伸运行的实施418

13.17.1　首次延伸运行418

13.17.2　第二次延伸运行418

第14章　岭澳核电站的核燃料运行420

14.1　核燃料运行事件420

14.1.1　岭澳核电站1号机组第二次大修燃料摩擦事件420

14.1.2　岭澳核电站1号机组燃料组件外观及变形检查422

14.2　混合堆芯及提高核燃料富集度运行424

14.2.1 背景424

14.2.2 岭澳核电站混合核燃料堆芯与提升燃料富集度项目论证425

14.2.3　项目的执照申请427

14.2.4　项目的现场实施427

14.2.5　改进后鉴定试验结果评述428

14.2.6　结论431

14.3　岭澳核电站先进燃料管理（1/4换料）运行432

14.3.1　总体情况432

14.3.2　岭澳核电站1号机组第六循环运行432

14.3.3　岭澳核电站2号机组第六循环运行433

14.3.4　岭澳核电站1号机组第七循环运行434

参考文献434

致谢437