【摘 要】
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2011年日本福岛核事故后,全球掀起了对耐事故燃料的研究热潮,人们希望找到一种更安全、更可靠的燃料包壳系统来取代传统的轻水反应堆UO2-Zr系统。与UO2燃料相比,耐事故燃料往往具有更高的导热系数和熔点,有利于快速散热和提高燃料熔融裕度,而且部分耐事故燃料拥有比UO2燃料更稳定的废料形式。此外,由于碳化硅（SiC）具有耐腐蚀、高强度、高熔点、辐照稳定性好、良好的抗蠕变性等优良特性且不存在与冷却水和
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2011年日本福岛核事故后,全球掀起了对耐事故燃料的研究热潮,人们希望找到一种更安全、更可靠的燃料包壳系统来取代传统的轻水反应堆UO2-Zr系统。与UO2燃料相比,耐事故燃料往往具有更高的导热系数和熔点,有利于快速散热和提高燃料熔融裕度,而且部分耐事故燃料拥有比UO2燃料更稳定的废料形式。此外,由于碳化硅（SiC）具有耐腐蚀、高强度、高熔点、辐照稳定性好、良好的抗蠕变性等优良特性且不存在与冷却水和氢在高温下发生反应的问题,碳化硅被认为是替代现有锆合金包壳的潜在选择。本文基于燃料性能分析程序FRAPCON、FRAPTRAN和CAMPUS,构建了钍基混合氧化物燃料,UO2-Be O复合燃料和SiC包壳的热力学行为多物理场模型。对七种不同的燃料包壳组合,其中包括两种钍基混合氧化物燃料(Th0.923Pu0.077O2燃料和Th0.923U0.077O2燃料)、UO2-Be O复合燃料、传统UO2燃料和三种包壳材料（Zr、双层SiC包壳及外镀Cr涂层的SiC包壳）在压水堆正常运行和瞬态事故（RIA和LOCA）工况下的燃料性能进行了模拟计算和分析比较。研究发现,耐事故燃料替代UO2燃料可以提高燃料系统在各种工况下的性能。在反应堆正常运行的工作条件下,耐事故燃料装配SiC包壳的燃料系统的温度会出现一定程度的升高,但其整体性能,特别是SiC与Th-UO2燃料系统仍优于传统UO2-Zr燃料系统。在无预辐照的LOCA事故中,燃料系统采用了SiC包壳后,大大延迟了包壳失效的发生时间（大约10s）,并表现出较低的燃料温度和包壳应力应变。在考虑有预辐照的RIA事故条件下,SiC包壳会导致燃料温度的上升,未表现出比传统UO2-Zr燃料系统更好的燃料性能。但是由于在包壳建模过程中采用了完全脆性假设并考虑了最大的安全性,所以可以确定此模拟结果是比较保守的。在实际事故中,可以预测耐事故燃料与SiC包壳组合会有更好的性能性能表现。
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