张永栋　　林　俊　　朱天宝　　张海青　　朱智勇（中国科学院上海应用物理研究所　嘉定园区　　上海　20800）2（中国科学院大学　　北京　00049）



球形燃料元件温度分布对包覆燃料颗粒失效概率的影响

张永栋1，2林俊1朱天宝1张海青1朱智勇1
1（中国科学院上海应用物理研究所嘉定园区上海201800）2（中国科学院大学北京100049）

摘要固态熔盐堆采用TRISO（Tristructuralisotropic）包覆颗粒球形燃料元件。在运行工况下，燃料元件内部存在一定的温度分布，填充在燃料元件内部不同位置的TRISO颗粒的失效概率会因此受到影响。利用体积微元的方法分析了温度分布对包覆颗粒失效概率的影响，并进一步研究了球形燃料元件尺寸对TRISO颗粒平均失效概率的影响。结果表明，在一定的功率密度下，如果利用球心温度或者平均温度计算燃料元件内部TRISO颗粒的平均失效概率，结果相比实际值会有至少一个数量级的差别；在相同功率密度和相同燃耗条件下，燃料元件直径每减小1cm，其包覆颗粒平均失效概率降低两个数量级左右。

关键词燃料元件，TRISO颗粒，温度分布，失效概率

中国科学院战略先导科技专项（No.XDA02030200）资助

第一作者：张永栋，男，1991年出生，2013年毕业于广西大学，现为硕士研究生，研究领域为核技术及应用

SupportedbytheStrategicPriorityProgramoftheChineseAcademyofSciences（No.XDA02030200）

Firstauthor:ZHANGYongdong，male，bornin1991，graduatedfromGuangxiUniversityin2013，masterstudent，focusingonnucleartechnologyand application

Effects of temperature distribution on failure probability of coated particles in spherical fuel elements

ZHANGYongdong1，2LINJun1ZHUTianbao1ZHANGHaiqing1ZHUZhiyong1
1（Shanghai Institute of Applied Physics， Chinese Academy of Sciences， Jiading Campus， Shanghai 201800， China）2（University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

Abstract Background: ParticlescoatedbyTRISO（Tristructuralisotropic）embeddedinsphericalfuelelementsare usedinsolidfuelmoltensaltreactor.Temperaturedistributionduringoperationcanaffectthefailureprobabilityof TRISOparticlesembeddedindifferentpartsoffuelelements. Purpose:Thisstudyaimstoinvestigatethe temperaturedistributioneffectsonfailureprobabilityofcoatedfuelparticles.Methods:Micro-volumeelement analysisoftemperaturedistributioneffectonthefailureprobabilityofcoatedparticleswascarriedoutforthefirst time，andtheimpactofsphericalfuelelementsizeontheaveragefailureprobabilityofTRISOparticleswasalso evaluated.Results:Atagivenpowerdensity，thefailureprobabilityofTRISOparticleswouldbedeviatedbyan orderofmagnitudewheneithercoretemperatureoraveragetemperatureofthefuelelementwasusedtocalculatethe averagefailureprobability.Withthesamepowerdensityandthesameburnups，theaveragefailureprobabilityof coatedparticlescouldbeloweredbytwoordersofmagnitudethroughreducingthediameteroffuelelementby1cm. Conclusion:Itisnecessarytotakethetemperaturedistributionintoaccountforcalculatingthefailureprobabilityof coatedfuelparticles.Inaddition，itisfoundthattheaveragefailureprobabilityofcoatedfuelparticlescanbeloweredbyreducingthesizesofthefuelelement.Thismaybeaproperwaytosecurethefuelelementsworkingathighpower densities.

Key words Fuelelements，TRISOparticles，Temperaturedistribution，Failureprobability

中国科学院钍基熔盐堆（ThoriumMoltenSalt Reactor，TMSR）先导专项致力于固态燃料熔盐堆和液态燃料熔盐堆的研发[1]。固态燃料熔盐堆采用以石墨为基体材料的球形燃料元件，其活性区均匀弥散有大量的TRISO（TristructuralIsotropic）颗粒[2-3]。TRISO颗粒通过四层包覆层来包覆核燃料核芯，在四层包覆结构中SiC层最为重要，它能够很好地阻挡放射性裂变产物逸出，是保证反应堆安全运行的第一道屏障[4]。……