压水堆PCI风险控制策略研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11405125
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    30.0万
  • 负责人：
    魏新宇
  • 依托单位：
    西安交通大学
  • 学科分类：
    A2803.反应堆物理与技术
  • 结题年份：
    2017
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Pellet-Cladding Interaction (PCI) can cause the fuel rod clad failure in Pressurized Water Reactor (PWR). So, PCI is related to the reactor safety and the economy of nuclear power plant. Firstly, taking PWR fuel rod as the research object, this study analyzes the mechanism and influence factor of PCI, builds the multi-physical model of PCI, covering nuclear physics, thermal analysis, and structure mechanics, by finite element method (FEM). Secondly, the multi-physical transfer function model of PCI is constructed for analyzing the dynamic characteristic of PCI response during the power ramp. Last, after simplifying the evaluation online model from micro to macro level, a PCI risk control strategy is designed based on this online model. This strategy can avoid the PCI risk and make sure the reactor safe and economical. Analyzing PCI by multi-physical transfer function model and avoiding the clad failure by PCI risk control strategy based on evaluation online model have not been proposed before, in other words, they are the innovations. This study not only can clarify the generation and development mechanism of PCI, but also can extend the fuel life and improve the economical efficiency of the nuclear power plant based on the adequate safety. So, it has important scientific significance and practical value.
压水堆燃料芯块与包壳间的相互作用(PCI, Pellet-Cladding Interaction)可以引起燃料包壳破损，直接关系到反应堆的安全和核电站的经济性。本项目以压水堆燃料棒为研究对象，分析PCI的形成机理和影响因素，用有限元方法建立燃料棒的物理-热工-结构多物理PCI模型并求解；进而建立多物理PCI传递函数模型，分析PCI的动态特性；分别从微观和宏观两个方面简化得到PCI在线评估模型，在此基础上设计基于在线评估的PCI风险控制策略，通过调整控制策略来规避PCI风险，保障反应堆安全经济运行。用多物理PCI传递函数模型来分析PCI问题和用基于在线评估的PCI风险控制策略来规避PCI风险是以往研究中没有涉及到的，具有明显的创新性。本项目的实施，不但有助于阐明压水堆中PCI产生和动态发展的机理，而且可在保证安全的前提下延长换料周期，提高电厂经济性，具有重要的科学意义和应用价值。

结项摘要

燃料包壳是核电厂防止放射性物质外逸的一道实体屏障，压水堆燃料芯块与包壳间的相互作用(Pellet-Cladding Interaction, PCI)可以引起燃料包壳破损，直接关系到反应堆的安全性和核电站的经济性。目前对于包壳完整性的监测主要是基于冷却剂放射性的监测，是一种事后监测，而本研究的成果可以预测包壳的完整性，是一种事前预测，可以为运行限值和运行对策提供新的参考，从而以运行控制的角度避免包壳破损的发生。本项目以压水堆燃料棒为研究对象，采用多物理耦合的方法建立燃料芯块与包壳模型，从控制策略的角度来解决PCI导致的包壳破损问题，具体的研究成果为：分析在高温和中子辐照环境中芯块与包壳相互作用的形成机理和影响因素，建立了芯块与包壳相互作用的物理-热工-结构多物理耦合模型并用有限元方法求解；采用径向基函数（Radical Basis Function, RBF）神经网络的方法设计了PCI风险在线评估模型，通过数据的训练，该模型可以用较快的计算速度实现PCI的在线评估；在此基础上结合大型压水堆的运行设计基于在线评估的PCI风险控制策略，通过控制运行模式来规避PCI引起的包壳破损风险。本项目不但阐明了压水堆中芯块与包壳相互作用产生和发展的机理，而且为设计安全经济的核电站运行控制系统提供了技术基础。研究成果为轻水堆核燃料的PCI风险控制研究开辟了新的思路，提出了通过控制运行模式规避包壳破损风险的新方法。随着核电在电网中所占比重的增加，核电机组的调峰调频任务会大幅增加，这给核燃料的性能带来很大压力，那么在目前材料性能局限性的前提下，本研究的成果对提高压水堆核电站的经济性和安全性具有重要的参考意义，在压水堆运行方案和控制系统的设计方面有一定的应用潜力。研究工作进行顺利，圆满地完成了本项目既定的各项研究任务，已取得的研究结果与预期相符，项目执行期间在国际高水平期刊发表SCI论文6篇，参加高水平国际学术会议3人次，国内学术会议1次，申请专利1项，毕业博士研究生2名，硕转博1名，派出联合培养博士研究生2名。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（4）
专利数量（1）
Prediction Study on PCI Failure of Reactor Fuel Based on a Radial Basis Function Neural Network
基于径向基函数神经网络的反应堆燃料PCI失效预测研究
  • DOI：
    10.1155/2016/4720685
  • 发表时间：
    2016-04
  • 期刊：
    Science and Technology of Nuclear Installations
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    Wei Xinyu;Wan Jiashuang;Zhao Fuyu
  • 通讯作者：
    Zhao Fuyu
The optimum design and arrangement of a steam generator in an integral pressurized water reactor
整体压水堆蒸汽发生器的优化设计与布置
  • DOI：
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.11.070
  • 发表时间：
    2016-03
  • 期刊：
    INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Wei Xinyu;Dai Chunhui;Wang Pengfei;Zhao Fuyu
  • 通讯作者：
    Zhao Fuyu
Study on the Structure Optimization and the Operation Scheme Design of a Double-Tube Once-Through Steam Generator
双管直流式蒸汽发生器结构优化及运行方案设计研究
  • DOI：
    10.1016/j.net.2016.02.012
  • 发表时间：
    2016-08
  • 期刊：
    Nuclear Engineering and Technology
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Wei Xinyu;Wu Shifa;Wang Pengfei;Zhao Fuyu
  • 通讯作者：
    Zhao Fuyu
Design of a decoupled AP1000 reactor core control system using digital proportional-integral-derivative (PID) control based on a quasi-diagonal recurrent neural network (QDRNN)
采用基于准对角递归神经网络 (QDRNN) 的数字比例积分微分 (PID) 控制的解耦 AP1000 反应堆堆芯控制系统设计
  • DOI：
    10.1016/j.nucengdes.2016.04.022
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Nuclear Engineering and Design
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Wei Xinyu;Wang Pengfei;Zhao Fuyu
  • 通讯作者：
    Zhao Fuyu
Study of the Reactor Control System of MSHIM in AP1000
AP1000 MSHIM反应堆控制系统研究
  • DOI：
    10.1155/2015/620205
  • 发表时间：
    2015-11
  • 期刊：
    Science and Technology of Nuclear Installations
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    Wei Xinyu;Zhao Fuyu
  • 通讯作者：
    Zhao Fuyu

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基于鲁棒解耦的多单元模块式小堆系统协调控制方法研究
  • 批准号：
    11875218
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  • 项目类别：
    面上项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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