次臨界乏燃料焚燒堆中子學(xué)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、核資源短缺、乏燃料處理、安全問題和防核擴(kuò)散問題是影響核能發(fā)展的重要問題，因此也是目前核能研究的重點(diǎn)，與其他反應(yīng)堆堆型相比較，次臨界堆在安全、乏燃料處理等方面具有特有的優(yōu)勢。
　　 本文在充分調(diào)研和分析現(xiàn)有次臨界堆目前研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開展了集核廢料嬗變、核燃料增殖和能量生產(chǎn)多種功能于一體的次臨界乏燃料焚燒堆的中子學(xué)設(shè)計(jì)研究，并結(jié)合理論分析方法針對聚變驅(qū)動(dòng)次臨界堆和加速器驅(qū)動(dòng)次臨界堆開展了比較研究。次臨界乏燃料焚燒堆以壓水堆等產(chǎn)生

2、的乏燃料作為燃料，基于相對要求簡單的乏燃料分離技術(shù)，采用相對較易實(shí)現(xiàn)的技術(shù)參數(shù)，盡量考慮現(xiàn)實(shí)可行性的要求。本文主要開展的研究工作具體包括:
　　 1)兩類次臨界乏燃料焚燒堆（聚變驅(qū)動(dòng)乏燃料焚燒堆和加速器驅(qū)動(dòng)乏燃料焚燒堆）的堆芯中子源分析和包層設(shè)計(jì)與優(yōu)化，其中以包層設(shè)計(jì)優(yōu)化為重點(diǎn)開展了燃料成分優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、貧鈾層優(yōu)化和運(yùn)行模式優(yōu)化，并在優(yōu)化方案的基礎(chǔ)開展了燃耗分析、活化特性分析和材料輻照損傷的分析工作;
　　 2)采用理

3、論分析的方法比較了聚變驅(qū)動(dòng)次臨界堆和加速器驅(qū)動(dòng)次臨界堆在能量平衡、安全特性方面的不同并針對各自特有的安全問題開展了討論，同時(shí)基于設(shè)計(jì)的聚變/加速器驅(qū)動(dòng)乏燃料焚燒堆開展了中子學(xué)性能比較工作。
　　 研究表明，在滿足一系列安全限值和工程參數(shù)限值的條件下，所設(shè)計(jì)的聚變驅(qū)動(dòng)乏燃料焚燒堆10年連續(xù)不換料運(yùn)行，能夠維持10.2GW熱功率運(yùn)行，氚增殖率為2.36，核裂變?nèi)剂显鲋持С直葹?.12，年產(chǎn)氚能力865g，核廢料嬗變支持比為3.76，

4、壽期內(nèi)次錒系核素嬗變份額為19.3％，壽期末燃耗深度為83.8GW.d/t，所設(shè)計(jì)的加速器驅(qū)動(dòng)乏燃料焚燒堆10年連續(xù)不換料運(yùn)行，能夠維持432MW熱功率運(yùn)行，核燃料增殖支持比為0.19，壽期內(nèi)次錒系核素嬗變份額為30.7％，核廢料嬗變支持比為0.16，壽期末燃耗深度為91.1GW.d/t。聚變驅(qū)動(dòng)次臨界堆比加速器驅(qū)動(dòng)次臨界堆具有更好的能量平衡能力，但是后者在安全設(shè)計(jì)潛力方面更有優(yōu)勢。兩類次臨界乏燃料焚燒堆比較，兩者在中子能譜、重要錒系核