【摘要】：在保證反應(yīng)堆安全性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,鈾資源的充分利用和高放廢物的最小化成為限制核能大規(guī)�？沙掷m(xù)發(fā)展的主要因素。而鉛冷快堆較硬的中子能譜可使其獲得優(yōu)良的中子經(jīng)濟(jì)性,實(shí)現(xiàn)核燃料的增殖與嬗變,有利于核能的可持續(xù)發(fā)展,并且其冷卻劑Pb化學(xué)惰性好、熱工特性優(yōu)良,可提高堆芯的安全性。鑒于鉛冷快堆的諸多優(yōu)勢,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)提出一種具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的中型模塊化鉛冷快堆M2LFR-1000方案。M2LFR-1000反應(yīng)堆在設(shè)計(jì)上基于現(xiàn)實(shí)可行的技術(shù),著重突出模塊化設(shè)計(jì),使M2LFR-1000成為可實(shí)現(xiàn)燃料閉式循環(huán)的堆型,并在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面具有一定的競爭力。本文利用MCNP程序和SRAC/COREBN2006程序進(jìn)行了堆芯物理設(shè)計(jì),并在其滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上,開展堆芯添加次錒系核素MA的研究。首先,在M2LFR-1000反應(yīng)堆頂層設(shè)計(jì)框架下給出了堆芯物理設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,完成了堆芯燃料棒、燃料組件、控制組件、啞組件的設(shè)計(jì)和材料選擇,并給出了堆芯初步布置。整個堆芯將355個燃料組件分為內(nèi)外兩區(qū),將24個控制組件分為調(diào)節(jié)棒組和安全棒組,堆芯燃料區(qū)外部包含132個啞組件起屏蔽反射作用。其次,對M2LFR-1000堆芯進(jìn)行了初步計(jì)算,并對初始設(shè)計(jì)不合理的方面進(jìn)行了優(yōu)化,調(diào)整了控制組件、燃料組件的分配和布置。優(yōu)化后的堆芯包含163個內(nèi)區(qū)燃料組件、192個外區(qū)燃料組件,12個調(diào)節(jié)棒組件和12個安全棒組件分散布置于堆芯。在優(yōu)化堆芯的基礎(chǔ)上進(jìn)行了堆芯物理參數(shù)的研究,包括基本參數(shù)、動態(tài)參數(shù)以及控制系統(tǒng)分析,其中,換料周期達(dá)到30個月、周期內(nèi)徑向組件功率峰因子為1.24、堆芯反應(yīng)性系數(shù)具有良好的固有安全性、控制系統(tǒng)滿足反應(yīng)性控制需求并留有一定裕度,堆芯各物理參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的要求。最后,在M2LFR-1000堆芯滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上,開展堆芯燃料添加MA核素的研究。一方面,研究了添加MA核素對堆芯物理參數(shù)的影響,其中MA核素可降低燃耗反應(yīng)性損失,當(dāng)其添加份額分別為2.5%、5.0%、7.5%、10%時,30個月內(nèi)的反應(yīng)性損失由2052pcm下降為1397pcm、866pcm、416pcm、97pcm,對提高堆芯換料周期具有潛在價(jià)值。而MA核素會對反應(yīng)性系數(shù)、中子動力學(xué)參數(shù)、控制系統(tǒng)價(jià)值等帶來負(fù)面影響,為保證堆芯安全,MA核素的添加量不應(yīng)超過5.0%。另一方面,對MA核素在堆芯內(nèi)的嬗變效果進(jìn)行了評估,堆芯具有良好的嬗變能力。例如,當(dāng)MA核素在MOX燃料中的添加份額為5.0%時,堆芯的嬗變率RMA、比消耗CMA和支持比SMA分別為12.2%、74.6 kg.(GWt·a)-1、10.7,由于核素特性不同,MA核素中的243Cm、244Cm、245Cm出現(xiàn)積累現(xiàn)象,其積累率分別為58.7%、16.1%、104.5%。綜上所述,M2LFR-1000堆芯設(shè)計(jì)滿足堆芯物理設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,并留有一定的裕度;添加少量MA不會影響堆芯的安全運(yùn)行,并在提高堆芯換料周期方面具有潛在價(jià)值;堆芯具有良好的嬗變能力,在提高鈾資源利用率和減少M(fèi)A存量方面具有重要意義。
【圖文】：

Ｖｅｓｓｅｌ邐Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ逡逑圖１．１歐洲鉛冷快堆ＥＬＦＲ總體布置圖⑴］逡逑歐洲鉛冷快堆ＥＬＦＲ為工業(yè)示范堆［９］，設(shè)計(jì)來源于歐洲鉛冷快堆ＥＬＳＹ［１（）］，逡逑ＥＬＦＲ設(shè)計(jì)功率１５００ＭＷｔｈ，發(fā)電效率達(dá)到４０％，堆芯采用ＭＯＸ燃料，但目前逡逑仍處于設(shè)計(jì)狀態(tài)，其總體布置如圖１．１所示［１１］。為最終實(shí)現(xiàn)ＥＬＦＲ的建造，歐盟逡逑還通過一系列研宄框架制定了多個鉛冷快堆研宄項(xiàng)目，例如：歐洲教育訓(xùn)練堆逡逑ＥＬＥＣＴＲＡ，邋０．５ＭＷｔｈ［１２］；可運(yùn)行在臨界或次臨界狀態(tài)的ＡＤＳ驗(yàn)證堆ＭＹＲＲＨＡ，逡逑１００ＭＷｔｈ［】３］；鉛冷原型示范堆ＡＬＦＲＥＤ，邋３００ＭＷｔｈ［１４］。此外，德國、意大利、比逡逑利時等國還開展了邋３０多個的鉛／鉛鉍回路的實(shí)驗(yàn)與理論研宄［１５—１７］。逡逑－邐１邋４邋Ｆ７Ｑ逡逑於＊邋Qi，、邐ＩＩＩ邋§邋｜邋Ｔｊ邋｜邋楩逡逑４？Ｈｉ－逡逑：迦４』逡逑？邋｜ｐ！邋＇邋網(wǎng)}0９？Ｓ灥ａｓ娜娜．公悘逡逑“＇邋＾＾Ｓ５ｉＳｉ５ｉＢＳＢＳ５Ｓ５ｊＳＳＳＳＳｊＳＳＳＳＳＳＳＳＳＢＳｉｉｉｉ＾ｉＢ５５ＳｉｉＳＳｉＢＳ＆ＢｉＢｉＢＳＳＳ５ｉｉｉ＾＾＾＾逡逑圖１．２俄羅斯ＢＲＥＳＴ－ＯＤ－３００總體布置圖［８］逡逑俄羅斯在運(yùn)行鉛冷快堆方面具有遠(yuǎn)超其他國家的經(jīng)驗(yàn)

歐洲鉛冷快堆ＥＬＦＲ為工業(yè)示范堆［９］，設(shè)計(jì)來源于歐洲鉛冷快堆ＥＬＳＹ［１（）］，逡逑ＥＬＦＲ設(shè)計(jì)功率１５００ＭＷｔｈ，發(fā)電效率達(dá)到４０％，堆芯采用ＭＯＸ燃料，但目前逡逑仍處于設(shè)計(jì)狀態(tài)，其總體布置如圖１．１所示［１１］。為最終實(shí)現(xiàn)ＥＬＦＲ的建造，歐盟逡逑還通過一系列研宄框架制定了多個鉛冷快堆研宄項(xiàng)目，，例如：歐洲教育訓(xùn)練堆逡逑ＥＬＥＣＴＲＡ，邋０．５ＭＷｔｈ［１２］；可運(yùn)行在臨界或次臨界狀態(tài)的ＡＤＳ驗(yàn)證堆ＭＹＲＲＨＡ，逡逑１００ＭＷｔｈ［】３］；鉛冷原型示范堆ＡＬＦＲＥＤ，邋３００ＭＷｔｈ［１４］。此外，德國、意大利、比逡逑利時等國還開展了邋３０多個的鉛／鉛鉍回路的實(shí)驗(yàn)與理論研宄［１５—１７］。逡逑－邐１邋４邋Ｆ７Ｑ逡逑於＊邋Qi，、邐ＩＩＩ邋§邋｜邋Ｔｊ邋｜邋楩逡逑４？Ｈｉ－逡逑：迦４』逡逑？邋｜ｐ！邋＇邋網(wǎng)}0９？Ｓ灥ａｓ娜娜．公悘逡逑“＇邋＾＾Ｓ５ｉＳｉ５ｉＢＳＢＳ５Ｓ５ｊＳＳＳＳＳｊＳＳＳＳＳＳＳＳＳＢＳｉｉｉｉ＾ｉＢ５５ＳｉｉＳＳｉＢＳ＆ＢｉＢｉＢＳＳＳ５ｉｉｉ＾＾＾＾逡逑圖１．２俄羅斯ＢＲＥＳＴ－ＯＤ－３００總體布置圖［８］逡逑俄羅斯在運(yùn)行鉛冷快堆方面具有遠(yuǎn)超其他國家的經(jīng)驗(yàn)，對推進(jìn)其研宄具有極逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL351.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2665475