【摘要】：長(zhǎng)壽期小型反應(yīng)堆具有堆芯體積小便攜性強(qiáng)、可以滿足長(zhǎng)周期換料的特點(diǎn),既可用于偏遠(yuǎn)地區(qū)、孤立海島功能供電,也可用于極端氣候?yàn)?zāi)難救援和采礦業(yè)供電,因此受到廣泛關(guān)注。鉛基材料作為冷卻劑,其優(yōu)良的性能對(duì)反應(yīng)堆的熱工水利性能、化學(xué)性能和固有安全特性方面帶來優(yōu)勢(shì),因此鉛基堆是小型模塊化反應(yīng)堆的重要候選堆型之一。目前國(guó)際上針對(duì)長(zhǎng)壽期小型鉛基堆開展了一系列設(shè)計(jì)研究,但如何通過堆芯物理優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆長(zhǎng)壽期運(yùn)行下的堆芯最小化,提高反應(yīng)堆經(jīng)濟(jì)性并滿足未來分布式能源以及可移動(dòng)式能源需求,仍有待進(jìn)一步探索。本文在廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)壽期小型反應(yīng)堆設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合鉛基堆物理特性,開展長(zhǎng)壽期鉛基堆堆芯物理設(shè)計(jì)研究,具體內(nèi)容包括:(1)長(zhǎng)壽期堆芯設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素影響研究�；诃h(huán)形流道燃料元件堆芯模型,研究了能譜對(duì)堆芯尺寸、初始裝料量、燃耗特性等參數(shù)的影響,探究不同能量輸出(功率×換料周期)需求下堆芯最小化尺寸和能譜范圍。研究結(jié)果表明,對(duì)于不同的能量輸出需求,總存在一個(gè)最佳的堆芯能譜可使堆芯具有最小的尺寸;當(dāng)反應(yīng)堆總能量輸出需求≥275 MWt·年時(shí),基于快譜的堆芯方案有利于獲得較小的堆芯尺寸;當(dāng)反應(yīng)堆總能量輸出需求275MWt·年時(shí),基于熱譜的堆芯方案可獲得較小的堆芯尺寸,且總能量輸出需求較小時(shí),能譜越軟越有利于減小堆芯尺寸。(2)5MWt長(zhǎng)壽期鉛基堆堆芯物理設(shè)計(jì)。基于能譜優(yōu)化結(jié)果設(shè)計(jì)了熱功率為5MW的長(zhǎng)壽期小型化鉛基堆堆芯物理方案;針對(duì)堆芯方案初始反應(yīng)性大的問題,研究了降低壽期內(nèi)反應(yīng)性波動(dòng)的方法,通過分區(qū)布置可燃毒物,實(shí)現(xiàn)了壽期內(nèi)小反應(yīng)性波動(dòng)的堆芯優(yōu)化設(shè)計(jì),簡(jiǎn)化了堆芯反應(yīng)性控制策略;同時(shí),針對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行詳細(xì)的堆芯物理參數(shù)分析,并與鉛基快堆堆芯方案進(jìn)行對(duì)比,比較發(fā)現(xiàn),設(shè)計(jì)的鉛基熱堆堆芯方案具有堆芯尺寸小、燃料裝載量少、燃料燃耗深度深,燃料經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)。本論文相關(guān)研究成果可為兆瓦級(jí)長(zhǎng)壽期小型鉛基堆堆芯物理設(shè)計(jì)提供參考。
【圖文】：

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽期設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外提出了很多小型鉛基堆概念。逡逑（１）俄羅斯長(zhǎng)壽期小型鉛基堆研宄現(xiàn)狀逡逑１）邐ＳＶＢＲ－１００逡逑俄羅斯提出了功率為２８０邋ＭＷｔ邋（熱功率），換料周期約為７？８年的小型化鉛鉍堆【４３—４７］設(shè)計(jì)ＳＶＢＲ－１００，該反應(yīng)堆由ＩＰＰＥ（物理與動(dòng)力工程研宄院）ＢＧＩＤＲＯＰＥＳＳ和Ａｔｏｍｅｎｅｒｇｏｐｒｏｅｋｔ共周設(shè)計(jì)。和大多數(shù)模塊化小型堆一ＢＲ－１００采用池式結(jié)構(gòu)，，堆芯、主循環(huán)回路和蒸汽發(fā)生器整套設(shè)備裝在主容容器外沒有管道和閥門。一回路使用兩個(gè)循環(huán)泵，采用強(qiáng)迫循環(huán)。ＳＶＢＲ－１以給無電區(qū)域供電也可以提供熱能。ＳＶＢＲ－１００的每一個(gè)模塊可提供５８０工藝蒸汽，或者７０Ｇｋａｌ／ｈ的集中供暖，或者２０００００ｔ／ｄａｙ的海水淡化。逡逑堆芯設(shè)計(jì)方面，ＳＶＢＲ－１００使用Ｕ0２燃料，燃料富集度平均為１６．７％，堆的總裝載量為９２００邋ｋｇ，堆芯活性區(qū)高９００邋ｍｍ，堆芯活性區(qū)直徑為１６４３邋ｍｍ的設(shè)計(jì)輸出熱功率約為２８０邋ＭＷ，電功率約為１０１邋ＭＷ。整個(gè)堆芯設(shè)計(jì)為換料，換料周期約為８年。逡逑

堆芯設(shè)計(jì)方面，ＳＳＴＡＲ采用不同富集度的鈾－超鈾核素氮化物燃料，堆芯從逡逑內(nèi)到外按照燃料富集度共分為５個(gè)區(qū)域，燃料富集度依次為１．７％、３．５％、１７．２°／。、逡逑１９．０％和２０．７％，如圖１．３所示。ＳＳＴＡＲ堆芯活性區(qū)高為９７６邋ｍｍ，活性區(qū)直徑為逡逑１２２０邐反應(yīng)堆設(shè)計(jì)輸出熱功率為４５邋ＭＷ，電功率為２０邋ＭＷ。反應(yīng)堆可實(shí)現(xiàn)逡逑滿功率連續(xù)運(yùn)行３０年，但目前仍處于概念設(shè)計(jì)階段。逡逑ＴＷＯ邋ＩＮＯＣＦｅＨＯ￡ＫＴ邋ＧＲＯＵＰＳ逡逑Ｉ邐Ｉ逡逑Ｋｔ邐■邋ｌｏｗ邋ＥＮＲＩＣＨＭＥＮＴ邋ＣＣＨＴＩＵＬ逡逑■邐－邐尪00ｎ（ｔｗ0逡逑■ｋ邐ｃｎｒｉｃｈｍｃｈｔ邋ｚｏｎｅｓ）逡逑Ｏｆｔ（ＶＥＭＴＨＲ￡￡邋ＥＮＲＩＣＨＭＥＮＴ逡逑Ｆｉｇｕｒｔ邋６．邋ＳＳＴＡＲ邋Ｏｐｅｎ＞Ｌｉｉｌｔｉｃｅ邋Ｃｏｒｅ邋Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｋｍ邋（ＡＨ邋Ｆｕｅｌ邋Ｐｉｎｓ邋Ｓｈｏｕｎ）．逡逑８逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL351.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2711221