發(fā)布時(shí)間：2020-07-13 06:23

【摘要】：微型反應(yīng)堆(簡(jiǎn)稱微堆)是以高濃鈾為燃料的研究型反應(yīng)堆。但由于高濃鈾燃料存在核安全風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)根據(jù)核不擴(kuò)散原則,我國須逐步完成低濃鈾堆芯的設(shè)計(jì)、換料和裝填工作。因此,本文利用MCNP對(duì)堆芯進(jìn)行一系列模擬、計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì),主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)針對(duì)微堆的低濃化開展了一系列的設(shè)計(jì)分析工作,主要包括建立了微堆高濃鈾的模型(High Enrichment Uranium,HEU)、在不改變高濃鈾堆芯結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,完成了低濃鈾堆芯的優(yōu)化設(shè)計(jì)(Low Enrichment Uranium,LEU),并優(yōu)化設(shè)計(jì)了新低濃鈾堆芯模型(New Low Enrichment Uranium,NLEU)。(2)運(yùn)用MCNP建立的微堆高濃鈾模型(HEU),其中心控制棒價(jià)值、臨界裝載量、上鈹反應(yīng)性以及軸向中子通量密度分布等參數(shù)與微堆實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致,對(duì)比驗(yàn)證了模型的正確性。(3)在HEU模型的基礎(chǔ)上,選擇富集度為12.5%的UO2作為低濃鈾堆芯的燃料芯塊,Zr-4合金作為燃料包殼,保持HEU堆芯其余部分的結(jié)構(gòu)、尺寸和材料不改變,建立了低濃鈾堆芯模型LEU。并對(duì)內(nèi)輻照座中子通量密度、剩余反應(yīng)性以及中心控制棒價(jià)值等參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比分析,研究表明在不改變?cè)研窘Y(jié)構(gòu)和尺寸的情況下,微堆低濃化是可行的,現(xiàn)有微堆可直接替換為L(zhǎng)EU堆芯。(4)針對(duì)LEU堆芯Φ/P比值下降,熱中子份額比下降,控制棒價(jià)值減小等問題,優(yōu)化設(shè)計(jì)了全新的NLEU堆芯。NLEU堆芯采用富集度為19.75%的UO2作為燃料芯塊,并且減少了10.34%的235U裝填量;提高了Φ/P比值;內(nèi)輻照座熱中子通量密度高于LEU堆芯;并將熱中子份額由LEU的42.65%提升至45.40%。研究表明,NLEU優(yōu)化了微堆性能,節(jié)約了建造成本,更利于微堆的應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL351.1
【圖文】：

圖 1.1 SLOWPOKE-2 堆芯元件分布圖Figure 1.1 The distribution of SLOWPOKE-2 fuel elements究現(xiàn)狀核武器設(shè)計(jì)人員已經(jīng)證明，在一定的富集度（≤20%)限炸裝置是不切實(shí)際的[10]。美國在 1978 年成立的 U.S.DO低濃化（RERTR）項(xiàng)目，旨在開發(fā)轉(zhuǎn)化研究試驗(yàn)堆和醫(yī)濃鈾燃料元件所需的必要技術(shù)，以減少和消除全球范圍愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室（INL）和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（ANL）是，美國密歇根大學(xué)福特反應(yīng)堆和法國 Saclay 核研究中心，使用低濃鈾元件運(yùn)行[12]。紀(jì) 80 年代，前蘇聯(lián)完成了235U 富集度為 36%的高密度陶應(yīng)堆燃料元件低濃化項(xiàng)目。，RERTR 項(xiàng)目與由莫斯科動(dòng)力工程研究院領(lǐng)導(dǎo)的 4 個(gè)俄作研發(fā)用于前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)反應(yīng)堆的低濃鈾元件，此項(xiàng)目被

表 2.2 微堆（HEU）基本參數(shù)Table 2.2 Basic parameters of MNSR (HEU)名稱參數(shù)額定熱功率 約 30kW燃料芯塊、235U 富集度 U-Al 合金、90.2%燃料包殼、定位柵格架材料 Al堆芯柵格數(shù) 355 個(gè)慢化劑、冷卻劑 輕水反射層材料 金屬鈹中心控制棒材料 鎘（Cd）后備反應(yīng)性 3.5-4.0 mk反應(yīng)堆燃料使用壽期 ≥10 年

圖 2.2 微堆堆芯結(jié)構(gòu)剖面圖Figure 2.2 MNSR core planning surface堆配有 10 個(gè)跑兔輻照管，5 個(gè)在反射層內(nèi)，5 個(gè)在反射層外，本文主要輻照管的中子通量密度。微堆的反射層為金屬鈹，用于補(bǔ)償燃料燃耗、氙應(yīng)所引起的反應(yīng)性損失，它起著反射和減速堆內(nèi)泄露出來的中子的作用在側(cè)鈹反射層內(nèi)形成通量峰，有利于在較低的堆功率條件下，獲得較高照通量。因?yàn)槲⒍炎钪饕膽?yīng)用是中子活化分析，其原理是用一定能量子去轟擊試樣，使試樣中待測(cè)元素的穩(wěn)定同位素轉(zhuǎn)變成放射性核素，然由核反應(yīng)生成的放射性核素衰變時(shí)放出的緩發(fā)γ輻射來實(shí)現(xiàn)元素的定析，所以微堆要求熱中子通量峰需在側(cè)鈹反射層內(nèi)，也就是在內(nèi)輻照座于初始冷態(tài)的反應(yīng)堆后備反應(yīng)性為 3.5-4.0mk，如此小的后備反應(yīng)性很難爐壽期大于 10 年。所以為了補(bǔ)償運(yùn)行中的反應(yīng)性損失，需要大約每?jī)杉右淮紊镶斊�，通過9Be (n,2n)8Be 和(γ,n)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)中子增殖。上鈹與

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本文編號(hào)：2753091