【摘要】：熔鹽堆作為第四代反應(yīng)堆,具有安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性和防核擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)。然而,美國在熔鹽實(shí)驗(yàn)堆(MSRE)運(yùn)行過程中,發(fā)現(xiàn)石墨慢化劑,在堆內(nèi)受到快中子(50 keV)輻照后會(huì)先收縮后腫脹,使石墨在堆內(nèi)壽命大大縮短,從而需要頻繁停堆更換石墨。此外,石墨慢化能力較差,對(duì)于大型熔鹽堆需要更多的堆芯熔鹽體積才能達(dá)到臨界。基于上述問題,本文選擇氫化鋯(ZrH)作為熔鹽堆慢化劑,其具有較高的慢化能力、較好的熱穩(wěn)定性,還具有耐高溫、抗輻照等特點(diǎn)。與石墨相比,ZrH的熱中子吸收較大,不利于反應(yīng)堆自持或增殖運(yùn)行,需要進(jìn)一步優(yōu)化。本文主要基于已有ZrH慢化劑研究,對(duì)ZrH慢化熔鹽堆進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,以給出實(shí)現(xiàn)自持運(yùn)行的堆芯物理設(shè)計(jì)方案,并且在其壽期末達(dá)到較低的MA產(chǎn)量。為改善ZrH慢化熔鹽堆的釷鈾轉(zhuǎn)換性能,對(duì)氫鋯原子比、載體鹽、堆芯結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了優(yōu)化,分析了它們對(duì)于臨界~(233)U濃度和釷鈾轉(zhuǎn)換性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)氫鋯原子比選擇1.60和熔鹽體積比為0.9時(shí),不僅臨界所需的~(233)U濃度相對(duì)較低,而且釷鈾轉(zhuǎn)換性能也較好。同時(shí),對(duì)比了ZrH與石墨慢化熔鹽堆的臨界~(233)U濃度和釷鈾轉(zhuǎn)換性能。結(jié)果表明:石墨作為慢化劑時(shí)釷鈾轉(zhuǎn)換性能更好,而ZrH作為慢化劑時(shí)臨界所需的~(233)U濃度更低。根據(jù)上述研究結(jié)果,分析了深燃耗模式下的ZrH慢化熔鹽堆的釷鈾轉(zhuǎn)換性能,并對(duì)堆芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步優(yōu)化。結(jié)果表明:采用含徑向增殖層設(shè)計(jì)與Li F燃料鹽裝載的Zr H慢化熔鹽堆,50年平均CR可達(dá)到1.028,可以實(shí)現(xiàn)增殖運(yùn)行,同時(shí)其產(chǎn)生的MA量較高。為減少堆芯MA的產(chǎn)生量,本文給出了移動(dòng)式Zr H慢化設(shè)計(jì)方案,通過改變反應(yīng)堆運(yùn)行過程中臨界所需的~(233)U濃度和堆芯中子能譜來減少堆芯MA的累積量。結(jié)果表明:通過慢化棒批次插入堆芯,逐步改變臨界所需的~(233)U濃度和中子能譜,不僅可以實(shí)現(xiàn)堆芯38年釷鈾燃料自持運(yùn)行,且其MA的產(chǎn)量比慢化棒不移動(dòng)條件下采用FLi鹽和FLi Be鹽時(shí)分別減少約43%和8%。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL426
【圖文】：

經(jīng)濟(jì)性：核電成本要低于其他能源；資本投資的風(fēng)險(xiǎn)水平可與其他能4）防核擴(kuò)散性：運(yùn)用反應(yīng)堆系統(tǒng)自身的特性，使核擴(kuò)散幾率顯著下降應(yīng)堆產(chǎn)物難以用于核武器制造或被偷盜。按照這些要求，GIF 專家從的 94 個(gè)核反應(yīng)堆概念中挑選出了 6 種最有希望實(shí)現(xiàn)的第四代反應(yīng)堆概快堆、氣冷快堆、鉛冷快堆、熔鹽堆、超高溫堆、超臨界水堆[4]。 熔鹽堆與釷鈾燃料.1 熔鹽堆發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀與傳統(tǒng)反應(yīng)堆相比，熔鹽堆(Molten Salt Reactor, MSR)可以在高溫常，提高了反應(yīng)堆的安全性；同時(shí)其具有在線加料和在線后處理的功能低剩余反應(yīng)性和減少堆芯裂變產(chǎn)物的堆積，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1]。

經(jīng)過 6 年多的發(fā)展，完成了 2 MW 液態(tài)燃料 MSR 和 1燃料 MSR 的堆芯設(shè)計(jì)與物理分析，有望逐漸實(shí)現(xiàn) MSR 的商業(yè)化應(yīng)2 釷鈾燃料循環(huán)MSR 的發(fā)展離不開持續(xù)穩(wěn)定的核燃料供應(yīng)。目前易裂變核燃料被分為基兩類，商業(yè)核電站中使用的燃料多為鈾基核燃料。由于能源需求的，商業(yè)核電站的發(fā)電量也會(huì)越來越大，從而鈾基核燃料的消耗也會(huì)越由于自然界中釷基核燃料的儲(chǔ)量遠(yuǎn)大于鈾基核燃料，為實(shí)現(xiàn)能源可持，釷基核能的開發(fā)應(yīng)用正越來越受到關(guān)注[5-8]。釷基核燃料中的232Th 與238U 相似，都要經(jīng)過吸收中子后才能轉(zhuǎn)換為 1.2 所示。易裂變核素233U 需要232Th 通過一次中子俘獲和兩次 衰成，產(chǎn)生的233U 吸收一個(gè)中子后可以直接裂變，這樣就形成了釷鈾燃

第 1 章 緒論前輕水堆(Light Water Reactor，LWR)常用的鈾基燃料相比，釷基燃勢(shì)[9-12]： 釷資源豐富：在地殼中釷元素含量是鈾的三倍，而且釷主要存在屬于砂巖礦的獨(dú)居石中，容易開采。 釷基燃料的中子經(jīng)濟(jì)性較高：如圖 1.3 所示，在熱中子區(qū)，233U 的有效裂變中子數(shù)明顯高于其他易裂變核素，有較好的增殖性能，合先進(jìn)堆型的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)增殖。在快中子能譜區(qū)，233U 的有效變中子數(shù)要小于239Pu，盡管釷鈾燃料增殖性能沒有鈾钚循環(huán)好，是采用鈾钚燃料的快堆常常出現(xiàn)正的空泡系數(shù)或溫度反饋系數(shù)等全問題，而采取釷基燃料的快堆則會(huì)具備負(fù)的反應(yīng)性系數(shù)，安全更好。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2777862