【摘要】：熔鹽堆采用液態(tài)熔鹽作為燃料和冷卻劑,是六種第四代先進核能系統(tǒng)之一,也是唯一采用液態(tài)燃料設(shè)計的先進反應(yīng)堆系統(tǒng),具有經(jīng)濟性好、固有安全性高、能夠防核擴散等諸多優(yōu)點,擁有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。目前各國都積極開展熔鹽堆研究,熔鹽堆燃耗分析和燃料管理是一項重要的研究內(nèi)容。一方面,液態(tài)燃料熔鹽堆中的液態(tài)燃料熔鹽在反應(yīng)堆的一回路內(nèi)循環(huán)流動;另一方面,可以進行在線添料和在線處理的操作。現(xiàn)有的針對傳統(tǒng)固態(tài)燃料核反應(yīng)堆的燃耗分析與燃料管理程序未考慮這些熔鹽堆特性,無法適用于液態(tài)燃料熔鹽堆的燃耗計算和燃料管理策略研究。因此,開發(fā)一個能夠適用于液態(tài)燃料熔鹽堆的燃耗分析和燃料管理程序并開展燃料管理策略及其燃耗特性研究,對于熔鹽堆的工程設(shè)計、運行控制和安全分析都具有重要的理論意義和工程價值。本文基于蒙特卡羅中子輸運程序MCNP5和點燃耗計算程序ORIGEN2進行熔鹽堆燃耗分析和燃料管理程序開發(fā)。首先對MCNP5和ORIGEN2進行了簡單介紹,然后針對程序開發(fā)中涉及到的重要物理參數(shù)的計算方法、重要物理問題的處理方式、耦合程序的結(jié)構(gòu)流程及數(shù)據(jù)在程序中的保存與傳遞方式、耦合程序各個主要功能模塊的具體實現(xiàn)方法和耦合程序針對液態(tài)燃料熔鹽堆燃料流動及在線添料和在線處理功能的特殊處理等進行了系統(tǒng)介紹。根據(jù)這些理論和計算方法,完成了ARIES燃料管理程序的開發(fā)。然后,通過一個壓水堆單燃料芯塊柵元的燃耗基準(zhǔn)題、一個快堆基準(zhǔn)題和一個高燃耗深度的壓水堆單燃料芯塊柵元燃耗算例對其開展了基準(zhǔn)題和算例的驗證。驗證結(jié)果表明,開發(fā)的ARIES燃料管理程序采用的模型和使用的方法是有效的、正確的,耦合程序能夠適用于液態(tài)燃料熔鹽堆燃耗計算和燃料管理策略研究。最后將ARIES燃料管理程序應(yīng)用于一個小型模塊化熔鹽快堆和一個大型熔鹽快堆的燃耗計算及燃料管理方案研究。結(jié)果顯示,ARIES燃料管理程序的計算結(jié)果能夠充分反映熔鹽堆的燃料流動和在線添料與在線處理的特性。ARIES燃料管理程序有望在今后的革新型液態(tài)燃料熔鹽堆和液態(tài)燃料熔鹽實驗堆物理設(shè)計中發(fā)揮重要作用。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL426
【圖文】：

第一章 緒論/排放系統(tǒng)及散熱系統(tǒng)構(gòu)成。堆芯采用單區(qū)結(jié)構(gòu)，液態(tài) LiF-BeF2-Z-BeF2-ZrF4-UF4-PuF3作為燃料，二回路冷卻熔鹽采用 LiF-Be%），慢化材料選用石墨，Hastelloy-N 合金作為結(jié)構(gòu)材料。堆芯結(jié)示，堆芯采用 513 個側(cè)面開槽的石墨組件，石墨總體積為 1.95 m3，一共有 1140 個。MSRE 設(shè)計和運行重要時間節(jié)點如表 1-1 所示[20

U 首次達到設(shè)計滿功率 8MWth圖 1-2 MSRE 系統(tǒng)總流程示意圖圖 1-2 為 MSRE 系統(tǒng)總流程圖。一回路熔鹽流速 75.7L/s，堆芯入口處燃料鹽溫度為 632℃，出口溫度為 654℃；二回路熔鹽流速 53.6L/s，冷卻鹽在熱交換器的入口溫度為 546℃，出口溫度為 579℃。一回路與二回路都配備了熔鹽緊急排放系統(tǒng)，兩個回路通過冷凍閥與相應(yīng)回路隔絕；一旦有事故發(fā)生，熔鹽將被排到排放罐中以確保堆芯安全。235U 燃料零功率實驗包括了235U 燃料的初始臨界濃度實驗、溫度與壓力反應(yīng)性效應(yīng)實驗、控制棒刻度實驗以及動力學(xué)測試實驗等。通過這些實驗揭示了反應(yīng)堆系統(tǒng)中基本的原子核特性，為熔鹽堆的建立提供了有利依據(jù)，為核反應(yīng)堆運行性能提供了評價基準(zhǔn)，也為 ORNL 預(yù)測 MSRE 特性的計算模型提供評價。MSRE 的總結(jié)基本結(jié)論如下：在 MSRE 運行條件下測得的燃料濃度不確定性范圍內(nèi)

第一章 緒論了很好的建議，ORNL 參考這些建設(shè)性建議，最終形成了 MSBR2]，MSBR 的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-3 所示。MSBR 堆芯的石墨棒矩陣具結(jié)構(gòu)，這樣的布置方便石墨替換、有利于實現(xiàn)堆芯分區(qū)。另外，為用率，在堆芯的不同區(qū)域采用不同大小的熔鹽通道，具有不同的比。在堆芯底部、頂部和外環(huán)，熔鹽/石墨體積比較大，形成欠慢化區(qū)減少中子泄漏，有利于釷的增殖，可以實現(xiàn)類似增殖包層的功能。M鹽燃料7LiF-BeF2-ThF4-UF4的熔點為 498.8℃。在反應(yīng)堆堆芯，燃上流經(jīng)堆芯，堆芯熔鹽入口溫度為 566℃，出口溫度達到 704℃。熔鹽采用的是 NaBF4-NaF，熱交換器二次側(cè)的入口溫度為 454℃，621℃。通過二回路蒸汽發(fā)生器將能量輸送到超臨界汽輪發(fā)電機，熱44%。整個系統(tǒng)中與熔鹽接觸的結(jié)構(gòu)設(shè)備材料都采用 Hastelloy-N 合

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 曹亞麗;王韶偉;熊文彬;劉巧鳳;劉兆陽;張厚明;;小型模塊化反應(yīng)堆特性及應(yīng)用分析[J];核電子學(xué)與探測技術(shù);2014年06期

2 江綿恒;徐洪杰;戴志敏;;未來先進核裂變能——TMSR核能系統(tǒng)[J];中國科學(xué)院院刊;2012年03期

3 張大林;秋穗正;劉長亮;蘇光輝;賈斗南;;新概念熔鹽堆物理計算方法研究及程序設(shè)計[J];原子能科學(xué)技術(shù);2008年12期

4 李金鴻;張松柏;E.F.Kryuchkov;G.V.Tikhomirov;;用于燃耗計算的三維MCCOOR程序系統(tǒng)[J];核動力工程;2006年03期

5 余綱林,王侃,王煜宏;MCBurn——MCNP和ORIGEN耦合程序系統(tǒng)[J];原子能科學(xué)技術(shù);2003年03期

本文編號：2784914