【摘要】：核能作為一種清潔能源被認(rèn)為是可以大規(guī)模替代化石類能源的主要途徑,但快速發(fā)展核能也會(huì)面臨核燃料供應(yīng)問題及核廢料處理問題,根據(jù)中國(guó)的核電發(fā)展計(jì)劃,到2020年就有15000噸核廢料,其中包括大量的長(zhǎng)壽命次錒系核素(MA)與長(zhǎng)壽命裂變產(chǎn)物(LLFP)等,該問題制約了核能的快速發(fā)展。而新型反應(yīng)堆加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)(ADS)具有增殖核燃料、嬗變核廢料、固有安全性好等特點(diǎn),因此有很好的發(fā)展前景ADS中的散裂靶為以前其他核反應(yīng)堆中沒有出現(xiàn)過的部件,它連接加速器與反應(yīng)堆,其中子學(xué)性能直接關(guān)系到ADS的產(chǎn)能與嬗變效果。 為了滿足嬗變和向堆芯提供足夠強(qiáng)度的中子源(10"-1018n/s量級(jí))的要求,必須輸入散裂靶的質(zhì)子的能量與強(qiáng)度都必須足夠大,這一方面對(duì)加速器技術(shù)提出了很高的要求,另一方面在堆芯功率固定的情況下,加速器的功率越高,則全堆的功耗比例越高,不利于產(chǎn)能。,因此應(yīng)在保證堆芯所需中子源強(qiáng)的條件下盡可能節(jié)約加速器的功率,降低對(duì)加速器的需求,也為全堆獲得更高的凈輸出功率。另外,作為加速器與堆芯的連接部件,其運(yùn)行參數(shù)在滿足堆芯要求的同時(shí),還應(yīng)該降低對(duì)加速器的影響。因此需要對(duì)散裂靶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 在充分考慮了次臨界堆芯的需求以及加速器的現(xiàn)實(shí)可行性的基礎(chǔ)上,本文圍繞散裂靶進(jìn)行了三個(gè)方面的研究。首先是從中子學(xué)角度對(duì)高功率ADS散裂靶進(jìn)行了分析和優(yōu)化。從安全角度確定了合理的堆芯功率、keff及散裂靶的材料,進(jìn)而確定了中子源強(qiáng)度,然后從中子產(chǎn)額、中子平均能量等角度優(yōu)化了質(zhì)子能量、散裂靶及緩沖區(qū)的半徑與高度等幾個(gè)對(duì)散裂反應(yīng)有明顯影響的參數(shù),再?gòu)哪芰砍练e的角度驗(yàn)證了優(yōu)化的結(jié)果,最后給出了優(yōu)化結(jié)果的中子空間與角度分布,為堆芯設(shè)計(jì)提供源分布。 然后在中子學(xué)分析的基礎(chǔ)上研究了散裂靶的活化產(chǎn)物對(duì)加速器影響的情況,進(jìn)一步為散裂靶的設(shè)計(jì)提出建議。模擬了其中的長(zhǎng)壽命核素、易擴(kuò)散的氣態(tài)核素與揮發(fā)性核素,輕核素等的產(chǎn)生情況。然后重點(diǎn)研究了散裂產(chǎn)物中的氫元素通過滲透進(jìn)入質(zhì)子管污染真空的過程,考慮了所有可能對(duì)結(jié)果構(gòu)成影響的參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)高能量大流強(qiáng)的質(zhì)子流,散裂產(chǎn)物氫元素的滲透對(duì)質(zhì)子管真空的影響不能忽略。 最后在散裂靶中子學(xué)分析的基礎(chǔ)上提出了一種散裂靶內(nèi)嬗變的想法。因?yàn)樯⒘寻袃?nèi)中子能量高、價(jià)值大,因此考慮在靶內(nèi)添加部分MA進(jìn)行嬗變的可行性。文中從能量沉積、質(zhì)子通量密度與中子通量密度以及相關(guān)的最大輻照時(shí)間、全堆keff的變化、散裂中子產(chǎn)生以及嬗變效果等方面對(duì)這種想法進(jìn)行了驗(yàn)證,最終發(fā)現(xiàn)可以不僅可以提高嬗變效果,而且可以簡(jiǎn)化ADS的工程設(shè)計(jì)。 本論文綜合考慮了堆芯的需要與目前加速器的現(xiàn)實(shí)可行性對(duì)散裂靶的中子學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化；另一方面研究了輻照下的散裂靶對(duì)加速器的影響,最后針對(duì)目前設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化改進(jìn)的方案,最后還對(duì)簡(jiǎn)化ADS的設(shè)計(jì)給出了有吸引力的建議。
【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】：2014
【分類號(hào)】：TL503

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 肖新建;;2011年中國(guó)核電發(fā)展?fàn)顩r、未來趨勢(shì)及政策建議[J];中國(guó)能源;2012年02期

本文編號(hào)：2797038