發(fā)布時間：2020-11-12 07:27

　　 行波堆通過點火區(qū)裂變中子驅動增殖區(qū)的238U轉換和裂變,理論上可以利用增殖燃燒波的移動,將堆內裝載的238U高效利用,是裂變能應用的一種理想途徑。在傳統(tǒng)的行波堆中,為了維持增殖燃燒波的行進,燃料組件需要承受的輻照遠超過目前材料的允許限值,導致其實現(xiàn)難度較大。利用外中子源的驅動,可以在一定程度上降低材料的輻照,實現(xiàn)行波堆的功能,從而實現(xiàn)高燃料利用率和次臨界固有安全性的兼顧,對核能的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。本文提出了基于氣動磁鏡聚變中子源的次臨界行波堆物理方案,通過中子源位置的主動調節(jié),推動增殖燃燒波的行進,實現(xiàn)行波堆的功能。本文主要開展的研究工作具體包括:提出了一種利用氣動磁鏡聚變中子源驅動次臨界行波堆堆芯設計方法。通過調節(jié)磁場強度分布和中性束注入位置實現(xiàn)中子源的主動調節(jié),可用于驅動次臨界行波堆,實現(xiàn)了行波堆的功能。在此基礎上,闡述了氣動磁鏡聚變驅動鉛冷行波堆的基本組成、物理原理以及中子學特點。開展了次臨界鉛基行波堆中子學設計與優(yōu)化�；谠O計原則與目標,以鉛冷行波堆為參考方案,利用中子輸運設計與安全評價軟件系統(tǒng)SuperMC和混合評價核數據庫HENDL為研究手段,開展不同堆芯關鍵參數對堆芯性能影響分析。研究結果表明,采用富集度12%的U-10%Zr金屬燃料,208Pb作為冷卻劑和反射層時,次臨界行波堆堆芯具有較優(yōu)的性能。當中子源初始位置位于20-100 cm,移動速率為5 cm/a時,其與次臨界行波堆的增殖燃燒波速度匹配后性能最佳。開展了次臨界鉛基行波堆中子學瞬態(tài)安全分析。通過數值模擬的方式,針對氣動磁鏡聚變驅動鉛冷行波堆堆芯開展中子學瞬態(tài)安全分析,重點關注次臨界堆芯反應性引入和外中子源擾動兩個方面。研究結果表明:擾動后經一定時間運行后,系統(tǒng)源強需求、堆芯有效增殖因數keff、中子通量分布、功率分布和易裂變核素核子密度分布等參數都可以再次回到穩(wěn)定狀態(tài),相比較于擾動前,擾動引入之后的參數基本保持一致。綜上,本文提出一種氣動磁鏡聚變驅動鉛冷行波堆堆芯設計方案,開展了次臨界鉛基行波堆中子學優(yōu)化與分析,完成了氣動磁鏡聚變驅動鉛冷行波堆中子學概念設計方案,在此基礎上,并開展了氣動磁鏡聚變驅動鉛冷行波堆中子學瞬態(tài)安全分析,為次臨界行波堆堆芯安全設計與分析提供參考。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TL351.1
【部分圖文】：

報告顯示：到２０１８年５月，全球在運的核電機組總量為４５０臺，總裝機容量超??過了?３．９３億千瓦，在建核電機組５７臺，總計裝機容量達５８５３．５萬千瓦⑴，其中??中國、俄羅斯和印度等國核電發(fā)展速度非常明顯，如圖丨．１和圖１．２所示。??圖ｉ．ｉ世界核電站分布圖??１??

基于氣動磁鏡ＧＤＴ?（Ｇａｓ?Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｔｒａｐ）的聚變裝置是理想的行波堆驅動中??子源。ＧＤＴ的原理是磁鏡較低溫度的等離子體中平面位置注入高能中性束粒子，??與靶等離子體作用形成的快離子。圖１．４給出了氣動磁鏡結構示意圖。由于磁矩??守恒，快離子會在磁鏡中來回反射，并在磁鏡兩端折返點區(qū)域聚集進而發(fā)生聚變??反應，由此形成兩個軸對稱的高通量中子區(qū)。同時其聚變等離子體區(qū)域可以沿軸??向自由調整，在無需對裝置進行改造的情況下，通過調節(jié)磁場實現(xiàn)高通量中子區(qū)??５??

了一種完全自動的裂變反應堆，其核燃料增殖燃燒波被點燃后在堆芯軸向緩慢傳??播。這種反應堆只需要天然鈾、貧鈾或釷作為核燃料，不需要進行濃縮或后處理。??圖１．５給ｉ了以釷為燃料的堆芯幾何布局。??〈＼＼＼?＼＼＞、巧??Ｔｈ?＋１０％?Ｕ２３３?（ｍｅｔａｌ）?ｇｍ／ｃｃ］?／??／?［ｐ＝１２．４?ｇｍｙｃｃ）?／）?／?／?／?／?／?／?／?．／—）??圖１．５釷基行波堆模型??此后許多研宄人員對這種新型反應堆進行了分析研宄。Ｖａｎ?Ｄａｍｌ２３＿２５ｊ基于一??維擴散方程得到了一個精確的孤波解，該方程具有給定的拋物線燃耗函數和二次??冪反饋項。ＳｅｉｆｒｉｔｚＰＴ基于在一維擴散模型，通過對燃耗方程進行簡化并忽略反饋??項，得到了孤波解。Ｆｏｍｉｎ等人１２８？１通過耦合瞬態(tài)擴散模型和燃耗方程，解決了??燃燒波的起動和傳播問題，并證明了自發(fā)的增殖燃燒波的可行性。ＣｈｅｎＸｕｅｎｏｎｇ??等人％＿３３１通過耦合單群擴散方程和近似處理的燃耗方程，對行波堆燃燒機理進行??研究，并得到了行波堆燃燒的孤波解。??日本東京工業(yè)大學Ｓｅｋｉｍｏｔｏ及其研宄團隊對行波堆進行了深入的數值研究??１３４４吣其研宄結果表明，燃料核素密度、中子通量和功率密度的分布將以相同的??恒定速度運動并且其形狀沒有任何變化
【參考文獻】

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本文編號：2880455