發(fā)布時間：2021-08-04 06:32

　　在滿足功率輸出以及核電廠安全運行的前提下,為了降低核電廠的單位度電成本,需要確定合理的燃料管理方案。2011年中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所承擔(dān)研究“釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)”先導(dǎo)專項,主要研究石墨慢化的液態(tài)熔鹽堆,以及球形組件的氟鹽冷卻球床高溫堆。液態(tài)熔鹽堆的燃料以液態(tài)的形式溶解在熔鹽中,燃料鹽中各種核素在一回路中均勻混合,具有連續(xù)后處理的燃料管理模式;氟鹽冷卻球床高溫堆的燃料組件為具有雙重非均勻性的燃料球,其在堆芯內(nèi)連續(xù)移動,并且可以多次通過堆芯,在達到卸料燃耗深度后卸出堆芯。這些特征給熔鹽堆的燃料管理計算帶來新的挑戰(zhàn),因此開展熔鹽堆的燃料管理研究,對于熔鹽堆的設(shè)計及優(yōu)化具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。首先,針對液態(tài)熔鹽堆燃料均勻混合與連續(xù)后處理的特征,開發(fā)了燃料管理分析程序LMSR并進行了驗證。開展了均勻化、連續(xù)后處理、加料搜索方面的研究。具體包括:1)針對2 MW液態(tài)熔鹽堆建立合適的均勻化模型,在使用7群少群結(jié)構(gòu)時,給出不同控制棒組的反應(yīng)性積分價值、功率分布以及溫度反應(yīng)性系數(shù);2)對六邊形組件的液態(tài)模塊化熔鹽堆進行均勻化與燃耗計算,使用等效能譜的方法給出燃料均勻混合有效增殖因子隨燃耗的演... 

【文章來源】：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)上海市

【文章頁數(shù)】：150 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

國內(nèi)石油開采、銷量與進口量（a）；國內(nèi)天然氣開采、銷量與進口量（b）

基于DRAGON與DONJON的熔鹽堆堆芯燃料管理與優(yōu)化研究2中，核能機組的裝機容量從2010年的1082萬千瓦增加到2018年的4466萬千瓦，風(fēng)電機組的裝機容量從2010年的2958萬千瓦增加到2018年的18426萬千瓦，太陽能發(fā)電機組的裝機容量從2010年的26萬千瓦增加到2018年的17463萬千瓦。相比較可再生能源普遍具有的間歇性與波動性、依賴于所建地區(qū)的氣候資源，核能可以保證穩(wěn)定的功率輸出，并且不依賴于所建地區(qū)的氣候資源，因此更適合作為基礎(chǔ)電荷進行部署。圖1.2清潔能源裝機容量（a）；清潔能源裝機容量占比份額（b）Figure1.2(a)Installedcapacityofcleanenergy;(b)Shareofinstalledcapacityofcleanenergy盡管核能具有清潔、功率輸出穩(wěn)定等優(yōu)勢，但是由于核能發(fā)生的三次嚴重事故，即1979年的美國三哩島事故[3]、1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利事故[4]以及2011年的日本福島事故[5]，使得核電在公眾的信任度降低。除此之外，核能目前存在的核廢料處理問題、核燃料的高效利用問題，限制了核能的進一步發(fā)展。為了解決核能發(fā)展面臨的可持續(xù)性、安全性、核廢料最小化和防核擴散等問題，美國能源部DOE在2000年1月召集阿根廷，巴西，加拿大，法國，日本，韓國，南非，英國共九個國家討論四代堆在國際間的合作，并在2001年的時候成立了第四代堆論壇（GIF）[6]。GIF對四代堆的目標(biāo)有四點[7]，分別是：（1）可持續(xù)性。包含兩個子目標(biāo)，分別是燃料利用率的提高與核廢物最小化；（2）經(jīng)濟性。包含兩個子目標(biāo)，分別是降低燃料循環(huán)整個周期的費用，以及建造反應(yīng)堆時的風(fēng)險可控，即隔夜成本與建設(shè)反應(yīng)堆的工期可以承受；

第一章7ORNL開展了MSRE（MoltenSaltReactorExperiment）實驗堆的研究[27,28]，其主要目的是研究慢化劑石墨壽命與燃料鹽組份的關(guān)系，并測試不同類型燃料性質(zhì)，以及提供熔鹽堆運行和維護經(jīng)驗。MSRE的設(shè)計熱功率為8WMt，一回路出口溫度為663℃，燃料鹽為LiF-BeF2-ZrF4-UF4(65-29-5-1mol%)，慢化劑為石墨，二回路的冷卻劑為LiFe-BeF2熔鹽，管道及堆芯使用Hastelloy-N合金。在運行過程中，使用氦鼓泡方法去除難溶于熔鹽的裂變氣體與貴金屬，并采用包含U-233、U-235及Pu-239三種裂變?nèi)剂系娜剂消}。MSRE的成功運行證實了熔鹽堆技術(shù)的可行性。MSRE整體系統(tǒng)示意圖如圖1.3所示。圖1.3MSRE核能系統(tǒng)示意圖Figure1.3schematicdiagramofMSREnuclearpowersystemORNL在MSRE的研究基礎(chǔ)上，開展了熔鹽增殖堆MSBR(MoltenSaltBreederReactor)的概念設(shè)計[29]，目標(biāo)是研究熔鹽堆在實際應(yīng)用中設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性。MSBR的設(shè)計電功率為1GWe，熱功率2250MWth，燃料鹽的入口與出口溫度分別為566℃與704℃。燃料鹽為LiF-BeF2-ThF4-UF4，慢化劑為石墨，二回路冷卻劑為NaBF4和NaF熔鹽。為了在熔鹽堆上實現(xiàn)釷鈾循環(huán)，除了通過在線連續(xù)去除難溶于熔鹽的裂變氣體與貴金屬外，還使用在線燃料處理裝置對燃料鹽中的Pa-233和鑭系元素進行后處理。通過將Pa-233提取到堆外衰變的方式，

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]正常運行工況熔鹽堆主回路衰變熱特性研究[J]. 周波,嚴睿,鄒楊,楊璞,于世和,劉亞芬.  核技術(shù). 2018(04)
[4]基于SCALE/TRITON的單流雙區(qū)熔鹽堆燃耗計算方法[J]. 崔德陽,夏少鵬,余呈剛,蔡翔舟,陳金根.  核技術(shù). 2017(08)
[5]壓水堆嬗變長壽命裂變產(chǎn)物的彈棒事故安全性研究[J]. 馬云帆,吳宏春,曹良志.  原子能科學(xué)技術(shù). 2017(03)
[6]基于CITATION-ORIGEN2球床堆平衡態(tài)計算程序的實現(xiàn)[J]. 戴明,朱貴鳳,戴葉,鄒楊,余笑寒.  原子能科學(xué)技術(shù). 2017(01)
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[10]中國鉛基研究反應(yīng)堆概念設(shè)計研究[J]. 吳宜燦,柏云清,宋勇,黃群英,劉超,王明煌,周濤,金鳴,吳慶生,汪建業(yè),蔣潔瓊,胡麗琴,李春京,高勝,李亞洲,龍鵬程,趙柱民,郁杰,FDS團隊.  核科學(xué)與工程. 2014(02)

博士論文
[1]釷基氟鹽冷卻高溫堆燃料球中子學(xué)性能優(yōu)化研究[D]. 房勇漢.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) 2019
[2]氟鹽冷卻球床高溫堆釷利用研究[D]. 朱貴鳳.中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所） 2015
[3]高溫氣冷反應(yīng)堆中燃耗測量方法研究和原型研制[D]. 閆威華.清華大學(xué) 2013
[4]壓水堆核電站堆芯燃料管理與優(yōu)化研究[D]. 石秀安.清華大學(xué) 2007



本文編號：3321196