【摘要】：熔鹽堆采用循環(huán)流動(dòng)的液體燃料,具有資源的可持續(xù)性、高度的安全性、良好的經(jīng)濟(jì)性和可靠的防擴(kuò)散性等特點(diǎn),滿足核能可持續(xù)發(fā)展的需要,是第四代反應(yīng)堆國(guó)際論壇(GIF)挑選出的六種重點(diǎn)發(fā)展堆型之一。隨著美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在上個(gè)世紀(jì)60年代提出熔鹽堆的設(shè)計(jì)并建造了第一個(gè)熔鹽實(shí)驗(yàn)堆MSRE,許多國(guó)家和研究機(jī)構(gòu)都對(duì)熔鹽堆進(jìn)行相關(guān)調(diào)研與研究并且提出了很多概念設(shè)計(jì)。在2011年,圍繞國(guó)家能源安全與可持續(xù)發(fā)展需求,中國(guó)科學(xué)院?jiǎn)?dòng)了“未來(lái)先進(jìn)核裂變能”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng),其中包括由上海應(yīng)用物理研究所承擔(dān)的釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR),目的是致力于研發(fā)第四代先進(jìn)裂變反應(yīng)堆核能系統(tǒng)。由于液態(tài)熔鹽堆與傳統(tǒng)固態(tài)燃料反應(yīng)堆的差異性,使得傳統(tǒng)適用于固態(tài)燃料反應(yīng)堆的分析計(jì)算程序無(wú)法準(zhǔn)確分析液態(tài)熔鹽堆。本文針對(duì)液態(tài)熔鹽堆的相關(guān)特點(diǎn),建立了新的物理分析模型,開(kāi)發(fā)了適用于熔鹽堆的安全分析計(jì)算程序。本文首先第一章中介紹了熔鹽堆的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外熔鹽堆的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀,然后調(diào)研了其他研究單位對(duì)熔鹽堆物理熱工參數(shù)的計(jì)算方法。然后在第二章中先詳細(xì)推導(dǎo)了適用于熔鹽堆的中子動(dòng)力學(xué)方程,特別是考慮了熔鹽流動(dòng)對(duì)緩發(fā)中子先驅(qū)核分布的影響。求解堆芯內(nèi)有效緩發(fā)中子先驅(qū)核份額需要中子價(jià)值作為權(quán)重函數(shù),因此建立了熔鹽不流動(dòng)工況下中子價(jià)值方程,并得到了堆芯有效緩發(fā)中子先驅(qū)核份額的計(jì)算公式。接下來(lái)又介紹了熔鹽堆熱工水力學(xué)計(jì)算,由于不需要考慮熔鹽的沸騰與凝固,在計(jì)算過(guò)程中不需要考慮熔鹽的相變因素,在熱工水力學(xué)計(jì)算過(guò)程只需要考慮單相流體。熔鹽堆堆芯內(nèi)各石墨通道僅在進(jìn)出口處的上下腔室相連接,石墨通道內(nèi)不存在流動(dòng)交互,可以看成一組并聯(lián)多通道,因此在計(jì)算熔鹽堆熱工水力學(xué)時(shí),使用并聯(lián)通道模型計(jì)算流量分配問(wèn)題。流量分配計(jì)算完成后,再用單通道傳熱模型計(jì)算在各個(gè)石墨通道內(nèi)的熔鹽傳熱計(jì)算,得到堆芯溫度分布。最后介紹了本文所開(kāi)發(fā)程序的計(jì)算流程:中子物理計(jì)算與熱工水力學(xué)計(jì)算的穩(wěn)態(tài)耦合計(jì)算流程與瞬態(tài)耦合計(jì)算流程。在第三中詳細(xì)介紹了美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室所建立的MSRE堆芯物理參數(shù),以MSRE為計(jì)算對(duì)象,建立物理模型,計(jì)算分析相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并利用MSRE實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)耦合模型進(jìn)行了驗(yàn)證,計(jì)算了MSRE正常工況下堆芯有效DNP份額,恒功率啟停泵時(shí)堆芯內(nèi)反應(yīng)性的變化及自然循環(huán)時(shí)堆芯功率及出口溫度的變化,最后計(jì)算了MSRE的其他瞬態(tài)工況并分析了計(jì)算結(jié)果。第四章中首先介紹了上海應(yīng)用物理研究所研究設(shè)計(jì)的液態(tài)熔鹽堆TMSR-LF1的堆芯物理參數(shù),然后針對(duì)TMSR-LF1,建立了適用于程序計(jì)算的物理模型。接下來(lái)計(jì)算了TMSR-LF1的一系列瞬態(tài)工況,分析了在各種工況下緩發(fā)中子在堆芯內(nèi)外的分布情況,及堆芯溫度對(duì)熔鹽流量分配的影響,初步研究了TMSR-LF1在零功率下恒功率啟停泵,零功率下無(wú)保護(hù)啟停泵,額定功率2MW下停泵,堆芯入口溫度下降與上升,以及加入一定反應(yīng)性時(shí)堆芯功率與熔鹽石墨溫度的變化情況。本文主要工作是發(fā)展適用于液態(tài)熔鹽堆的二維RZ圓柱幾何時(shí)空中子動(dòng)力學(xué)程序和與之耦合的熱工水力學(xué)程序,研究液態(tài)熔鹽堆的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)工況下的相關(guān)參數(shù),驗(yàn)證液態(tài)熔鹽堆的安全可行性。在使用所開(kāi)發(fā)程序?qū)SRE及TMSR-LF1的相關(guān)計(jì)算結(jié)果分析中,不僅驗(yàn)證了程序的可靠性與正確性,同時(shí)也證明了TMSR-LF1設(shè)計(jì)的可行性與安全性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL426

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本文編號(hào)：2535584