【摘要】：熔鹽堆是四代堆六種候選堆型之一,具有良好的經(jīng)濟性和固有安全性。固態(tài)燃料熔鹽堆是一種基于熔鹽冷卻劑的新型堆型,已有的概念設(shè)計包括美國LANL的先進高溫堆(advanced high-temperature reactor,AHTR)、UC伯克利的球床先進高溫堆(Pebble Bed Advanced High Temperature Reactor,PB-AHTR)和中國科學院上海應(yīng)用物理研究所戰(zhàn)略先導專項支持的釷基熔鹽堆(TMSR)。本論文在上述三種設(shè)計的基礎(chǔ)上提出了一種基于燃料組件的熔鹽堆概念,它結(jié)合了組件燃料、熔鹽冷卻劑及TRISO包覆顆粒燃料的優(yōu)點,能夠在較高的溫度下運行,具有良好的中子經(jīng)濟性和安全性。組件的引入使得我們可以借助現(xiàn)有的水堆的燃料換料方案,技術(shù)簡單成熟且易于達到較深的燃耗。本論文首先給出了組件型熔鹽堆的燃料組件設(shè)計,詳細研究了組件容器材料種類、密度、組件壁厚度、燃料球中TRISO包覆顆粒填充率以及FLiBe熔鹽中~7Li富集度對無限介質(zhì)增殖因子k_(inf)、冷卻劑溫度反應(yīng)性系數(shù)(Temperature Reactivity Coefficient,TRC)、排空反應(yīng)性(Void Reactivity,VR)的影響。研究結(jié)果表明,碳材料組件在反應(yīng)堆中的表現(xiàn)明顯優(yōu)于碳化硅材料組件,增大TRISO填充率packing factor(PF)和~7Li富集度可以提高堆芯的中子經(jīng)濟性和安全性。在組件設(shè)計的基礎(chǔ)上,本論文分別從中子經(jīng)濟性和安全性兩個方面分析了組件型熔鹽堆的中子可行性,通過使用MCNP計算堆芯的keff等中子物理參數(shù),使用MCNPX計算堆芯的燃耗情況,研究了組件壁厚度和TRISO顆粒填充率對燃耗深度及溫度反應(yīng)性系數(shù)的影響。研究結(jié)果表明:只有當填充率大于5%-35%(取決于組件壁厚度的大小)時,才能保證冷卻劑溫度反應(yīng)性系數(shù)CTRC、冷卻劑空泡系數(shù)CVRC和完全空泡系數(shù)FVRC為負值。根據(jù)上述可行性分析的結(jié)果,選擇了一組組件參數(shù),詳細計算了堆芯核設(shè)計要求的部分中子物理參數(shù),其中包括中子能譜、中子通量分布、燃耗分析、功率分布及反應(yīng)系數(shù)等。最后本論文參考水堆的燃料管理策略,設(shè)計了適用于本組件型熔鹽堆的四種換料方案,并從中子經(jīng)濟性和安全性的角度討論了四種換料方案的優(yōu)劣。研究結(jié)果表明,內(nèi)-外換料方案具有最高的燃耗及壽期,最差的中子通量及功率分布,最低的中子泄漏率;外-內(nèi)換料方案具有最平均的中子通量,最低的燃耗及壽期,最高的中子泄漏率;外-內(nèi)分區(qū)交替換料方案具有略優(yōu)于外-內(nèi)換料方案的燃耗、壽期及中子泄漏率,同時縮短了換料時間;低泄漏換料方案具第二高的燃耗深度、壽期,而其中子通量和功率分布僅次于最平均的外-內(nèi)換料方案。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL426

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