10MWt固态燃料熔盐冷却实验堆乏燃料贮存系统的临界安全分析

发布时间：2020-04-11 02:40

【摘要】：熔盐堆是六种第四代先进核能系统的反应堆堆型之一。2011年，中国科学院战略性国家先导科技专项“未来先进裂变核能——钍基熔盐堆核能系统”正式立项。设计和建设固态燃料熔盐冷却实验堆是该专项任务的一部分。由于它采用高温熔盐作为一回路冷却剂，因此，熔盐可能会附着在乏燃料元件表面，有必要分析乏燃料贮存过程中熔盐附着对临界安全的影响。本研究以10MWt固态燃料熔盐冷却实验堆(TMSR-SF1)乏燃料贮存系统为研究对象，通过对比分析基于燃耗信任制的临界计算和传统临界计算的优缺点，确定采用基于燃耗信任制的临界计算对贮存系统在正常工况和事故工况下进行临界安全分析，重点考虑了熔盐附着乏燃料元件对贮存系统反应性的影响。分析结果表明无论有无熔盐附着TMSR-SF1的乏燃料贮存系统始终处于次临界。论文的结构和主要内容为：第一章：概述了熔盐堆发展历史和研究现状；乏燃料贮存临界安全分析历史和现状；结合研究背景提出本课题研究的目的和意义。第二章：系统地介绍临界安全、影响临界安全的若干因素和临界安全的计算方法。重点讨论了确定论方法和随机方法，，以及相关方法的计算软件。第三章：详细介绍TMSR-SF1乏燃料贮存系统。TMSR-SF1所使用的包覆颗粒燃料元件的结构参数以及每个部分作用。乏燃料贮存罐的设计原则、设计要求以及试验验证方法。第四章：根据TMSR-SF1堆芯参数，对实验堆堆芯建模进行燃耗计算，结合燃耗信任制中的锕系和裂变产物水准筛选反应性价值核素，得出反应性价值核素分析结果。第五章：对乏燃料贮存系统建模，用MCNP5软件对系统在正常工况和事故工况下进行临界安全分析。首先对正常工况下单个贮存罐的基于燃耗信任制的临界计算结果和传统的临界计算结果进行对比。结果表明基于燃耗信任制的临界分析结果低于传统的。其次，考虑燃料元件附着熔盐对系统反应性的影响。假设熔盐浸渗球形燃料元件和熔盐包覆在球形燃料元件表面两种典型情况，计算熔盐附着对贮存系统反应性的影响。结果表明熔盐浸渗对乏燃料元件比熔盐包覆在乏燃料元件表面对贮存系统反应性影响更大。对于异常工况下，考虑贮存系统被水淹没后，不同水密度以及同一密度下不同水层厚度对贮存系统的反应性影响。临界计算结果表明反应性是随着水密度有微小变化；随着水层厚度的增大，贮存系统的反应性增加，但是增大到一定程度后，趋于一个稳定值。临界安全分析结果表明，无论是系统处在正常工况还是异常工况，贮存系统反应性都处于次临界，是临界安全的。第六章：总结和展望，总结了本研究成果和不足之处，并对未来可以进行改进的方向做了展望。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL426

【参考文献】