铅冷快堆嬗变MA核素的特性研究

发布时间：2020-06-15 13:55

【摘要】：本文研究了向铅冷快堆堆芯中添加次锕系核素(MA)引起的效应和MA核素在铅冷快堆的嬗变率。比较了不同MA核素,不同添加形式以及不同装载量对堆芯keff的影响。使用MCNP程序和SCALE程序的计算结果显示,237Np,241Am,243Am总是使堆芯keff降低,而244Cm和245Cm则总是使堆芯keff升高,且245Cm造成keff剧烈地升高。不论以何种方式向反应堆中引入混合MA,堆芯keff都将下降,且装载量越大,keff降低越多。三种添加形式中,嬗变棒对堆芯keff的影响最小,镀层的影响最大,均匀混合介于二者之间。计算加入1 wt%混合MA核素的铅冷快堆堆芯中子通量的结果显示,堆芯中子能谱并未产生显著变化,但在快堆主要中子能区,中子通量仍然是减少的,减少幅度由小到大依次为嬗变棒,均匀混合和镀层。而以嬗变棒的形式向压水堆添加1 wt%混合MA核素之后,堆芯中子能谱将硬化,热中子通量明显降低。这说明在铅冷快堆嬗变MA核素对堆芯的影响比压水堆小。对每个组件中子通量的计算结果显示,三种方式向堆芯添加1 wt%混合MA核素都将影响堆芯的径向中子通量分布。均匀混合方式使堆芯燃料区每个组件中的中子通量增加,径向中子通量分布平缓程度降低。嬗变棒使径向中子通量分布更平缓,但在嬗变组件所在位置有明显的扰动。以镀层形式添加MA核素使得径向中子通量分布非常不平缓。MA核素在铅冷快堆堆芯内嬗变365天后,237Np,241Am和243Am均将减少,而244Cm和245Cm含量将增加。三种方式下MA核素的总减少率由大到小分别为均匀混合89.70%,镀层89.47%,嬗变棒88.52%,。比较MA核素在铅冷快堆中与热中子堆中的嬗变率发现,铅冷快堆嬗变MA核素的效率比热堆更高。MA核素嬗变时将产生数量可观的钍、铀和钚的同位素,将它们回收利用能提高核燃料资源的利用率。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL433
【图文】：

铅冷快堆嬗变MA核素的特性研究

铀-钚转换链[8]

裂变截面,核素

华北电力大学硕士学位论文堆中的嬗变。主要 MA 核素的裂变反应为高能阈反应，阈值在 0.1 MeV-1 MeV，且 MA 核素在 E>0.1 MeV 能区的裂变性能比238U 好[17]。如图 1-3 所示，主要MA 核素的裂变截面随中子能量的增加而迅速增加，同时，主要 MA 核素的俘获截面比238U 大，特别是在 E<1 MeV 能区中，因此，向快堆中添加 MA 核素后，低能区的中子数目将会减少，高能区中子数目增加，快堆中子能谱将硬化，硬化程度随 MA 核素添加量的增加而增加[18]。在堆芯性能方面，MA 核素的缓发中子份额比堆芯其它主要核素（239Pu 除外）小，为此，将 MA 核素加入燃料中会导致缓发中子份额减少[19]。。研究表明，MA 核素在硬化的能谱下能作为易裂变材料，1 kg MA 核素在硬化的快中子能谱下的作用相当于 0.6 kg235U[20]。

【引证文献】