在线加钚模式下的熔盐堆钍铀燃料可持续性研究

发布时间：2021-07-17 15:09

　　基于FLiBe载体盐,Th/²³³U启堆,仅通过在线添加反应堆级钚,以实现熔盐堆²³³U的自持和焚烧反应堆级钚的能力。采用单栅元模型,分析其在不同熔盐体积比、不同中子损失率下233U的自持和钚的利用性能。研究发现:在熔盐体积占比为10%～85%的较大范围内都可以实现²³³U自持,其中约43%熔盐体积比下²³³U增殖效果最佳。与此同时,43%熔盐占比下对钚的依赖最大,在熔盐体积比较小和较大时对钚的依赖较小;在熔盐体积比较小时更有利于钚的利用,其中在熔盐体积比为10%～15%时钚的焚烧率最大,约为75%。此外,中子损失率与钚的依赖近似呈正比关系,对²³³U自持性能影响较小。 

【文章来源】：核技术. 2020,43(03)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

中子损失率为0%时，不同熔盐体积比下的中子能谱

图3是不同熔盐体积比、不同中子损失率下的初始转换比，从图3可以看出，随着熔盐体积比的增加，转换比先增大，后变化趋于平缓，但仍然可以看出在熔盐体积比大于43.5%后转换比先略微较小后又有所增大。其原因主要是因为随着熔盐体积比增加到一定程度232Th的俘获吸收反应率增加变得十分缓慢，而233U的总吸收反应率增加到最大值后会略微减小。随着中子损失率的增加，转换比呈减小的趋势，这是因为中子损失率增加意味着需要更多的233U和更少的232Th来实现更大的有效倍增因子，相应的233U总吸收反应率增大，232Th的俘获吸收反应率减小，因此转换比减小。2.2 燃耗分析

再生比能够直观地反应燃耗过程中Th转换成233U的能力，当RR大于1时233U是净增加的，反之则减少。图5为中子损失率为5%时不同熔盐体积比下再生比随时间的变化关系，从图5可以看出，熔盐体积比为4.8%时，RR随时间呈增加的趋势，在13年之前小于1,13年后略大于1，因此由于后期所增加的233U不足以弥补前期的消耗，233U不能自持；熔盐体积比为43.5%时，RR呈先增大后减小的趋势，且始终大于1，因此233U可以自持；熔盐体积比为90.7%时，RR呈先增大后减小的趋势，在10年前RR大于1,233U为积累的过程，10年后RR小于1,233U为消耗的过程，由于前期的积累和后期的消耗近似相等，此时恰好在233U自持的边界。可以看出，在熔盐体积比较低时，RR随燃耗时间而增加，在熔盐体积比较高时，RR随燃耗时间的增加先略微增加而后减小，因此随燃耗时间的增加233U自持的区域将有向熔盐体积比更低的方向移动的趋势。需要说明的是，在熔盐体积比为90.7%时，20 a燃耗时间钍的消耗率为23.7%，如果通过补充钍，在该点233U自持的时间将会延长；而在熔盐体积比为4.8%时，钍的消耗率仅为10.8%，其不能自持的原因主要是能谱和结构材料的吸收，两者有所区别。接下来将进一步根据单群微观截面和反应率随时间的演变具体解释在不同能谱下对233U产生不同增殖效果的原因。图5 中子损失率为5%时，不同熔盐体积比下再生比随时间的变化关系

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SCALE的熔盐堆添料与后处理系统分析程序开发及验证[J]. 余呈刚,邹春燕,伍建辉,蔡翔舟,陈金根.  原子能科学技术. 2018(12)
[2]钍基熔盐堆核能系统[J]. 蔡翔舟,戴志敏,徐洪杰.  物理. 2016(09)
[3]未来先进核裂变能——TMSR核能系统[J]. 江绵恒,徐洪杰,戴志敏.  中国科学院院刊. 2012(03)

博士论文
[1]氟盐冷却球床高温堆钍利用研究[D]. 朱贵凤.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015



本文编号：3288412