钍基氟盐冷却高温堆燃料球中子学性能优化研究

发布时间：2022-07-15 11:20

　　氟盐冷却高温堆（Fluoride salt-cooled High-temperature Reactor,FHR）作为第四代先进核反应堆六种候选堆型之一,采用熔盐冷却和已成熟的三结构同向性型（TRi-structural ISOtropic,TRISO）包覆燃料颗粒技术,使其具有很多固有的安全性。本论文以FHR中燃料球为研究对象,以优化新燃料组分、燃料球的结构尺寸等参数的方式,从中子物理学上对钍燃料利用进行一系列分析,给出高燃耗并符合运行安全的燃料球结构设计。论文中的中子物理模拟采用蒙特卡洛方法,工具是采用橡树岭国家实验室开发的Standardized Computer Analyses for Lisensing Evaluatio（SCALE）6.1软件,其中分别使用SCALE 6.1中自带的CSAS6模块和TRITON模块进行临界和燃耗计算。破损率的计算采用PANAMA理论模型来进行。本论文在FHR上利用钍资源,首先考虑燃料组分和燃料球结构的问题。在六种燃料组合的对比分析基础上,选取FHR上最适合钍利用的一种燃料组合即²³³UO₂-<... 

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及概述
        1.1.1 第四代反应堆和燃料循环
        1.1.2 高温气冷堆
        1.1.3 氟盐冷却高温堆
    1.2 高温堆燃料元件和包覆燃料颗粒技术发展概述
        1.2.1 高温堆燃料元件发展概述
        1.2.2 包覆燃料颗粒发展概述
        1.2.3 TRISO包覆燃料颗粒各部分物理参数及功能
    1.3 燃料元件和包覆颗粒制造工艺
        1.3.1 燃料元件制造技术
        1.3.2 燃料核芯类型与制造工艺和包覆层制造工艺
    1.4 包覆燃料颗粒破损率模型简介
        1.4.1 日本的JAERI理论模型
        1.4.2 英国的STRESS3理论模型
        1.4.3 法国的ATLAS理论模型
        1.4.4 美国的理论模型及德国的PANAMA理论模型
    1.5 论文研究内容及结构安排
第二章 计算工具和方法
    2.1 计算工具和方法
    2.2 TRISO包覆燃料颗粒主要破损机制的计算方法
        2.2.1 制造导致的破损
        2.2.2 阿米巴效应导致的破损
        2.2.3 钯对碳化硅的侵蚀导致的破损
        2.2.4 碳化硅热分解导致的破损
        2.2.5 碳化硅与热解炭辐照退化导致的破损
        2.2.6 应力导致的破损
    2.3 反应性系数的计算和数据处理方法
第三章 钍基燃料球结构成分的设计和性能分析
    3.1 研究模型及参数
        3.1.1 PB-TFHR结构模型及主要物理参数
        3.1.2 燃料球pebble模型及物理参数
    3.2 主要核素截面对堆芯初始中子能谱的影响
    3.3 C/HM和~(233)U/HM对初始剩余反应性的影响
    3.4 C/HM和~(233)U/HM对堆芯初始中子能谱和能谱因子EALF的影响
    3.5 C/HM和~(233)U/HM对初始温度反应性系数的影响
    3.6 C/HM和~(233)U/HM对燃耗和转换比的影响
    3.7 C/HM和~(233)U/HM对堆芯燃耗深度及单位易裂变核素燃耗的影响
    3.8 本章总结
第四章 TRISO包覆燃料颗粒结构优化分析
    4.1 Kernel半径(R-kernel)对中子能谱和初始剩余反应性的影响
    4.2 Kernel半径(R-kernel)对温度反应性系数的影响
    4.3 Kernel半径(R-kernel)对裂变气体产生情况的影响
    4.4 Kernel半径(R-kernel)对TRISO包覆燃料颗粒破损率的影响
    4.5 包覆层厚度、包覆层密度对k_(eff)和TRISO包覆燃料颗粒破损率的影响
    4.6 本章总结
第五章 燃料球尺寸优化分析
    5.1 研究模型及参数
    5.2 燃料球内径和外径对初始剩余反应性的影响
    5.3 燃料球内径和外径以及不同燃料球球包壳厚度对燃耗的影响
    5.4 燃料球外径对温度反应性系数的影响
    5.5 燃料球的尺寸对裂变气体和TRISO包覆燃料颗粒破损率的影响
    5.6 燃料球的尺寸对温度分布的影响
    5.7 本章总结
第六章 总结与展望
参考文献
论文发表情况、其他科研经历及成果、所获荣誉
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]包覆燃料颗粒尺寸及其标准偏差对失效概率的影响[J]. 张永栋,林俊,张海青,朱智勇.  核技术. 2016(12)
[2]高温气冷堆的发展与前景[J]. 高立本,沈健.  中国核工业. 2016(10)
[3]钍基熔盐堆核能系统[J]. 蔡翔舟,戴志敏,徐洪杰.  物理. 2016(09)
[4]包覆燃料颗粒几何参数统计规律对破损率的影响[J]. 李荣,刘兵,唐春和.  核动力工程. 2016(02)
[5]球床式高温气冷堆示范工程球形燃料元件的研制[J]. 周湘文,卢振明,张杰,邹彦文,刘兵,唐亚平,唐春和.  原子能科学技术. 2014(07)
[6]不同燃料组合在液态氟盐冷却高温堆中的物理性能研究[J]. 陈亮,陈金根,李晓晓,蔡翔舟,孙建友,蒋大真,姚泽恩.  核技术. 2014(03)
[7]TRISO钍铀包覆燃料颗粒裂变气体生成规律[J]. 尹文静,张海青,曹长青,林俊,朱智勇.  核技术. 2014(01)
[8]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)
[9]高温气冷堆包覆燃料颗粒破损机制及失效模型[J]. 杨林,刘兵,邵友林,梁彤祥,唐春和.  核科学与工程. 2010(03)
[10]高温气冷堆包覆燃料颗粒ZrC涂层的研究进展[J]. 刘超,刘兵,邵友林,唐春和.  稀有金属材料与工程. 2007(S3)

博士论文
[1]钍基熔盐快堆多物理耦合研究[D]. 程懋松.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2014



本文编号：3661949